InfW02.pdf

(537 KB) Pobierz
Wykład 2.
Zasady działania komputerów
I.1 Arytmetyka dwójkowa
Ê Zmiana podstawy sytemu liczbowego
Podstawa dziesiętna (10 cyfr)
1 ×10 2 + 0 ×10 1 + 7 ×10 0 = 107
Podstawa dwójkowa - binarna (2 cyfry:0,1)
1 ×2 6 + 1 ×2 5 + 0 ×2 4 + 1 ×2 3 +
0 ×2 2 + 1 ×2 1 + 1 ×2 0 = 1101011 (b)
64 + 32 + 8 + 2 + 1 = 107
Podstawa szesnastkowa - heksadecymalna
(16 cyfr: 0,1,...,9,A,B,C,D,E,F)
107 = 110 1011 (b) = 6B (h)
Binarna postać informacji
Operacje
binarne
arytmetyczne
np. 101 0000
+ 011 0 000
1000 0000
logiczne
np. 101 0000
∨ 011 0 000
111 0000
I.
II.
Operatory logiczne i układy cyfrowe
III. Architektura komputera
IV. Przebieg wykonywania programu
Współpraca z urządzeniami zewnętrznymi
V.
Suma logiczna
I.2 Binarny zapis informacji (A)
I.3 Binarny zapis informacji (B)
Ê Liczby rzeczywiste w postaci zmiennoprzecinkowej
( floating point ) Z × M ×2 c zapisane w słowie binarnym
o długości N= 1 + m + c , gdzie:
Ê Z (1 bit) jest znakiem liczby
Ê mantysa M ( m bitów) to ułamek binarny (zapisany bez 2 -1 )
Ê cecha C ( c bitów) jest wykładnikiem potęgi o podstawie 2
np. 0 10101100000 0111 ( Z M C ) = 107
1 10101110100 0111 ( Z M C ) = -107,625
zakres wartości zależy głównie od c , precyzja zależy od m
Ê Teksty, kody znaków ASCII 8 bitów; Unicode 1-4 bajty
Ê Obrazy, barwy (24b ⇒ 2 24 = 16.777.216 barw; 32b +efekty)
Ê Ruch, dźwięk... (ciągi liczb binarnych w czasie)
Ê Zapis liczb całkowitych w słowie binarnym
o długości N bitów:
Ê liczby naturalne w kodzie NKB (naturalny kod binarny),
zakres <0, 2 N -1> np. 01101011 (NKB) = 107
największa liczba dla N=8 to 11111111 czyli 2 8 -1 czyli 255
Ê liczby całkowite ze znakiem (format stałoprzecinkowy)
Ê kod ZM (znak-moduł), zakres <-(2 N-1 -1), 2 N-1 -1 >
np. 1 1101011 (ZM) = -107
Ê kod U2 (uzupełnienie do dwójki: X (U2) + ( -X (U2) ) = 2 N ),
zakres <-2 N-1 , 2 N-1 -1 >
np. 1001010 1 (U2) = -107
I.4 Jednostki informacji binarnej
II.1 Operatory logiczne
skrót
l.bitów
l.różnych wartości
jednostka
Ê NOT (negacja)
0 → 1 1 → 0
Ê OR (suma)
0, 0 → 0 0, 1 → 1
1, 0 → 1 1, 1 → 1
Ê AND (iloczyn)
0, 0 → 0
Ê NOR
(negacja sumy)
0, 0 → 1
2 (0/1) 1 bit
b
1
256 1 bajt
B
8
0, 1 → 0
65.536
4.294.967.296
1,844674407371e+19
słowo
maszynowe
(2-, 4-słowo)
16
32
64
1, 0 → 0
1, 1 → 0
-
Ê NAND
(negacja iloczynu)
0, 0 → 1
skrót
l.adresów
rozmiar (l.bajtów)
jednostka
2 10
1024 1 kilobajt
KB
0, 1 → 1
2 20
0, 1 → 0
1.048.576 1 megabajt
MB
1, 0 → 1
1, 1 → 0
2 30
1, 0 → 0
1, 1 → 1
1.073.741.824 1 gigabajt
GB
2 40
1.099.511.627.776 1 terabajt
TB
1167497370.219.png 1167497370.230.png 1167497370.241.png 1167497370.252.png 1167497370.001.png 1167497370.012.png 1167497370.023.png 1167497370.034.png 1167497370.045.png 1167497370.056.png 1167497370.067.png 1167497370.078.png 1167497370.089.png 1167497370.100.png 1167497370.111.png 1167497370.122.png 1167497370.133.png 1167497370.144.png 1167497370.155.png 1167497370.166.png 1167497370.177.png 1167497370.186.png 1167497370.187.png 1167497370.188.png 1167497370.189.png 1167497370.190.png 1167497370.191.png 1167497370.192.png 1167497370.193.png 1167497370.194.png 1167497370.195.png 1167497370.196.png 1167497370.197.png 1167497370.198.png 1167497370.199.png 1167497370.200.png 1167497370.201.png 1167497370.202.png 1167497370.203.png 1167497370.204.png 1167497370.205.png 1167497370.206.png 1167497370.207.png 1167497370.208.png 1167497370.209.png 1167497370.210.png 1167497370.211.png 1167497370.212.png 1167497370.213.png 1167497370.214.png 1167497370.215.png 1167497370.216.png 1167497370.217.png 1167497370.218.png 1167497370.220.png 1167497370.221.png 1167497370.222.png 1167497370.223.png 1167497370.224.png 1167497370.225.png 1167497370.226.png 1167497370.227.png 1167497370.228.png 1167497370.229.png 1167497370.231.png 1167497370.232.png 1167497370.233.png 1167497370.234.png 1167497370.235.png 1167497370.236.png 1167497370.237.png 1167497370.238.png 1167497370.239.png 1167497370.240.png 1167497370.242.png 1167497370.243.png 1167497370.244.png 1167497370.245.png 1167497370.246.png
II.3 Układ cyfrowy realizujący
s umator arytmetyczny
II.2 Elementy i układy logiczne
a
b
Półsumator
ab ¬ a ¬ b
a
a
Suma boolowska
z bramek NAND
Ê NOT
a ¬ b ¬ ab
sp
a
b
00 1 1
0
0
00
a ∨ b
Ê OR
p
01 1 0
1
0
10
a
a
10 0 1
0
1
10
a
b
a ∧ b
11 0 0
0
0
01
Ê AND
Sumator
a ∧ b
p i
a
b
a ∨ b
Ê NOR
p i ’
p i ’’
b
a i
b i
s i
s i ’
1/2
∑
a
b
1/2
∑
a
b
a ∧ b
b
Ê NAND
1
a ∧ b= a ∨ b
s
p i-1
III.1 Schemat podstawowych bloków
komputera z magistralą systemową
II.4 Elementy i bloki funkcjonalne
układów cyfrowych komputera
SZYNA STERUJĄCA
? ELEMENTY LOGICZNE
wykonywane w ciele stałym
tworzą układy STERUJĄCE, ARYTMETYCZNE I LOGICZNE
SZYNA ADRESOWA
? PRZERZUTNIKI i inne elementy pamiętające
tworzą układy przechowujące informacje:
REJESTRY, LICZNIKI, PAMIĘCI
ROM
? KODERY I DEKODERY, MULTIPLEKSERY...
uczestniczą w przesyłaniu informacji między
procesorem, pamięcią i urządzeniami WE/WY
RAM
CPU
Central
Processing Unit
? UKŁADY CZASOWE
„ zegary” taktujące pracę innych układów
SZYNA DANYCH
III.3
Schemat podstawowych
układów procesora
III.2 Hierarchiczna organizacja pamięci
Ò pamięci archiwalne (dyski magnetyczne i optyczne,
taśmy...): zewnętrzne zasoby programów i danych
Ò masowe pamięci dyskowe o dostępie cyklicznym
Ò pamięci bezpośrednio adresowalne (półprzewodnikowe)
Ò główna pamięć operacyjna RAM
(+ pamięć stała ROM z bazowym programem obsługi
wejścia/wyjścia BIOS ( Basic Input-Output System ))
Ò pamięć podręczna (cache memory)
Ò poziom L2 (zewnętrzna)
Ò poziom L1 (wewnętrzna, w układzie mikroprocesora)
Ò rejestry procesora
( im bliżej procesora tym mniejsza pojemność i szybszy dostęp, droższe )
Jednostka wykonawcza EU
executive unit
Jednostka sterująca CU
control unit
Jednostka
arytmetyczno-
logiczna ALU
arithmetic-logic unit
Układ sterowania
Rejestry
Dekoder rozkazów
Rejestr rozkazów
dane
wyniki
programy
1167497370.247.png 1167497370.248.png 1167497370.249.png 1167497370.250.png 1167497370.251.png 1167497370.253.png 1167497370.254.png 1167497370.255.png 1167497370.256.png 1167497370.257.png 1167497370.258.png 1167497370.259.png 1167497370.260.png 1167497370.261.png 1167497370.262.png 1167497370.002.png 1167497370.003.png 1167497370.004.png 1167497370.005.png 1167497370.006.png 1167497370.007.png 1167497370.008.png 1167497370.009.png 1167497370.010.png 1167497370.011.png 1167497370.013.png 1167497370.014.png 1167497370.015.png 1167497370.016.png 1167497370.017.png 1167497370.018.png 1167497370.019.png 1167497370.020.png 1167497370.021.png 1167497370.022.png 1167497370.024.png 1167497370.025.png 1167497370.026.png 1167497370.027.png 1167497370.028.png 1167497370.029.png 1167497370.030.png 1167497370.031.png 1167497370.032.png 1167497370.033.png 1167497370.035.png 1167497370.036.png 1167497370.037.png 1167497370.038.png 1167497370.039.png 1167497370.040.png 1167497370.041.png 1167497370.042.png 1167497370.043.png 1167497370.044.png 1167497370.046.png 1167497370.047.png 1167497370.048.png 1167497370.049.png 1167497370.050.png 1167497370.051.png 1167497370.052.png 1167497370.053.png 1167497370.054.png 1167497370.055.png 1167497370.057.png 1167497370.058.png 1167497370.059.png 1167497370.060.png 1167497370.061.png 1167497370.062.png 1167497370.063.png 1167497370.064.png 1167497370.065.png 1167497370.066.png 1167497370.068.png 1167497370.069.png 1167497370.070.png 1167497370.071.png 1167497370.072.png 1167497370.073.png 1167497370.074.png 1167497370.075.png 1167497370.076.png 1167497370.077.png 1167497370.079.png 1167497370.080.png 1167497370.081.png 1167497370.082.png 1167497370.083.png 1167497370.084.png 1167497370.085.png 1167497370.086.png 1167497370.087.png 1167497370.088.png 1167497370.090.png 1167497370.091.png 1167497370.092.png 1167497370.093.png 1167497370.094.png 1167497370.095.png 1167497370.096.png 1167497370.097.png 1167497370.098.png 1167497370.099.png 1167497370.101.png 1167497370.102.png 1167497370.103.png 1167497370.104.png 1167497370.105.png 1167497370.106.png 1167497370.107.png 1167497370.108.png 1167497370.109.png 1167497370.110.png 1167497370.112.png 1167497370.113.png 1167497370.114.png 1167497370.115.png 1167497370.116.png 1167497370.117.png 1167497370.118.png 1167497370.119.png 1167497370.120.png 1167497370.121.png 1167497370.123.png 1167497370.124.png 1167497370.125.png 1167497370.126.png 1167497370.127.png 1167497370.128.png 1167497370.129.png 1167497370.130.png 1167497370.131.png 1167497370.132.png 1167497370.134.png 1167497370.135.png
III.4 Systemy wieloprocesorowe ( A )
III.5 Systemy wieloprocesorowe ( B )
MM
MM
MM
MM
MM
MM
MM
CPU
MM
SBC
CPU
CPU
CPU
CPU
MM
CPU
SBC
CPU
CPU
CPU
CPU
CPU
MM - memory module
SBC - system bus control
IV.1 Przebieg wykonania programu
IV.2 Cykle wykonania rozkazów
Ê Pamięć operacyjna przechowuje rozkazy i dane
Ê Słowa pamięci adresowane są przez układy procesora
za pośrednictwem szyny adresowej magistrali
Ê Rozkazy i dane pobierane są przez szynę danych magistrali
do rejestrów procesora
Ê Układy sterujące wykonują rozkazy jako serie
mikrooperacji taktowanych zegarem systemowym
Ê Rodzaje rozkazów:
Ê operacje arytmetyczne, logiczne i przesuwania
Ê przesyłanie informacji między rejestrami
a pamięcią i układami wejścia/wyjścia
Ê sterowanie przebiegiem programu
Ê zatrzymywanie (wstrzymywanie) pracy procesora
Ê Architektury CISC ( C omplex Instruction Set Computer )
duży zestaw instrukcji; kilka cykli (faz) wykonania:
c pobranie instrukcji d dekodowanie
e pobranie operandów f wykonanie instrukcji
g zapis wyników
Ê Architektury RISC ( R educed Instruction Set Computer )
uproszczony zbiór instrukcji, a tym samym układy
sterowania; przyspieszenie obliczeń:
Ê potokowanie: kilka rozkazów w różnych fazach wykonania
Ê superpotoki: większa liczba drobnych faz wykonania
Ê architektury superskalarne: kilka równoległych potoków
V.1 Układy wejścia/wyjścia
V.2 Operacje wejścia/wyjścia
Ê Operacje we/wy pod bezpośrednią kontrolą procesora :
Ê bezwarunkowe (np. wyświetlanie sygnałów stanu)
Ê z testowaniem gotowości układu (pętla programowa)
Ê z przerwaniem wykonywanego programu:
Ê zgłoszenie przerwania na wejściu z magistrali sterującej
Ê obsługa przerwania: zapamiętanie bieżącego stanu rejestrów,
wykonanie podprogramu obsługi, odtworzenie stanu rejestrów
i powrót do przerwanego programu
Ê układy procesora: sterownik i rejestry przerwań
Ê tablica wektorów przerwań: adresy podprogramów obsługi
Ê Operacje we/wy za pośrednictwem sterownika DMA
( Direct Memory Access ) - informacje przesyłane między
pamięcią a układem WE/WY
Ê Układy WE/WY pośredniczą w wymianie informacji
między CPU i pamięcią operacyjną, a urządzeniami
zewnętrznymi (peryferyjnymi) w celu:
Ê zmiany szybkości przesyłania informacji
Ê zmiany parametrów elektrycznych sygnału
Ê zmiany formatu przekazywanej informacji
Ê Adresowanie układów WE/WY przebiega na 2 sposoby
Ê układy współadresowalne z pamięcią mają wspólną prze-
strzeń adresową i sygnały sterujące z pamięcią operacyjną
Ê układy izolowane mają niezależne adresy i oddzielne
sygnały sterujące; wymagają odrębnych rozkazów we/wy
1167497370.136.png 1167497370.137.png 1167497370.138.png 1167497370.139.png 1167497370.140.png 1167497370.141.png 1167497370.142.png 1167497370.143.png 1167497370.145.png 1167497370.146.png 1167497370.147.png 1167497370.148.png 1167497370.149.png 1167497370.150.png 1167497370.151.png 1167497370.152.png 1167497370.153.png 1167497370.154.png 1167497370.156.png 1167497370.157.png 1167497370.158.png 1167497370.159.png 1167497370.160.png 1167497370.161.png 1167497370.162.png 1167497370.163.png 1167497370.164.png 1167497370.165.png 1167497370.167.png 1167497370.168.png 1167497370.169.png 1167497370.170.png 1167497370.171.png 1167497370.172.png 1167497370.173.png 1167497370.174.png 1167497370.175.png 1167497370.176.png 1167497370.178.png 1167497370.179.png 1167497370.180.png 1167497370.181.png 1167497370.182.png 1167497370.183.png 1167497370.184.png 1167497370.185.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin