1 

Architektura Komputerów i Programowanie 

Niskopoziomowe 

 
1.  Historia ewolucji komputerów 

 
Generacje komputerów: 
!!!!"

"

"

" 1 generacja 

1946-1957 
lampa próżniowa 
ok. 40 000 operacji na sekundę 
 

!!!!"

"

"

" 2 generacja 

1958-1964 
tranzystor 
ok. 200 000 operacji na sekundę 

 

!!!!"

"

"

" 3 generacja 

1965-1971 
mała i średnia skala integracji 
ok. 1 000 000 operacji na sekundę 
 

!!!!"

"

"

" 4 generacja 

1972-1977 
wielka skala integracji 
ok. 10 000 000 operacji na sekundę 
 

!!!!"

"

"

" 5 generacja 

1978-… 
bardzo wielka skala integracji 
ok. 100 000 000 operacji na sekundę 
 

ENIAC 
ENIAC (ang. Electronic Numerical Integrator And Computer) został ukończony w roku 
1946. Był pierwszym na świecie elektronicznym komputerem cyfrowym o ogólnym 
przeznaczeniu. ENIAC  był maszyną raczej dziesiętną niż binarną. Liczby były 
reprezentowane w formie dziesiętnej i arytmetyka była realizowana w systemie 
dziesiętnym. Jego pamięć składała się z 20 „akumulatorów”, z których każdy 
mógł przechowywać 10-cyfrową liczbę dziesiętną. Każda cyfra była 
reprezentowana przez pierścień złożony z 10 lamp próżniowych. Główną wadą ENIAC-
a było to, że musiał on być programowany ręcznie przez ustawianie przełączników 
oraz wtykanie i wyjmowanie kabli. 
 
Maszyna von Neumanna 
W roku 1946 rozpoczęto projektowanie nowego 

komputera wykorzystującego 

program przechowywany w pamięci. Miało to miejsce w Princeton Institute for 
Advanced Studies, a sam komputer określono skrótem 

IAS. Głównymi jego 

składnikami są: 
 

!" Pamięć główna, w której są przechowywane zarówno dane jak i rozkazy 
!" Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU), mogąca wykonywać działania 

na danych binarnych 

!" Jednostka sterująca, która interpretuje rozkazy z pamięci i powoduje 

ich wykonanie 

!" Urządzenia wejścia-wyjścia, których pracą kieruje jednostka sterująca 

 

2 

Komputer IAS działał przez powtarzalne wykonywanie cyklu rozkazu. Z rzadkimi 
wyjątkami wszystkie dzisiejsze komputery mają  tę samą ogólną strukturę i funkcje, 
są wobec tego określane jako maszyny von Neumanna. 
 

2. Pojęcia organizacji i architektury komputerów 

 
Architektura komputera – opis budowy systemu komputerowego, który odnosi się 
do atrybutów systemu widzialnych dla programisty takich jak liczba bitów 
reprezentacji danych, organizacja jednostki arytmetyczno-logicznej, lista rozkazów, 
metody organizacji pamięci, mechanizmy wejścia-wyjścia. 
 
Organizacja komputera – opis budowy systemu komputerowego, który odnosi się 
do atrybutów niewidzialnych dla programisty takich jak rozwiązania sprzętowe 
wynikające z zastosowanej technologii elektronicznej, sygnały i układy sterujące, 
interfejsy między komputerem a urządzeniami peryferyjnymi. 
 
Struktura komputera – opis wzajemnego, hierarchicznego powiązania składników 
systemu komputerowego. 
 

3. Podstawowe podzespoły komputera 

 
Funkcje komputera: 

!!!!"

"

"

" przetwarzanie danych  

!!!!"

"

"

" przechowywanie danych  

!!!!"

"

"

" przenoszenie danych  

!!!!"

"

"

" sterowanie 

 

Procesor  – jednostka centralna (CPU) przetwarza dane i steruje działaniem 
komputera. Składa się m.in. z: 
!" Jednostki arytmetyczno-logicznej – realizuje funkcje przetwarzania danych 

przez komputer (dokonuje obliczeń) 

!" Rejestrów podręcznych – przechowują chwilowe dane przetwarzane przez 

procesor 

!" Jednostki sterującej – pobiera i dekoduje rozkaz, generuje odpowiednie sygnały 

sterujące dla innych elementów procesora 

!" Magistral procesora – zapewniają łączność pomiędzy składnikami procesora 
 
Pamięć główna – przechowuje dane i instrukcje 
 
Urządzenia wejścia-wyjścia – odpowiadają za komunikację komputer – otoczenie 
 
Połączenia systemowe – (magistrale) – zapewniają łączność pomiędzy 
poszczególnymi elementami komputera 

 
4. Pojęcia hardware, firmware i software 

 
Hardware – zestaw urządzeń elektronicznych do automatycznego przetwarzania 
informacji. Fizyczne komponenty komputera, elementy peryferyjne i akcesoria. 
 
Firmware – oprogramowanie układowe, umieszczone przez producenta sprzętu 
w pamięci ROM, dostarczane razem ze sprzętem i traktowane jako jego element. 
 
Software – oprogramowanie umieszczane w pamięci komputera w postaci sekwencji 
rozkazów, wykonywanych przez jednostkę centralną. 

 
 
 

 

3 

5. Pojęcia mikroprocesor, mikrokontroler, mikrokomputer 

 
 
Mikroprocesor  – steruje działaniem komputera i realizuje jego funkcje 
przetwarzania danych. Układ scalony, którego działanie polega na wykonywaniu 
instrukcji programów zapisanych w pamięci. Nadzoruje i synchronizuje pracę 
wszystkich urządzeń w komputerze. Głównymi zespołami procesora są: jednostka 
arytmetyczno-logiczna ALU, jednostka sterująca, rejestry. Procesory mogą się 
wyróżniać: architekturą (RISC lub CISC), liczbą bitów przetwarzanych w jednym 
cyklu, częstotliwość taktowania w MHz. 
 
Mikrokontroler  – układ scalony o bardzo wielkiej skali integracji, w skład którego 
wchodzi: mikroprocesor, pamięć przechowująca rozkazy dla mikroprocesora, dane 
oraz wyniki operacji, układy wejścia-wyjścia umożliwiające wprowadzenie do pamięci 
rozkazów, danych i wyprowadzenie wyników. Mikrokontrolery są kompletnymi, 
programowalnymi, autonomicznymi układami (do pracy wystarczają im urządzenia 
zewnętrzne zawarte w mikrokontrolerze), mogącymi realizować wszystkie operacje 
składające się na przetwarzanie informacji cyfrowej łącznie z jej wymianą 
z określonym otoczeniem. 
 
Mikrokomputer  – jednoukładowy komputer, którego wszystkie bloki funkcjonalne 
(procesor, pamięć, urządzenia wejścia-wyjścia) są umieszczone w jednym układzie 
scalonym. Mikrokomputery znajdują zastosowanie głównie w komputerach 
wbudowanych, np. w sterownikach. 

 
6. Procesory sygnałowe 

 

Sygnały można podzielić na: 

!!!!"

"

"

" Analogowe - są przebiegami konkretnej wielkości fizycznej np. napięcia 

elektrycznego, ciśnienia, temperatury.  

!!!!"

"

"

" Cyfrowe - jeśli użyta do reprezentacji sygnałów wielkość fizyczną odgrywa 

rolę drugorzędną i kwantuje się  ją, to próbki interesującego nas sygnału 
można zakodować za pomocą ustalonych zestawów symboli. Takie kwantowe 
i kodowane sygnały nazywają się cyfrowymi.  

!!!!"

"

"

" Ciągłe - takie, że ich wartości są istotne dla każdej wartości zmiennej 

niezależnej z pewnego przedziału np. każdej chwili czasu 

!!!!"

"

"

" Dyskretne - jeśli istotne są tylko ich wartości w pewnych (dyskretnych) 

punktach przestrzeni zmiennej niezależnej np. w wybranych, dyskretnych 
chwilach czasu. Sygnały dyskretne są opisywane jako ciągi (sekwencje) liczb 
tzw. próbek sygnału  

!!!!"

"

"

" Jednowymiarowe  

!!!!"

"

"

" Wielowymiarowe  

 

Sygnał skwantowany 
Sygnał skwantowany to taki sygnał, który nie jest rejestrowany dokładnie, lecz 
rozróżnia się jedynie skończoną liczbę możliwych poziomów (wartości) wielkości 
fizycznej użytej do reprezentacji sygnału. 
 
Najważniejsze cechy procesorów sygnałowych: 

!" Długie formaty danych (np. 16 bitów, 32 bity i więcej)  
!" Sprzętowa realizacja mnożenia z możliwością zapisu dokładnego wyniku 

w tzw. długim akumulatorze  

!" Rozdzielanie toru programu od toru danych (architektura harwardzka)  
!" Szybkie działanie  
!" Niski pobór mocy 

 
 

 

4 

 
Przebieg obróbki sygnału 
 

 

Stosujemy czujniki do przetworzenia temperatury, ciśnienia, wibracji w odpowiednie 

sygnały elektryczne. Tak uzyskane sygnały są zazwyczaj analogowe i ciągłe. Z reguły 
poddawane są na wstępie pewnej filtracji analogowej, ograniczającej jej pasmo 
(tzw. filtracji anty-aliasingowej) [filtr we], następnie próbkowaniu np. w układzie 
próbkująco-pamiętającym  [S&H]  (sample & hdd - próbkuj i trzymaj) i wreszcie 
przetwarzaniu analogowo-cyfrowemu [A/D]  (analog to digital). Teraz następuje 
proces główny czyli etap cyfrowego przetwarzania sygnału, np. za pomocą procesora 
sygnałowego [DSP] (digital signal processor). Otrzymane w wyniku sygnał użyteczny 
podlega przetwarzaniu cyfrowo-analogowemu [D/A] i wygładzeniu w filtrze 
wyjściowym [filtr wy]. 
 
Układy analogowe: 

!" Ograniczona dokładność, zależna od precyzji pomiaru wielkości fizycznej 

zastosowanej reprezentacji sygnału. 

!" Zależne w działaniu od temperatury, warunków atmosferycznych, rozrzutu 

i starzenia się elementów (brak powtarzalności działania układu i różnice 
w działaniu poszczególnych egzemplarzy). 

 
Układy cyfrowe: 

!" Wraz ze wzrostem ilości bitów słowa rośnie dokładność, ale rosną również 

koszty i maleje szybkość próbkowania. 

!" Działają w sposób dokładnie powtarzalny i nie podlegają starzeniu. 
!" Brak bezpośredniej zależności od zjawisk fizycznych (realizacja dowolnych 

algorytmów obliczeniowych). 

!" Możliwość zastosowania układów programowalnych (np. procesorów 

sygnałowych) - możliwość zmiany właściwości układu jedynie przez program, 
bez modyfikacji sprzętu. 

!" Występowanie hazardów danych i sterowania. 
!" Występowanie błędów statycznych: „przywarta jedynka”, „przywarte zero”. 

 
Koncepcja próbkowania 
 

 

 

Sygnał ciągły transmitowany za pośrednictwem łącznika, co jakiś czas zamykany jest 
łącznik,  co  daje  krótki  impuls  o  amplitudzie  równej  wartości sygnału w chwili 
próbkowania. Odstępy między chwilami próbkowania mogą być równe, np. Ts, wtedy 
jest to próbkowanie równomierne o okresie Ts albo szybkości fs=1/Ts. Jeśli nie to 
próbkowanie takie nazywamy próbkowaniem nierównomiernym. 
 

 

5 

7.  Architektura von Neumanna i architektura harwardzka 

 
Architektura von Neumanna: 

!" Dane i rozkazy są przechowywane w tej samej pamięci umożliwiającej zapis 

i odczyt 

!" Zawartość pamięci może być adresowana przez wskazanie miejsca, bez 

względu na rodzaj przechowywanych danych 

!" Wykonywanie rozkazów w sposób szeregowy, rozkaz po rozkazie 
 

Urządzenie realizuje różne operacje w zależności od doprowadzonych sygnałów 
sterujących. System przyjmuje dane i sygnały sterujące, po czym dostarcza wyniki. 
Cały program jest sekwencją kroków. W każdym kroku wykonywana jest pewna 
operacja arytmetyczna lub logiczna. 
 
Architektura harwardzka: 

!" Zastosowanie osobnych pamięci i magistral dla programu i danych 
!" Program nie może zapisać do pamięci programu 
!" Ułatwia projektowanie procesorów 
!" Adres danej można podawać do pamięci danych już w czasie podawania 

adresu następnej instrukcji pamięci programu - przyspiesza przetwarzanie 
potokowe 

 

8.  Magistrale i połączenia magistralowe 

 
Magistrala jest drogą zapewniającą komunikację między urządzeniami. 
Główną charakterystyczną cechą magistrali jest to, że jest ona wspólnym 
nośnikiem transmisji  (ang.  shared transmission medium). Do magistrali dołącza się 

wiele urządzeń, a sygnały wysyłane przez którekolwiek z nich mogą być 
odbierane przez  wszystkie  pozostałe urządzenia. Jeśli dwa urządzenia nadawałyby 
w tym 

samym czasie, ich sygnały nakładałyby się i ulegały zakłócaniu. 

W określonym czasie  może więc nadawać tylko jedno urządzenie. Często magistrala 
składa się z wielu dróg (linii) komunikacyjnych. Każdą linią mogą być przesyłane 
sygnały reprezentujące binarne 0 i 1. W ciągu pewnego czasu przez pojedynczą linię 
może być przekazana sekwencja cyfr binarnych. Wiele linii zawartych w magistrali 
można wykorzystywać razem do jednoczesnego (równoległego) transmitowania  cyfr 
binarnych. Na przykład 8-bitowa jednostka danych może być przesyłana przez 8 linii 
magistrali. System komputerowy zawiera pewną liczbę różnych magistrali, które 
łączą zespoły komputera na różnych poziomach hierarchii. Magistrala łącząca 
główne zespoły komputera (procesor, pamięć, wejście-wyjście) nazywana jest 
magistralą systemową. Najczęściej spotykane struktury połączeń 
komputera wykorzystują jedną lub więcej magistrali systemowych. 
 
Struktura magistrali 
Zawarte w magistralach linie można podzielić na trzy grupy funkcjonalne: 
linie danych, adresów i sterowania. Ponadto mogą występować linie służące do 
zasilania dołączonych modułów. 
 
Linie danych  są  ścieżkami służącymi do przenoszenia danych między modułami 
systemu. Wszystkie te linie łącznie są określane jako szyna danych (ang. data bus). 
Szyna danych składa się typowo z 8, 16 lub 32 oddzielnych linii, przy czym liczba linii 
określa szerokość tej szyny. Ponieważ w danym momencie każda linia może przenosić 
tylko 1 bit, z liczby linii wnika, ile bitów można jednocześnie przenosić. Szerokość 
szyny danych jest kluczowym czynnikiem określającym wydajność całego systemu. 
Jeśli na przykład szyna danych ma szerokość 8 bitów, a każdy rozkaz ma długość 16 
bitów, to procesor musi łączyć się z  modułem pamięci dwukrotnie w czasie każdego 
cyklu rozkazu. 

 

6 

Linie adresowe są wykorzystywane do określania źródła lub miejsca przeznaczenia 
danych przesyłanych magistralą. Jeśli na przykład procesor ma zamiar odczytać słowo 
(8, 16 lub 32 bity) danych z pamięci, umieszcza adres potrzebnego słowa na linii 
adresowej. Jest jasne, że szerokość szyny adresowej determinuje maksymalną 
możliwą pojemność pamięci systemu. Ponadto linie adresowe są również używane do 
adresowania portów wejścia-wyjścia. Najczęściej najbardziej znaczące bity służą do 
wybrania określonego modułu na magistrali, natomiast najmniej znaczące bity 
określają lokację w pamięci lub port wejścia-wyjścia wewnątrz modułu. 
 
Linii sterowania  używa się do sterowania dostępem do linii danych 
i linii adresowych, a także do sterowania ich wykorzystaniem. Ponieważ linie danych 
i adresowe służą wszystkim zespołom, musi istnieć sposób sterowania ich 
używaniem. Sygnały sterujące przekazywane między modułami systemu 
zawierają zarówno rozkazy, jak i informacje regulujące czas (taktujące). Sygnały 
czasowe określają ważność danych i adresów. Sygnały rozkazów precyzują operacje, 
które mają być przeprowadzone. Typowe linie sterowania to linie: 

!" Zapis w pamięci. Sprawia, że dane z magistrali zostają zapisane pod 

określonym adresem. 

!" Odczyt z pamięci. Sprawia, że dane spod określonego adresu są 

umieszczane w magistrali. 

!" Zapis do wejścia-wyjścia. Sprawia, że dane z magistrali są kierowane do 

zaadresowanego portu wejścia-wyjścia. 

!" Odczyt z wejścia-wyjścia. Sprawia,  że dane z zaadresowanego portu 

wejścia-wyjścia są umieszczane w magistrali. 

!" Potwierdzenie przesyłania 

(transfer ACK). Wskazuje, że dane 

zostały przyjęte z magistrali lub na niej umieszczone. 

!" Zapotrzebowanie na magistralę (bus request). Wskazuje, że moduł zgłasza 

zapotrzebowanie na przejęcie sterowania magistralą. 

!" Rezygnacja z magistrali  (bus grant). Wskazuje, że moduł rezygnuje ze 

sterowania magistralą. 

!" Żądanie przerwania  (interrupt request). Wskazuje, że przerwanie jest 

zawieszone. 

!" Potwierdzenie przerwania 

(interrupt ACK). Potwierdza, że 

zawieszone przerwanie zostało rozpoznane. 

!" Zegar. Wykorzystywany do synchronizowania operacji. 
!" Przywrócenie (reset). Ustawia wszystkie moduły w stanie początkowym. 

 
Działanie magistrali jest następujące. Jeśli jeden z modułów zamierza wysłać 
dane do drugiego, to musi wykonać dwie rzeczy: (1) uzyskać dostęp do magistrali 
i (2) przekazać dane za pośrednictwem magistrali. Jeśli natomiast zamierza uzyskać 
dane z innego modułu, to musi: (1) uzyskać dostęp do magistrali i (2) przekazać 
zapotrzebowanie do tego modułu przez odpowiednie linie sterowania i adresowe. Musi 
następnie czekać, aż drugi moduł wyśle dane.  
 

9.  Magistrale w komputerach klasy PC 
 
MAGISTRALA PCI 
System połączeń urządzeń peryferyjnych PCI (skrót od ang. Peripheral Component 
Interconnect) jest  współczesną, szerokopasmową magistralą niezależną od procesora. 
W porównaniu z innymi, powszechnie spotykanymi magistralami PCI umożliwia 
uzyskanie większej wydajności systemu, jeśli są wykorzystywane szybkie podsystemy 
wejścia-wyjścia 

(np. sterowniki interfejsów sieciowych, sterowniki dysków i 

inne). 

Magistrala PCI pracująca w trybie 33 MHz pozwala na osiągnięcie teoretycznej 
maksymalnej przepustowości 132 MB/s. Jej 64 bitowe rozszerzenie (pracujące 
z częstotliwością 66 MHz) umożliwia transfer z maksymalną prędkością 264 MB/s. 
Magistrala PCI została zaprojektowana jako ekonomiczne 

rozwiązanie spełniające 

wymagania wejścia-wyjścia w nowoczesnych systemach. Wymaga niewielu mikroukładów 

 

7 

i wspomaga działanie innych magistrali, 

związanych z magistralą PCI. 

Do magistrali PCI mogą być podłączone dwa rodzaje urządzeń: inicjatory (initiator) 
mogące przejmować kontrolę nad magistralą oraz jednostki podporządkowane (slave) 
zdolne tylko do transmisji danych. Transmisja może przebiegać między dwoma 
inicjatorami lub inicjatorem i jednostką podporządkowaną. 
 
MAGISTRALA AGP 
AGP (z ang. Accelerated Graphics Port) nie jest magistralą jako taką, stanowi jedynie 
pewne przedłużenie magistrali PCI. Specyfikacja AGP bazuje na specyfikacji PCI w wersji 
2.1 (zegar 66 MHz), rozszerzając ją o dodatkowe funkcje, dodając nowe niektórych 
zmieniając znaczenie niektórych dotychczasowych sygnałów. Złącze AGP posiada 132 
kontakty (po 66 z każdej strony) o wysokiej gęstości pól kontaktowych (1 mm). 
Magistrala AGP może pracować w różnych trybach: 

!" Tryb 1X – Proste rozszerzenie standardu PCI polegające na przyspieszeniu 

zegara do 66 MHz. Maksymalny transfer to 264 MB/s. 

!" Tryb 2X – Częstotliwość zegara wynosi nadal 66 MHz, ale wymiana danych 

odbywa się w momentach wyznaczanych przez obydwa zbocza impulsów 
taktujących (tryb DDR). W efekcie mamy „pozorny” wzrost częstotliwości 
zegara do 133 MHz. Teoretyczna przepustowość magistrali sięga więc 532 
MB/s. Transfer w trybie 2X może być inicjowany wyłącznie przez kontroler 
graficzny. Napięcie obniżono z 5V na 3,3V w celu złagodzenia wymagań na 
stromość zboczy coraz krótszych sygnałów. 

!" Tryb 4X – pracuje na znacznie obniżonych poziomach napięć (1,5V). Tak 

spłaszczone przebiegi mają dostatecznie strome zbocza aby podołać wymogom 
bardzo szybkiej transmisji. Magistrala AGP w trybie 4X przesyła w porównaniu 
z trybem 2X podwójną ilość danych, pomiędzy dwoma zboczami zegara mają 
miejsce dwie transakcje. Teoretyczna przepustowość wynosi 1064 MB/s. 

 

10. Klasyfikacja pamięci w komputerach 
 
Typowy system komputerowy zwiera hierarchię podsystemów pamięci: niektóre z nich są 
wewnętrzne w stosunku do systemu (bezpośrednio dostępne dla procesora), a inne 
zewnętrzne (dostępne dla procesora przez moduł wejścia-wyjścia). 
 
Pamięć wewnętrzna jest często identyfikowana z pamięcią główną. Są jednak także inne 
formy pamięci wewnętrznej. Procesor wymaga własnej pamięci lokalnej w postaci 
rejestrów, a jego jednostka sterująca może również potrzebować  własnej pamięci 
wewnętrznej. 
 
Pamięć zewnętrzna składa się z peryferyjnych urządzeń pamięciowych, takich jak pamięć 
dyskowa i taśmowa, które są dostępne dla procesora poprzez sterowniki wejścia-wyjścia. 
 
Własności pamięci: 

!" Pojemność  - w przypadku pamięci wewnętrznej wyrażona w bajtach lub 

słowach (najczęściej 8, 16, 32 bity) 

!" Jednostka transferu - liczba bitów jednocześnie odczytywanych z pamięci, 

równa liczbie linii danych doprowadzonych do modułu pamięci. 

 
Można wyróżnić cztery rodzaje dostępu do pamięci: 

!" Dostęp sekwencyjny - dostęp jest możliwy w określonej sekwencji liniowej. 

Odczyt i zapis dokonywane są za pomocą tego samego mechanizmu, przy 
czym proces ten musi się przenosić z pozycji bieżącej do pożądanej 
przepuszczając i odrzucając wszystkie rekordy pośrednie (np. pamięci 
taśmowe). Czas dostępu do rekordów może być bardzo różny, w zależności od 
położenia żądanego rekordu. 

!" Dostęp swobodny - każda adresowalna lokacja w pamięci ma unikatowy 

fizycznie wbudowany mechanizm adresowania. Czas dostępu do danej lokacji 

 

8 

nie zależy od sekwencji poprzednich operacji dostępu i jest stały. Dowolna 
lokacja może być wybierana swobodnie i jest adresowana i dostępna 
bezpośrednio (np. pamięć główna). 

!" Dostęp skojarzeniowy - jest to rodzaj dostępu swobodnego, który umożliwia 

porównywanie i specyficzne badanie zgodności wybranych bitów wewnątrz 
słowa, przy czym jest to czynione dla wszystkich słów jednocześnie. 
 

Hierarchia pamięci: 
 

 

 

11. Pamięć operacyjna

 

 
Pamięć operacyjna - podstawowy rodzaj pamięci o dostępie swobodnym, 
przechowujący całość lub część bieżącego wykonywanego programu. 
 
Pamięć operacyjna pozostaje w stałym kontakcie z procesorem, dla którego logicznie 
przedstawia uporządkowany ciąg komórek zaadresowanych od 0 do 2n, przy czym 

n oznacza liczbę bitów rejestru adresowego procesora. Pamięć operacyjna może być 
realizowana jak pamięć stała lub pamięć zapisywalna. Cecha wyróżniająca RAM 
(ang.  Random Access Memory) spośród innych jest to, że możliwe jest zarówno 
odczytanie danych z pamięci jak też łatwe i szybkie zapisanie do niej nowych danych. 
Zarówno odczyt jak i zapis są deklarowane za pomocą sygnałów elektrycznych. Inną 
własnością wyróżniającą jest ich ulotność. Pamięć RAM musi mieć  źródło stałego 
zasilania. Jeśli zasilanie jest przerwane, dane są tracone. Pamięć RAM może być 
używana tylko do przechowywania czasowego. Pamięć RAM można podzielić na 
statyczną i dynamiczną. Dynamiczna pamięć RAM jest wykonywana z komórek, które 
przechowują dane podobnie jak kondensatory przechowują  ładunek elektryczny. 
Obecność lub brak ładunku w kondensatorze są interpretowane jako binarne 1 lub 0. 
Ponieważ kondensatory mają naturalną tendencję do rozładowywania się, dynamiczne 
pamięci RAM wymagają okresowego odświeżania ładunku w celu zachowania danych. 
W statycznej pamięci RAM wartości binarne są przechowywane za pomocą 
przerzutników. Statyczne pamięci RAM zachowują dane tak długo jak długo są 
zasilane. Zarówno statyczne jak i dynamiczne pamięci RAM są ulotne. Dynamiczna 
komórka pamięci jest prostsza i dzięki  temu  mniejsza  niż statyczna. W rezultacie 
dynamiczna pamięć RAM jest gęściej upakowana i tańsza niż odpowiadająca jej 
statyczna. Z drugiej strony dynamiczna pamięć RAM wymaga układów odświeżania. 
Statyczne pamięć RAM są dużo szybsze od dynamicznych.

 

 
 

 

9 

12. Pamięć podręczna 
 
Pamięci podręczne stosuje się w celu uzyskania pamięci o takiej szybkości, jaką maja 
najszybsze osiągalne pamięci, z jednoczesnym uzyskaniem dużego rozmiaru pamięci 
w cenie tańszych pamięci półprzewodnikowych. Pamięć podręczna zawiera kopię części 
zawartości pamięci głównej. Gdy procesor zamierza odczytać słowo w pamięci, najpierw 
następuje sprawdzenie, czy słowo to nie znajduje się w pamięci podręcznej. Jeśli tak, to 
słowo jest dostarczane do procesora. Jeśli nie to blok pamięci głównej zawierająca 
ustaloną liczbę  słów jest wczytywany do pamięci podręcznej, a następnie słowo jest 
dostarczane do procesora. Ze względu na zjawisko lokalności odniesień, jeśli blok danych 
został pobrany do pamięci podręcznej w celu zaspokojenia pojedynczego odniesienia do 
pamięci, jest prawdopodobne, że przyszłe odniesienia będą dotyczyły innych słów 
zawartych w tym samym bloku. 

 
 

 

 

Obecnie systemy komputerowe, często dysponują wieloma poziomami pamięci 
podręcznej. Jako przykład może służyć wewnętrzna i zewnętrzna procesorowa pamięć 
podręczna - odpowiednio cache  L1  i  L2.  Przy  czym  zazwyczaj  L1  <  L2. 
 
13. Pamięci zewnętrzne 

 
Urządzenia i systemy pamięci zewnętrznej: 

!" dysk magnetyczny  
!" pamięci RAID  
!" pamięć optyczna  
!" taśma magnetyczna  
!" Dysk magnetyczny 

 
Dysk magnetyczny 
Zasada działania:  Dysk  to  okrągła, metalowa lub plastikowa płyta pokryta 
materiałem magnetycznym. Dane są zapisywane i odczytywane za pomocą 
przewodzącej cewki - głowicy. Nieruchoma głowica umieszczona jest nad 
obracającym się dyskiem. Sposób zapisu danych - przez cewkę  płynie prąd 
wytwarzający pole magnetyczne co powoduje zapis wzorów magnetycznych na 
powierzchni dysku różnych dla prądu dodatniego i ujemnego. Sposób odczytu - wzory 
magnetyczne na dysku indukują w cewce taki prąd ( o tej samej biegunowości +/-) 
jaki zostawiły do zapisu. 
Organizacja i formatowanie danych: Dane są zorganizowane na dysku w postaci 
ścieżek - koncentrycznych okręgów o szerokości głowicy.  ścieżki oddzielone są 

 

10 

przerwami aby uniknąć  błędów powstałych przez niewłaściwe ustawienie głowicy lub 
interferencje pól magnetycznych. ścieżka dzieli się na sektory, zwykle od 10 do 100. 
Na każdej  ścieżce przechowuje się taką sama liczbę bitów, więc gęstość danych 
(bit/cal) wzrasta od brzegu do środka dysku. Aby rozpoznać gdzie zaczyna i kończy 
się  ścieżka i poszczególne sektory stosowane są dane kontrolne zapisane na dysku, 
wykorzystywane przez napęd, niedostępne dla użytkownika. W każdym sektorze są 
bajty przeznaczone na dane i kilka bajtów przeznaczonych na informacje kontrolne 
wykorzystywane przez sterownik dysków to znaczy identyfikatory wykorzystywane do 
lokalizacji określonego sektora, wyznaczające początek pola, ścieżki itd. Ponadto 
w identyfikatorach i polach danych zawarty jest kod służący do wykrywania błędów. 
 

 

Rozkład danych na dysku. 

 

Rodzaje dysków 
podział: 
 

1. ze względu na ruch głowicy 

!" głowica nieruchoma (jedna na ścieżkę) wszystkie na sztywnym ramieniu 
!" głowica ruchoma (jedna na powierzchnie) ramię można wydłużać i 

skracać 

2. ze względu na wymienność dysku 

!" niewymienny czyli na stale umocowany w napędzie (napęd = ramię + 

wałek obracający dysk + układy elektroniczne do wprowadzania i 
wyprowadzania danych binarnych)  

!" wymienny czyli taki, który można wyjąć i zastąpić innym dyskiem 

3. ze względu na wykorzystanie stron 

!" jednostronny (warstwa magnetyczna naniesiona po jednej stronie płyty - 

rzadko stosowane)  

!" dwustronny (warstwę magnetyczną naniesiono po obu stronach płyty - 

częściej stosowane) 

4. ze względu na liczbę dysków 

!" jednodyskowy (gdy w napędzie na raz tylko 1 dysk)  

 

11 

!" wielodyskowy (gdy w napędzie wiele płyt ustawionych pionowo 

w odległościach ok.2,5 cm) tzw.pakiet dysków 

5. ze względu na mechanizm głowicy 

!" kontaktowy (głowica ma bezpośredni kontakt z płytą podczas 

odczytu/zapisu - mechanizm stosowany przy napędzie dyskietek)  

!" ustalona przerwa (głowica umieszczona w ustalonej odległości nad płytą 

z pozostawieniem przerwy powietrznej - rozwiązanie tradycyjne)  

!" przerwa aerodynamiczna-Winchester (patrz tekst pod spodem). 

 
Zależność miedzy gęstością danych a rozmiarem przerwy powietrznej: im węższa 
głowica tym bardziej musi być zbliżona do płyty,  żeby wytwarzać lub wykrywać 
odpowiednio duże pole elektromagnetyczne. Im węższa głowica tym węższe 
ścieżki (bo ścieżki musza mieć szerokość taką jak głowica) a wiec większą gęstość 
zapisu. Ale z drugiej strony im mniejsza odległość miedzy głowicą a dyskiem tym 
większe prawdopodobieństwo błędów spowodowanych zanieczyszczeniami lub 
niedokładnościami. W wyniku ulepszenia technologii wprowadzono dysk typu 
Winchester. Głowicę dysku W. pracują w zamkniętych zespołach napędowych, 
które są niemal wolne od zanieczyszczeń. Zostały zaprojektowane do działania 
w mniejszej odległości od powierzchni dysków niż konwencjonalne głowice, co 
umożliwiło większą  gęstość upakowania danych. Głowica ta to aerodynamiczny 
pasek folii, spoczywający lekko na powierzchni płyty w czasie, gdy dysk jest 
nieruchomy. Ciśnienie powietrza wytwarzane przez wirujący dysk unosi folie nad 
powierzchnia. Dzięki temu można wykorzystać  węższe głowice, które pracują 
bliżej powierzchni płyty niż konwencjonalne sztywne głowice dysków. 
 
Czas dostępu do dysków 
Aby odczytać lub zapisać dane na dysku głowica musi się ustawić na początku 

odpowiedniej ścieżki i sektora. Ustawianie na odpowiednia ścieżkę to w przypadku 
głowicy ruchomej fizyczne przesuniecie ramienia (czas potrzebny na to, to czas 
przeszukiwania, ang. seek time). W przypadku nieruchomej, elektroniczny wybór 
jednej z głowic. Potem głowica musi się znaleźć nad odpowiednim sektorem, więc 
musi czekać, aż ten sektor się pod nią znajdzie. Czas jaki się na to zużywa to 
opóźnienie obrotowe (ang. rotational latency). Suma czasu przeszukiwania (jeśli 
występuje) i opóźnienia obrotowego to czas dostępu. 
 
Pamieć RAID 
RAID – (ang. Redundant Array of Independent Disks) wynaleziono w celu 
zamknięcia poszerzającej się luki miedzy szybkimi procesorami a stosunkowo 
wolnymi elektromechanicznymi napędami dysków.  
 

14. Urządzenia wejścia-wyjścia 

 
Urządzenia, których zadaniem jest komunikacja komputera z otoczeniem (zwykle 
bezpośrednio z użytkownikiem). Do najczęściej spotykanych urządzeń wejścia 
należą klawiatura, mysz czy skaner, zaś urządzenia wyjścia to np. drukarka lub 
monitor. Urządzenie zewnętrzne współpracuje z komputerem poprzez łącze 
z modułem wejścia-wyjścia. Łącze jest używane do wymiany sygnałów sterowania 
i stanu oraz danych między modułem wejścia-wyjścia a urządzeniem 
zewnętrznym. Urządzenie zewnętrzne połączone z modułem wejścia-wyjścia jest 
często określane jako peryferyjne. Możemy sklasyfikować urządzenia zewnętrzne 
na trzy kategorie: 
!" Przeznaczone do odczytywania przez człowieka. Odpowiednie do 

komunikowania się z użytkownikiem komputera. 

!" Przeznaczone do odczytywania przez maszynę. Odpowiednie do 

komunikowania się ze sprzętem. 

!" Komunikacyjne. Odpowiednie do komunikowania się z odległymi urządzeniami. 

 

 

12 

Przykładami urządzeń przeznaczonych dla człowieka są terminale wizyjne i drukarki 
a dla maszyny są dyski magnetyczne, systemy taśmowe oraz czujniki i urządzenia 
wykonywania wykonawcze wykorzystywane w robotach. Najbardziej powszechnym 
środkiem współpracy między komputerem a użytkownikiem jest zespół 
klawiatura/monitor. Użytkownik wprowadza dane za pomocą klawiatury. Dane 
wyjściowe są następnie transmitowane do komputera i mogą być również 
zobrazowane na monitorze. Monitor pokazuje również dane dostarczone przez 
komputer. W przypadku wejścia z klawiatury naciśnięcie klawisza przez użytkownika 
powoduje wygenerowanie sygnału elektrycznego, który jest interpretowany przez 
przetwornik w klawiaturze i tłumaczony na wzór bitowy odpowiedniego kodu ASCII. 
Wzór bitowy jest następnie transmitowany do modułu wejścia-wyjścia w komputerze. 
W przypadku wejścia, kody ASCII znaków są transmitowane z modułu wejścia-wyjścia 
do urządzenia zewnętrznego. Przetwornik w tym urządzeniu interpretuje kod i wysyła 
niezbędne sygnały elektryczne do urządzenia wyjściowego w celu albo wyświetlenia 
wskazanego znaku albo wykonania wymaganej funkcji sterującej. 
 

15. System operacyjny 

 
System operacyjny jest programem, który steruje wykonywaniem programów 
użytkowych i działa jako interfejs między użytkownikiem, a sprzętem komputerowym. 
Można uważać, że system operacyjny ma dwa cele lub realizuje dwie funkcje: 

!" Wygoda.  System operacyjny czyni system komputerowy wygodniejszym 

w użytku. 

!" Sprawność. System operacyjny umożliwia sprawne eksploatowanie zasobów 

systemu komputerowego. 

 
System operacyjny jako interfejs użytkownik – komputer 

W większości przypadków ostatecznym przeznaczeniem komputerów jest 
wykonywanie jednego lub wielu programów użytkowych (aplikacji). Użytkownik tych 
aplikacji jest nazywany użytkownikiem końcowym i na ogół nie interesuje go 
architektura komputerów. Użytkownik końcowy patrzy na system komputerowy 
poprzez swój program użytkowy. Program ten może być wyrażony w języku 
programowania i jest przygotowywany przez programistę tworzącego 
oprogramowanie użytkowe. Nie robi on tego przy pomocy rozkazów maszynowych, 
w pełni odpowiedzialnych za sterowanie sprzętem komputerowym, tylko przy pomocy 
programów systemowych. Niektóre spośród nich - programy narzędziowe umożliwiają 
realizowanie często używanych funkcji, które wspomagają tworzenie programów, 
zarządzanie plikami oraz sterowanie urządzeniami wejścia - wyjścia. Programista 
wykorzystuje te ułatwienia, przygotowując program użytkowy, a program ten podczas 
pracy uruchamia programy narzędziowe w celu wykonania pewnych funkcji. 
Najważniejszym programem systemowym jest system operacyjny. Maskuje on przed 
programistą szczegóły sprzętowe i dostarcza mu wygodnego interfejsu z systemem 
komputerowym. 

 

13 

 

 

 

Mówiąc w skrócie, system operacyjny zapewnia zwykle usługi należące do 
następujących obszarów: 

!" Tworzenie programów. System operacyjny dostarcza wielu ułatwień i usług 

wspomagających programistę przy tworzeniu programów. Są to tzw. programy 
narzędziowe (ang. utilites). 

!" Wykonywanie programów. Aby program był  wykonany  musi  być 

zrealizowanych wiele zadań. Rozkazy i dane muszą być załadowane do pamięci 
głównej; urządzenia we-wy i pliki muszą być zainicjowane, potrzebne jest tez 
przygotowanie pozostałych zasobów. Tym wszystkim zajmuje się system 
operacyjny. 

!" Dostęp do urządzeń wejścia-wyjścia. Każde urządzenie we-wy do działania 

wymaga własnego, specyficznego zestawu rozkazów lub sygnałów sterowania. 
System operacyjny zajmuje się tymi szczegółami, dzięki czemu programista 
może myśleć w kategoriach prostych odczytów i zapisów. 

!" Kontrolowany dostęp do plików. W przypadku plików musi być 

dostosowane nie tylko do natury urządzeń wejścia-wyjścia (napędów 
dyskowych, napędów taśmowych itp.), lecz także do formatów plików na 
nośniku przechowującym. I znów, o szczegóły troszczy się system operacyjny. 
Ponadto, w przypadku systemów z wieloma jednoczesnymi użytkownikami, 
system operacyjny może zapewnić mechanizmy kontrolujące dostęp do 
wspólnych zasobów, takich jak pliki. 

!" Dostęp do systemu. W przypadku systemów wspólnych lub publicznych 

system operacyjny kontroluje dostęp do systemu jako całości oraz do 
określonych zasobów systemu. 

 
System operacyjny jako program zarządzający zasobami 
System operacyjny w pewnym sensie steruje przenoszeniem, przechowywaniem 
i przetwarzaniem danych. Mechanizm sterowania nie jest tu jednak czymś 

zewnętrznym w stosunku do sterowanego obiektu. System operacyjny funkcjonuje 
w taki sam sposób jak zwykłe oprogramowanie komputera i tam jest on programem 
wykonywanym przez procesor. System operacyjny często wyrzeka się sterowania 
i musi polegać na procesorze aby odzyskać sterowanie - system operacyjny kieruje 
procesorem w zakresie używania pozostałych zasobów systemu oraz 
synchronizowaniem wykonywania przez procesor innych programów. Żeby to zrobić, 
musi jednak zaprzestać realizowania programu systemu operacyjnego i zacząć 
wykonywać inne programy. W systemie operacyjnym wykorzystuje się więc 
sterowania procesorem, umożliwiając mu wykonanie użytecznej pracy, po czym 
wznawia sterowanie z wyprzedzeniem wystarczającym do przygotowania następnej 
pracy. 
 

 

14 

Rodzaje systemów operacyjnych 
 
Podział pierwszy: 

!" Wsadowy - programy wielu użytkowników są  łączone, powstaje wsad, który 

jest uruchamiany przez operatory. Po zakończeniu wyniki są drukowane 
i przekazywane użytkownikom. W dzisiejszych czasach - bardzo rzadkie czyste 
systemy wsadowe. 

!" Konwersacyjny – (ang. interactive), ma miejsce konwersacja między 

użytkownikiem (programistą), a komputerem, zwykle za pośrednictwem 
terminala klawiatura/monitor mająca  na  celu  zgłaszanie zapotrzebowania na 
wykonanie określonej pracy lub przeprowadzenie transakcji. Ponadto 
użytkownik może komunikować się z komputerem podczas wykonywania. 
 

Podział drugi: 

!" Wieloprogramowy (wielozadaniowy) - czynione są starania o maksymalne 

możliwe obciążenie procesora praca, poprzez jednoczesne wykonywanie więcej 
niż jednego programu. Do pamięci  ładuje się kilka programów, a procesor 
"przeskakuje" szybko między nimi. 

!" jednoprogramowy (jednozadaniowy) - w określonym czasie wykonuje 

tylko jeden program. 

 

 

wsadowy konwersacyjny 

jednozadaniowy 

pojedynczy wsad 

system wyspecjalizowany 

wielozadaniowy 

złożony wsad 

z podziałem czasu 

 
Szeregowanie czasowe 
Głównym celem nowoczesnych systemów operacyjnych jest wieloprogramowanie 
(wielozadaniowość). W przypadku wieloprogramowania wiele zadań lub programów 
użytkowych pozostawia się w pamięci. Każde zadanie jest przełączane między 
używaniem centralnego procesora, a oczekiwaniem na realizacje operacji wejścia-
wyjścia. Procesor pozostaje zajęty, wykonując jedno z zadań, podczas gdy inne 
oczekują. Kluczem do wieloprogramowania jest szeregowanie. Stosowane są zwykle 3 
rodzaje szeregowania: 
 

Szeregowanie 
wysokiego poziomu 

Decyzja dotycząca dodania do puli programów 
przeznaczonych do wykonania 

Szeregowanie 
krótkookresowe 

Wybór tego spośród dostępnych procesów, który będzie 
wykonywany przez procesor 

Szeregowanie operacji 
wejścia-wyjścia 

Wybór tego spośród zawieszonych żądań we-wy, które 
ma być realizowane przez dostępne urządzenie wejścia-
wyjścia 

 
Szeregowanie wysokiego poziomu - działa rzadko i podejmuje ogólne decyzje. 
Program szeregujący wysokiego poziomu określa, które programy są dopuszczone do 
przetwarzania przez system. Po dopuszczeniu program lub zadanie jest ustawiane 
w kolejce zarządzającej przez krótkookresowy program szeregujący. Im więcej 
procesów tym mniej czasu na realizację każdego z nich, więc niektóre nie są 
dopuszczone przez długookresowy program szeregujący - ograniczenie stopnia 
wieloprogramowości. W przypadku systemu wsadowego nowe zadania są kierowane 
na  dysk  i  trzymane  w  kolejce.  Zwykle  po  zakończeniu każdego procesu program 
szeregujący decyduje czy można przyjąć następne oraz które z zadań mają być 
w ogóle zaakceptowane i zamienione na procesy. Stosowane kryteria: priorytet, czas 
realizacji, wymagania co do we-wy. W przypadku podziału czasu zapotrzebowanie na 
proces jest generowane przez użytkownika, który chce się dołączyć do systemu. 
System operacyjny akceptuje wszystkich użytkowników aż do nasycenia systemu 
a reszcie każe poczekać i spróbować później. 

 

15 

Szeregowanie krótkookresowe - program szeregujący (inaczej dyspozytor) 
podejmuje bardziej szczegółowe decyzje, które zadanie ma być realizowane jako 
następne. 
 
Stany procesu: 
 

 

 

!" Nowy - program jest przyjęty przez program szeregowania wysokiego 

poziomu ale nie gotowy do realizacji. System operacyjny inicjuje proces, 
przesuwając go w ten sposób do stanu gotowości. 

!" Gotowy - proces jest gotowy do wykonania i czeka na dostęp do procesora. 
!" Bieżący - proces jest realizowany przez procesor. 
!" Oczekujący - realizacja procesu jest zawieszona podczas oczekiwania na 

pewne zasoby systemu np. wejścia-wyjścia. 

!" Zatrzymany - proces został zakończony i zostanie zniszczony przez system 

operacyjny. 

 
Blok kontrolny procesu 
Blok kontrolny procesu jest to informacja o statusie procesu i inne cechy istotne do 
jego realizacji. Podane są tu dane: 
Identyfikator, Stan (gotowy, nowy itd.), Priorytet, Licznik programu (adres 
następnego rozkazu), Znaczniki pamięci (początek i koniec zajmowanej pamięci), 
Dane dotyczące kontekstu, Informacja o stanie we-wy, Informacja ewidencyjna 
(wymagany czas procesora, zegara, ograniczenie czasowe, liczby ewidencyjne itd.) 
 
Przykład szeregowania 
Mamy dwa aktywne procesy A i B. Procesor wykonuje rozkazy z pamięci przydzielonej 
do A. W pewnym momencie przerywa (możliwe różne powody np. przerwanie 
spowodowane procesem A lub innym zdarzeniem, wywołanie obsługi przez A np. 
żądanie wejścia-wyjścia), zapisuje bieżące dane kontekstowe i licznik A w bloku 
kontrolnym A, po czym przystępuje do działania w systemie operacyjnym. System 
operacyjny wykonuje pewną prace np. zainicjowanie operacji wejścia-wyjścia. Potem 
należący do systemu operacyjnego program szeregowania krótkookresowego 
decyduje, który proces powinien być realizowany następny. Załóżmy,  że wybiera B. 
System operacyjny poleca procesorowi odnowienie danych kontekstu B i przystępuje 
do realizowania B w punkcie, w którym został pozostawiony. 
 
Kolejka - lista procesów czekających na pewne zasoby, przekazana do systemu 
operacyjnego. 

!" Kolejka długookresowa  - lista zadań czekających na użycie systemu. Gdy 

warunki pozwolą, program szeregowania wysokiego poziomu dokona alokacji 
pamięci i utworzy proces z jednej z czekających jednostek. 

!" Kolejka krótkookresowa - składa się ze wszystkich procesów będących 

w stanie gotowości. Któryś z nich wybiera krótkookresowy program 
szeregowania na podstawie algorytmu cyklicznego (każdy po kolei) lub 
poziomu priorytetu. 

 

16 

!" Kolejka wejścia-wyjścia - związana z każdym urządzeniem we-wy. Wiele 

procesów może domagać  użycia tego samego urządzenia - ustawia się 
w kolejce. 

 
Diagram kolejek związanych z szeregowaniem pracy procesora: 
 

 

 

16. Pamięć wirtualna 

 
Przestrzeń pamięci, która może być traktowana przez użytkownika systemu 
komputerowego jako adresowalna pamięć  główna i w której adresy wirtualne są 
adresowane w zbiorze adresów rzeczywistych. Rozmiar pamięci wirtualnej jest 
ograniczony przez schemat adresowania systemu komputerowego oraz przez wielkość 
dostępnej pamięci pomocniczej nie zaś przez rzeczywistą liczbę lokacji w pamięci 
głównej. Rozważmy duży proces składający się z długiego programu oraz z pewnej 
liczby zespołów danych. Przez pewien czas wykonywanie programu może być 
ograniczone do malej jego części (np. do podprogramu standardowego) i mogą być 
używane jeden lub dwa zespoły danych. Byłoby oczywiście rozrzutnością  ładowanie 
wielu stron procesu, gdy tylko kilka stron będzie używane przed zawieszeniem 
programu. Lepiej wykorzystamy pamięć  ładując tylko kilka stron. Następnie, jeśli 
program rozgałęzi się do rozkazu znajdującego się na stronie poza pamięcią lub, gdy 
program odwoła się do danych znajdujących się na stronie poza pamięcią, zostanie 
zasygnalizowany błąd strony. Skłoni to system operacyjny do dostarczenia żądanych 
stron. Tak więc, w określonym momencie tylko kilka stron danego procesu znajduje 
się w pamięci i dzięki temu więcej procesów może pozostawać w pamięci. System 
operacyjny musi potrafić zarządzić tym schematem. Gdy wprowadza jedna stronę, 
musi wyrzucić inną. Jeśli wyrzuci stronę, która wkrótce ma być użyta musi ją prawie 

natychmiast wprowadzić ponownie. W istocie system operacyjny próbuje zgadnąć na 
podstawie najnowszej historii, które strony najprawdopodobniej będą użyte w bliskiej 
przyszłości. Ponieważ proces jest realizowany tylko w pamięci głównej, pamięć ta jest 
określona jako pamięć rzeczywista. Jednak programista lub użytkownik dysponuje 
o wiele większa pamięcią – ta, która znajduje się na dysku zwana pamięcią 

 

17 

wirtualną. Umożliwia ona bardzo efektywne wieloprogramowanie i uwalnia 
użytkownika od niepotrzebnie ciasnych ograniczeń pamięci głównej. 
Pamięć wirtualna może przekraczać rozmiary fizycznej pamięci operacyjnej, gdyż jest 
implementowana z użyciem pamięci zewnętrznej (dyskowej) z zastosowaniem 
sprzętowego stronicowania i algorytmów stronicowania na zadanie, zastępowania 
stron i stronicowania wstępnego. Czas działania programów wykonywanych 
w systemie pamięci wirtualnej może zależeć od programowego sposobu organizacji 
danych oraz zmieniać się od wykonania do wykonania, toteż pamięć wirtualną nie 
stosuje się w systemach czasu rzeczywistego. Poza tym wyjątkiem pamięć wirtualna 
jest wielkim udogodnieniem programowania, gdyż zdejmuje z osób programujących 
ostre ograniczenia na ilość dostępnej pamięci i uwalnia je od niejednolitego 
zarządzania pamięciami fizycznymi w aplikacjach. 
 

17. Formaty reprezentacji liczb i arytmetyki komputerów 

 
Jednostka arytmetyczno logiczna (ALU) jest tą częścią komputera, która realizuje 
operacje arytmetyczne i logiczne na danych. Wszystkie inne elementy sytemu 
komputerowego – jednostka sterująca, rejestry, pamięć, urządzenia wejścia-wyjścia – 
istnieją  głownie po to, żeby dostarczać dane do ALU w celu przetworzenia, 
a następnie odebrać wynik. Dane są przedstawiane ALU w rejestrach i wyniki operacji 
są przechowywane też w rejestrach. Rejestry są miejscami tymczasowego 
przechowania danych wewnątrz procesora i są połączone ścieżkami sygnałów z ALU. 
ALU wstawia również znacznik (flagi) będące wynikiem operacji. 
 
Reprezentacja liczb całkowitych 
Jeśli n–bitowy ciąg cyfr binarnych a

n-1

, a

n-2

,…, a

1

, a

0

 jest interpretowany jako 

pozbawiona znaków liczba całkowita A to jej wartość oblicza się ze wzoru: 

∑

−

=

=

1

0

2

n

i

i

i

a

A

 

Używanie liczb całkowitych bez znaku jest niewystarczające w wielu przypadkach. Np. 
wtedy, kiedy wymagane jest reprezentowanie również liczb ujemnych. Istnieje kilka 
wersji, które można zastosować. Wszystkie z nich polegają na traktowaniu najbardziej 
znaczącego (położonego po lewej stronie) bitu słowa jako znaku, jeśli „0” to liczba 
dodatnia, jeśli „1” to liczba ujemna. Najprostszą formą reprezentacji jest znak-moduł. 
Reprezentacja uzupełnienia do dwóch została opracowana dla wyeliminowania dwóch 
głównych niedogodności reprezentacji znak-moduł nieefektywnego dodawania 
i odejmowania oraz dwóch reprezentacji zera. 
 
Konwersja między różnymi długościami bitowymi 
Jest czasem pożądane przechowanie liczby n-bitowej w postaci m bitów, gdzie m > n. 
W przypadku notacji znak-moduł można tego dokonać z łatwością: po prostu trzeba 
przesunąć bit znaku do najdalszej lewej pozycji oraz wypełnić pozostałe wolne 

pozycje zerami. Procedura taka nie działa w przypadku całkowitych liczb ujemnych 
w reprezentacji uzupełnienia do dwóch. Tu stosuje się następującą regułę: 
Wykonuje się przesunięcie bitu znaku do najdalszej lewej pozycji, poczym wypełnia 
się powstałe puste pozycje kopiami bitu znaku. W przypadku liczb dodatnich wypełnia 
się zerami, w przypadku ujemnych - jedynkami. 
 
Reprezentacja stałopozycyjna 
Zwróćmy uwagę na to, że reprezentacje analizowane w tym punkcie są 
czasem określane jako stałopozycyjne. Jest tak, ponieważ położenie przecinka 
pozycyjnego (przecinka binarnego) jest ustalone i zakładamy,  że znajduje się on 
na prawo od cyfry położonej najdalej na prawo. Programista może używać tej 
samej reprezentacji dla ułamków binarnych, posługując się skalowaniem liczb tak, 
że przecinek binarny przez implikację znajduje się w pewnym innym położeniu. 
 

 

18 

ARYTMETYKA LICZB CAŁKOWITYCH 
 
Negowanie 
W przypadku reprezentacji znak-moduł reguła negowania liczby całkowitej 
jest prosta:  odwrócić bit znaku. W notacji uzupełnienia do dwóch negowanie 
liczby całkowitej może być dokonywane za pomocą następujących reguł: 

1. Weź uzupełnienie Boole'a każdego bitu liczby całkowitej (łącznie 

z bitem znaku). 

2. Traktując wynik jako liczbę całkowitą pozbawioną znaku, dodaj 1. 

 
Reguła przepełnienia  - Jeśli są dodawane dwie liczby dodatnie lub dwie ujemne, to 
przepełnienie następuje wtedy i tylko wtedy, gdy wynik ma znak przeciwny. 
 
Reguła odejmowania - W celu odjęcia od jednej liczby (odjemnej) drugiej liczby 
(odjemnika) weź uzupełnienie do dwóch odjemnika i dodaje do odjemnej. 
 
Mnożenie 

1. Mnożenie obejmuje tworzenie iloczynów cząstkowych, po jednym dla każdej 

cyfry mnożnika. Iloczyny cząstkowe są następnie sumowane 
w celu otrzymania iloczynu końcowego.  

2. Iloczyny cząstkowe są  łatwe do określenia. Gdy bit mnożnika jest równy 

0, iloczyn  cząstkowy jest równy 0. Gdy bit mnożnika jest równy 1, 
iloczyn cząstkowy jest równy mnożnej. 

3. Iloczyn końcowy jest otrzymywany przez sumowanie iloczynów cząstkowych. 

W przypadku tej operacji każdy kolejny iloczyn cząstkowy jest przesuwany 
o jedną pozycję w lewo względem poprzedniego iloczynu cząstkowego. 

4. Wynikiem mnożenia dwóch n-bitowych binarnych liczb całkowitych jest liczba 

o długości do 2n bitów. 

 
Dzielenie  
Po pierwsze, bity dzielnej są badane od lewej do prawej, aż zespół zbadanych bitów 
będzie reprezentował liczbę większą lub równą dzielnikowi; jest to określane jako 
sprawdzanie, czy dzielnik może podzielić liczbę. Aż do wystąpienia tego zdarzenia 
w ilorazie są umieszczane zera od lewej do prawej. Gdy wystąpi już to zdarzenie, 
w ilorazie umieszczana jest 1, a dzielnik jest odejmowany od dzielnej cząstkowej. 
Wynik jest określany jako reszta cząstkowa. Począwszy  od  tego  punktu,  dzielenie 
powtarza się cyklicznie. W każdym cyklu dodatkowe bity dzielnej są dołączane do 
reszty cząstkowej, aż wynik będzie większy lub równy dzielnikowi. Jak poprzednio, 
dzielnik jest odejmowany od tej liczby, przez co powstaje nowa reszta cząstkowa. 
Proces jest kontynuowany, aż wszystkie bity dzielnej zostaną zużyte. 
 
REPREZENTACJA ZMIENNOPOZYCYJNA 
 
Zasady 
W przypadku notacji stałopozycyjnej (np. uzupełnienia do dwóch) możliwe 
jest reprezentowanie zakresu dodatnich i ujemnych liczb całkowitych ze środkiem 
w zerze. Przy założeniu ustalonego przecinka pozycyjnego format ten 
umożliwia również reprezentację liczb ze składnikiem ułamkowym. Podejście to ma 
ograniczenia. Nie mogą być reprezentowane ani bardzo duże liczby, ani bardzo małe 
ułamki. Ponadto, ułamkowe składniki ilorazu przy Dzieleniu dwóch dużych liczb mogą 
być utracone. W przypadku liczb dziesiętnych obchodzi się to ograniczenie stosując 
notację naukową. Wtedy 976 000 000 000 000 może być reprezentowana jako 9,76 x 
10

14

, a 0,0000000000000976 jako 9,76 x 10

-14

. To, co zrobiliśmy, jest w rezultacie 

dynamicznym przesunięciem przecinka dziesiętnego do wygodnego 

położenia 

i użyciem potęgi 10 do określania rzeczywistego położenia tego przecinka. Umożliwia 
to reprezentowanie bardzo dużych i bardzo małych liczb za pomocą tylko kilku cyfr. 
 

 

19 

ARYTMETYKA ZMIENNOPOZYCYJNA 
 
W przypadku dodawania i odejmowania konieczne jest zapewnienie, żeby oba 
argumenty miały taki sam wykładnik. Może to wymagać przesunięcia przecinka 
pozycyjnego w jednym z argumentów. Mnożenie i dzielenie są pod tym względem 
prostsze. Problemy mogą się pojawić jako wynik tych operacji. Należą do nich: 

!" Przepełnienie wykładnika. Dodatni wykładnik przekracza 

maksymalną dopuszczalną wartość. W pewnych systemach może to być 
oznaczane jako +∞ lub -∞.  

!" Niedomiar wykładnika. Ujemny wykładnik przekracza maksymalną 

dopuszczalną wartość. Oznacza to, że liczba jest zbyt mała, aby mogła być 
reprezentowana. Może być traktowana jako 0.  

!" Niedomiar mantysy. W procesie wyrównywania mantys cyfry mogą 

„wypłynąć" poza prawy koniec mantysy. Wymagana jest pewna 
forma zaokrąglenia.  

!" Przepełnienie mantysy. Wynikiem dodawania mantys o takim samym znaku 

może być wyprowadzenie najbardziej znaczącego bitu. Można to naprawić 
przez powtórne wyrównywanie. 

 
Dodawanie i odejmowanie 
W arytmetyce zmiennopozycyjnej dodawanie i odejmowanie są bardziej złożone niż 
mnożenie i dzielenie. Jest tak z powodu konieczności wyrównywania. Są cztery 
podstawowe etapy algorytmu dodawania i odejmowania: 

1. Sprawdzenie zer 
2. Wyrównanie mantys 
3.  Dodanie lub odjęcie mantys 
4. Normalizowanie wyniku 

 
Mnożenie 
Najpierw, jeśli którykolwiek z argumentów jest równy 0, to 0 jest zgłaszane jako 
wynik. Następnym krokiem 

jest dodanie wykładników. Jeśli wykładniki są 

przechowywane w postaci przesuniętej, to suma wykładników spowodowałaby 
podwojenie przesunięcia. Wobec tego wartość przesunięcia musi być odjęta od 
sumy. Wynikiem  może być przepełnienie lub niedomiar wykładnika, co powinno być 
zgłoszone i co stanowi kończenie algorytmu. 
Jeśli wykładnik iloczynu jest we właściwym zakresie, to następnym krokiem jest 
mnożenie mantys z uwzględnieniem ich znaków. Mnożenie jest realizowane w ten 
sam sposób, jak w przypadku liczb całkowitych. Mamy tu do czynienia z reprezentacją 
znak-moduł, jednak szczegóły są podobne do mnożenia liczb wyrażonych w notacji 
uzupełnienia do dwóch. Iloczyn ma długość dwukrotnie większą od długości mnożnej 
i mnożnika. Dodatkowe bity będą utracone podczas zaokrąglania.  
Po obliczeniu iloczynu wynik jest normalizowany i zaokrąglany, podobnie jak przy 
dodawaniu i odejmowaniu. Zauważmy,  że normalizacja może spowodować niedobór 
wykładnika.  
 
Dzielenie 
Znów pierwszym krokiem jest sprawdzanie zer. Jeśli dzielnik jest równy 0, to jest 
zgłaszany błąd lub wynik jest ustalany jako nieskończoność, zależnie od 
implementacji. Dzielna równa 0 daje wynik 0. Następnie wykładnik 
dzielnika jest odejmowany  od  wykładnika dzielnej. Powoduje to usunięcie 
przesunięcia, które wobec tego musi być dodane. Wykonywane są testy w celu 
wykrycia przepełnienia lub niedomiaru wykładnika.  
Następnym krokiem jest dzielenie mantys. Po tym następuje zwykła normalizacja 
i zaokrąglanie. 

 

20 

ANALIZA DOKŁADNOŚCI 
 
Zaokrąglanie 

!" Zaokrąglanie do najbliższej. Wynik jest zaokrąglany do najbliższej 

reprezentowalnej liczby.  

!" Zaokrąglanie w kierunku +∞. Wynik jest zaokrąglany w górę, 

w kierunku plus nieskończoności.  

!" Zaokrąglanie w kierunku -∞. Wynik jest zaokrąglany w dół, 

w kierunku minus nieskończoności.  

!" Zaokrąglanie w kierunku 0. Wynik jest zaokrąglany w kierunku zera.  

 

18. Listy rozkazów: własności 

 
Każdy rozkaz musi zawierać informacje wymagane przez procesor do jego wykonania. 
Przez implikacje etapy te definiują elementy rozkazu maszynowego. Elementami tymi 
są: 

!" Kod operacji. Określa operację  jaka  ma  być przeprowadzona (np. ADD). 

Operacja jest precyzowana za pomocą kodu binarnego. 

!" Odniesienie do argumentów źródłowych. Operacja może obejmować 

jeden lub wiele argumentów źródłowych. Są one danymi wejściowymi operacji. 

!" Odniesienie do wyniku. Operacja może prowadzić do powstania wyniku. 
!" Odniesienie do następnego rozkazu. Mówi ono procesorowi skąd ma on 

pobrać następny rozkaz po zakończeniu wykonywania bieżącego rozkazu. 

 
Argumenty źródłowe i wyniki mogą się znajdować w jednym z trzech obszarów: 
 

!" Pamięć główna lub wirtualna. Podobnie jak w przypadku odniesienia do 

następnego rozkazu musi być dostarczony adres pamięci. 

!" Rejestr procesora. Jeśli więcej  niż jeden każdy musi być ponumerowany. 
!" Urządzenia wejścia-wyjścia. Rozkaz musi określać moduł wejścia-wyjścia 

oraz urządzenia wejścia-wyjścia używane w operacji. Jeśli używane jest 
wejście-wyjście adresowane w pamięci jest to jeszcze jeden adres pamięci 
głównej lub wirtualnej. 

 
Reprezentacja rozkazu. Rozkaz jest dzielony na pole odpowiadające elementom 
składowym rozkazu. Ten obraz nazywany jest formatem rozkazu. Powszechną 
praktyka stało się używanie symbolicznej reprezentacji rozkazów maszynowych. Kody 
operacji są zapisywane za pomocą skrótów zwanych mnemonikami. Do powszechnie 
znanych należą: 

!" ADD – dodaj  
!" SUB – odejmij 
!" MPY – pomnóż 
!" LOAD – ładuj dane do pamięci 
!" STOR – zapisz dane w pamięci 

 
Komputer powinien dysponować listą rozkazów, które umożliwiają  użytkownikowi 
formułowanie dowolnych zadań dotyczących przetwarzania danych. Innym sposobem 
widzenia  tego  problemu  jest  rozważenie możliwości języka wysokiego poziomu. 
Dowolny program napisany w języku wysokiego poziomu musi być przetłumaczony na 
język maszynowy, aby mógł być wykonany. Wobec tego lista rozkazów maszynowych 
musi być wystarczająca do wyrażenia 

dowolnych instrukcji języka wysokiego 

poziomu. Mając to na uwadze, możemy podzielić rozkazy na następujące rodzaje: 

!" Przetwarzanie danych. Rozkazy arytmetyczne i logiczne. 
!" Przechowywanie danych. Rozkazy pamięciowe. 
!" Ruch danych. Rozkazy wejścia-wyjścia. 
!" Sterowanie. Rozkazy testowania i rozgałęzienia. 

 

 

21 

Rozkazy  arytmetyczne zapewniają zdolność obliczeniową przetwarzania danych 
numerycznych. Rozkazy logiczne (Boole'a) operują na bitach słowa raczej jako na 
bitach niż na liczbach; wobec tego zapewniają one zdolność przetwarzania dowolnych 
innych rodzajów danych, jakie użytkownik może chcieć wykorzystywać. Operacje te 
są wykonywane głównie na danych znajdujących się w rejestrach procesora. Wobec 
tego muszą istnieć rozkazy pamięciowe  służące do przenoszenia danych między 
pamięcią a rejestrami. Rozkazy wejścia-wyjścia  są potrzebne do przenoszenia 
danych i programów do pamięci oraz wyników  obliczeń do użytkownika.  Rozkazy 
testowania  są  używane do sprawdzania wartości słów danych lub stanu obliczeń. 
Rozkazy rozgałęzienia  są używane do przeskoczenia do innego zestawu rozkazów 
zależnie od podjętych decyzji. 
 
Rozkazy dzielą się na: 
 

!" Zeroadresowe – do sterowania działaniem komputera (nie potrzebują 

argumentów). 

!" Jednoadresowe – wymagają jednego argumentu lub jeden z argumentów 

jest domyślny. 

!" Dwuadresowe – wymagają większej ilości argumentów, np. operacje 

arytmetyczno-logiczne 

!" Trójadresowe  

 
19. Komputery RISC i CISC 

 
RISC (ang. Reduced Instruction Set Computing) – architektura procesora wywodząca 
się z Berkeley, charakteryzująca się między innymi zredukowaną liczbą krótkich 
rozkazów, mających niewiele formatów i trybów adresowania przy dużej ilości 

rejestrów uniwersalnych (nawet powyżej 100). Operacje kontaktu z pamięcią  są 
sprowadzone do czytania i pisania, działanie procesora przyśpieszają dodatkowe 
ulepszenia w postaci przetwarzania potokowego i pamięci podręcznej. RISC jest 
popularną architekturą procesorów 32- i 64-bitowych. Przykładem architektury RISC 
jest mikroprocesor PowerPC. 
 
CISC (ang. Complex Instruction Set Computing) – architektura procesora 
charakteryzująca się między innymi znaczną liczbą rozkazów i trybów adresowania 
przy małej ilości rejestrów uniwersalnych. Przykładem architektury CISC jest 
mikroprocesor Pentium. 
 

20. Język asemblera 

 
Mikroprocesor wykonuje program zapisany w pamięci programu. Zawartość pamięci 
to zestaw bitów. Przygotowanie przez człowieka programu bezpośrednio w takiej 
postaci jest praktycznie nie możliwe. Dlatego dla każdego procesora istnieje jego 
asembler. Asembler to język programowania (tzw. niskiego poziomu), w którym 
jednemu rozkazowi napisanemu przez programistę odpowiada jeden rozkaz 
procesora. Rozkazy zapisuje się w postaci symbolicznej, znacznie czytelniejszej dla 
człowieka niż jest to w przypadku całej masy zer i jedynek. 
Każdemu rozkazowi odpowiada jego symbol (mnemonik) składający się z kilku liter. 
Asembler umożliwia również stosowanie symboli do oznaczania zarówno danych 
liczbowych jak i adresów. Symbol określający adres w pamięci programu nosi nazwę 
etykiety. Program napisany przez programistę w postaci symbolicznej jest nazywany 
kodem źródłowym programu. 
Asembler to program, który tłumaczy kod źródłowy programu (zapisany 
w asemblerze danego mikroprocesora) na postać binarną (zestaw bitów). Taki proces 
tłumaczenia nosi nazwę asemblacji.  
W wyniku asemblacji program zapisywany jest w pliku w formacie umożliwiającym 
jego wpisanie do pamięci programy. W czasie asemblacji powstaje również listing. 

 

22 

Jest to plik tekstowy zawierający kod źródłowy programu uzupełniony o różne 
informacje wytworzone przez asembler (numery linii, kody rozkazów, komunikaty 
o błędach itp.). Plik ten jest przeznaczony dla programisty i umożliwia mu wyszukanie 
oraz usunięcie błędów.  
Poza mnemonikami, ich parametrami, etykietami i wartościami symbolicznymi 
w treści programu w asemblerze mogą wystąpić dyrektywy asemblera. Są to 
specjalne polecenia asemblera (programu) niezwiązane z asemblerem procesora. 
Poszczególne dyrektywy wykonują różne funkcje sterowania procesem asemblacji. 
     

21. Formaty adresowania 

 
Trybem adresowania nazywamy sposób przetworzenia adresu wirtualnego lub 
logicznego w celu wyznaczenia adresu liniowego. Jeśli dostępna pamięć jest mniejsza 
od tej, która jesteśmy w stanie zaadresować, to adres liniowy podlega dodatkowej 
translacji.  
Tryby adresowania ze względu na liczbę składowych wskaźnika adresu: 

!" Adresowania zero elementowe - jest to adresowanie bezpośrednie, 

w którym adres jest niejawny. Można je podzielić na: 

#" zwarte - jeden lub wszystkie operandy są domniemane 
#" błyskawiczne - krótki kod danej umieszczony w wyróżnionym polu 

bitowym słowa kodu operacji jest częścią tego kodu. 

#" natychmiastowe - za pomocą licznika rozkazów PC, słowo kodu danej 

stanowi rozszerzenie kodu rozkazu. 

!" Adresowanie jednoelementowe - bezpośrednie lub pośrednie, jeden jawnie 

podany wskaźnik. Wyróżnia się adresowanie: 

#" bezwzględne - skrócony adres danej jest umieszczony w polu słowa 

kodu operacyjnego rozkazu lub pełny adres jest polem rozszerzenia 

kodu. 

#" bezwzględne pośrednie - adres adresu danej jest słowem 

rozszerzenia kodu rozkazu. 

#" rejestrowe bezpośrednie - argument jest umieszczony we 

wskazanym rejestrze, identyfikowanym w słowie kodu rozkazu. 

#" rejestrowe pośrednie  - adres danej jest umieszczony w rejestrze, 

identyfikowanym w słowie kodu rozkazu. 

#" rejestrowe pośrednie z modyfikacja - adres umieszczany 

w rejestrze jest automatycznie zwiększany  (+1)  po  użyciu lub 
zmniejszany (-1) przed użyciem. 

!" Adresowania wieloelementowe - jest zawsze adresowaniem pośrednim. 

Wskaźnik adresu jest wyznaczany jako funkcja dwóch lub większej liczby 
składowych adresu. 

 
W adresowaniu jednopoziomowym suma składowych adresu wyznacza lokacje danej 
w pamięci. W adresowaniu dwupoziomowym niektóre składowe adresu są  użyte do 
wskazania lokacji w pamięci zawierającej adres odniesienia (bazę pośrednia), który 
jest dodawany do pozostałych składowych. Po prostu niektóre składowe nie są 
dodawane, ale jedynie wskazują  inna  dana  i  to  ona  właśnie ma być  użyta 
w sumowaniu. Szczególnym typem adresowania wieloargumentowego jest 
adresowanie względne, w którym adresem bazowym jest zawartość licznika 
rozkazów. Najprostszym rodzajem adresowania wieloargumentowego jest 
adresowanie dwuelementowe, które można podzielić na: 

#" bazowe z przemieszczeniem 
#" indeksowe z przemieszczeniem 
#" bazowo-indeksowe 
#" względne z przemieszczeniem 
#" względne indeksowe 

 

 

23 

W architekturze Intel 80x86 zaadresowanie każdej danej w pamięci wymaga 
dwóch wskaźników: segmentu i adresu względnego wewnątrz segmentu 
o wartości nie przekraczającej rozmiaru segmentu. Wskaźnik segmentu, 
umieszczony w rejestrze, wyznacza adres liniowy początku segmentu (bazę 
odniesienia). Najbardziej złożonym trybem adresowania w Inlet 80x86 jest dwu-
wskaźnikowe skalowane adresowanie bazowo-indeksowe z przemieszczeniem: 
Adres liniowy = (wskaźnik segmentu])+(baza)+(indeks)*skala przemieszczenie 
 
W Motorolach używany jest m.in. mechanizm adresowania dwupoziomowego, 
używający bazy pośredniej jako odniesienia dla innych składowych. Stosuje się 
również: 

!" adresowanie preindeksowe - indeks jest użyty do wyliczenia adresu 

bazy pośredniej, a adres logiczny jest obliczany ze wzoru: 
 
LA = [(baza)+przemieszczenie+(indeks)*skala]+relokacja 
 
[na podstawie bazy, przemieszczenia, indeksu i skali wyznaczany jest 
drugi adres bazy (baza pośrednia) i potem jest ona traktowana jak 
zwyczajna baza - dodajemy do niej relokacje (odpowiednik 
przeniesienia). 

!" adresowania postindeksowe - indeks służy do modyfikacji bazy 

pośredniej, a adres logiczny jest obliczany ze wzoru: 
 
LA = [(baza)+przemieszczenie]+(indeks)*skala+relokacja 
 
[baza pośrednia jest wyliczana na podstawie bazy i przemieszczenia - 
i ta suma jest traktowana jako nowa baza, do której później dodawana 

jest relokacja(przesuniecie) oraz skalowany indeks. 

 
Adresowanie opisowe (deskryptorowe) - jest to metoda adresowania 
wieloelementowego (adresowanie pośrednie). Role bazy pośredniej pełni tutaj 
deskryptor (realizowany przez wskaźnik) i to do niego dodawana jest baza, 
przemieszczenie i skalowany indeks. Oprócz adresu bazowego (pośrednia baza) 
deskryptor zawiera również informacje umożliwiające realizowanie selektywnego 
dostępu do bloku.. Adresowanie opisowe ułatwia elastyczne adresowanie 
zmiennych strukturalnych przy jednoczesnym zachowaniu prywatności 
(np. w pamięci wirtualnej. Podstawowo różnica miedzy adresowaniem post-
indeksowym, a deskryptorowym jest to, ze w dwupoziomowym adresowaniu 
pośrednim adres bazowy zawarty jest rejestrze, a w deskryptorowym jest to pełny 
adres wirtualny danej. Adresowanie wieloelementowe jest charakterystyczne dla 
architektury CISC. W maszynach RISC najbardziej złożonym trybem jest 
adresowania skalowane bazowo-indeksowe. 
 
Adresowanie danych strukturalnych - w praktyce sprowadza się do 
adresowanie stosu i kolejki. W przypadku stosu do adresowania wykorzystywany 
jest wskaźnik wierzchołka stosu. Takie adresowanie wymaga modyfikacji 
wskaźnika po działaniach na stosie. Mamy tu dwie sytuacje - jeśli stos jest 
rozbudowywany w kierunku adresów malejących to mamy tryb predekrementacji 
wskaźnika (dla przesłań na stos) i postinkrementacji (dla odczytu ze stosu) 
[ogólnie rzecz biorą stos rośnie w dół]. Mechanizm odwroty jest używany 
w obrębie stosu tworzonego w kierunku adresów rosnących. [stos rośnie w górę] 
Drugim typem strukturalnym jest kolejka (bufor LIFO). Jej adresowanie wymaga 
dwóch wskaźników - początku i końca kolejki (lub rozmiaru kolejki). Mechanizm 
ten jest stosowany jedynie przy tworzeniu tzw. bufora rozkazów. Inne 
mechanizmy wspomagające adresowanie danych strukturalnych: sprawdzanie 
uprawnień dostępu do danych, testowanie zakresu, (gdy mieści się w nim adres), 
adresowanie pól w rekordach. 

 

24 

 
22. Cykl rozkazowy 

 
Cykl rozkazu - przetwarzanie wymagane dla pojedynczego rozkazu. Cykl ten jest 
podzielony na dwa etapy, określane jako cykl pobierania i  cykl wykonywania. 
Wykonywanie programu jest wstrzymywane tylko po 

wyłączeniu maszyny, po 

wystąpieniu pewnego rodzaju nieodwracalnego błędu lub,  jeśli wystąpi w programie 
rozkaz zatrzymania komputera. 
 
Na początku każdego cyklu rozkazu procesor pobiera rozkaz z pamięci. W typowym 
procesorze do śledzenia, który rozkaz ma być pobrany, służy rejestr zwany licznikiem 
programu (PC). Jeśli procesor nie otrzyma innego polecenia, 

to powoduje 

inkrementację licznika PC po każdym pobraniu rozkazu i wykonuje następny rozkaz 
w ciągu (to znaczy rozkaz zlokalizowany w pamięci pod najbliższym adresem 
o kolejnym wyższym numerze). Pobrany rozkaz jest następnie  ładowany do rejestru 
w procesorze zwanego rejestrem rozkazu (IR). Rozkaz ten ma formę kodu binarnego 
określającego działanie, które ma podjąć procesor. Procesor interpretuje rozkaz 
i przeprowadza wymagane działanie. Ogólnie działania te można podzielić na cztery 
kategorie: 

!" Procesor-pamięć. Dane mogą być przenoszone z procesora do pamięci lub 

z pamięci do procesora. 

!" Procesor-wejście-wyjście. Dane mogą być przenoszone z otoczenia lub 

do niego, przez przenoszenie ich między procesorem a modułem wejścia-
wyjścia.  

!" Przetwarzanie danych. Procesor może wykonywać pewne operacje 

arytmetyczne lub logiczne na danych. 

!" Sterowanie. Rozkaz może określać,  że sekwencja wykonywania ma 

być zmieniona. Na przykład: procesor może pobrać rozkaz z pozycji 149, 
z którego wynika, że następny rozkaz ma być pobrany z pozycji 182. Procesor 
zapamięta ten fakt przez ustawienie licznika programu na 182. Dzięki temu 
w następnym cyklu pobrania rozkaz zostanie pobrany z pozycji 182, a nie 150. 

 
Oczywiście wykonywanie rozkazów może zawierać kombinacje tych działań. Tak więc 
cykl wykonania określonego rozkazu może wykorzystywać więcej niż jedno 
odniesienie do pamięci. 

 
23. Przetwarzanie potokowe 

 
Przetwarzanie potokowe - równoległe wykonywanie w procesorze poszczególnych 
faz cyklu rozkazowego. Jeden z układów procesora potokowego wykonuje rozkaz, 
a drugi, niezależny układ w tym samym czasie pobiera następny rozkaz z pamięci, co 
podwaja wydajność procesora. Stopień równoległości konstrukcji procesorów 
w architekturze RISC wynosi od trzech do siedmiu niezależnych bloków 
funkcjonalnych wykonujących jednocześnie pobranie rozkazu, jego zdekodowanie, 
obliczenie adresu argumentu, pobranie argumentu, wykonanie operacji 
i przechowanie wyniku. 
 
Potok przebiega w dwóch niezależnych etapach. W pierwszym następuje pobranie 
i zbuforowanie rozkazu. Gdy drugi etap jest wolny, następuje przekazanie do niego 
zbuforowanego rozkazu. Podczas gdy w drugim etapie wykonywany jest rozkaz, 
w pierwszym wykorzystuje się jeden z nieużywanych cykli pamięci w celu pobrania 
i zbuforowania następnego rozkazu. Nazywa się to pobieraniem rozkazu 
z wyprzedzeniem (ang. instruction prefetch) lub pobieraniem na zakładkę (ang. fetch 
overlap). Jeżeli etapy pobierania i wykonywania zajmowałyby tyle samo czasu, cały 
proces skróciłby się 2 razy. Jednak wykonywanie jest na ogół dłuższe niż pobieranie, 
więc etap pobierania musi zawierać  pewien  czas  oczekiwania na  opróżnienie bufora. 
Poza tym rozkaz skoku warunkowego powoduje, że adres następnego rozkazu 

 

25 

przewidzianego do pobrania jest nieznany. Wobec tego realizacja pobierania może 
nastąpić dopiero po otrzymaniu adresu następnego rozkazu, który zostanie określony 
po zakończeniu wykonywania. Natomiast na etapie wykonywania następuje 
oczekiwanie na pobranie kolejnego rozkazu. 

 
 

 

 
 

Strata czasu może być zmniejszona przez zgadywanie. Gdy rozkaz rozgałęzienia 
warunkowego przechodzi z etapu pobierania do wykonywania na etapie pobierania 
następuje pobranie następnego rozkazu po rozkazie rozgałęzienia. (Rozkaz jest 
pobierany, niezależnie czy jego warunek jest spełniony. Tego na razie nie wiemy, ale 
jeśli się okaże,  że warunek spełniony, to nie straciliśmy czasu i "obrabiamy" ten 
rozkaz dalej. Jeśli się okaże, że warunek nie jest spełniony, to wyrzucamy ten rozkaz 
i pobieramy nowy). 

 
Aby jeszcze zwiększyć tempo potok musi mieć więcej etapów: 
 

!" Pobranie rozkazu - wczytanie następnego spodziewanego rozkazu do bufora. 
!" Dekodowanie rozkazu - określenie kodu operacji i specyfikatorów 

argumentu. 

!" Obliczanie argumentów - obliczanie efektywnego adresu każdego 

argumentu źródłowego. Może to obejmować obliczanie adresu z przesunięciem 
adresu rejestrowego pośredniego, adresu pośredniego lub innych form. 

!" Pobieranie argumentów - pobranie każdego argumentu z pamięci. 

Argumenty w rejestrach nie muszą być pobierane.  

!" Wykonywanie rozkazu - przeprowadzenie wskazanej operacji 

i przechowanie wyniku (jeśli jest) w ustalonej lokacji docelowej. 

!" Zapisanie argumentu - zapisanie wyniku w pamięci. 

 
Przy założeniu,  że czasy trwania poszczególnych etapów są równe, czas wykonania 
rozkazów zmniejsza się z 54 do 14 jednostek czasu. Dla uproszczenia zakładamy, że 
każdy rozkaz przechodzi przez wszystkie etapy potoku i że wszystkie etapy mogą być 
realizowane równolegle - nie ma konfliktów dostępu do pamięci. 
Ograniczenia poprawy wydajności: 

!" Jeśli czasy trwania 6 etapów nie są równe występuje oczekiwanie. 
!" Możliwość unieważnienia przez rozkaz rozgałęzienia wartości kilku pobranych 

rozkazów. 

!" Nieprzewidywalność przerwań. 
!" Konflikty rejestrów i pamięci. 

 

26 

Sześcioetapowy potok rozkazów procesora: 
 

 

 
Mogłoby się wydawać, że im więcej etapów tym szybsze wykonywanie rozkazów. Są 
jednak czynniki, które zaburzają ten sposób zwiększania wydajności: 

!" Na każdym etapie potoku występuje pewien narzut związany z przenoszeniem 

danych z bufora oraz z wykonywaniem różnych działań przygotowawczych, co 
może wydłużyć całkowity czas wykonania rozkazu, szczególnie jeśli rozkazy 
sekwencyjne są logicznie zależne albo przez częste rozgałęzianie, albo przez 
uzależniony dostęp do pamięci.  

!" Wraz z liczbą etapów wzrasta znacząco liczba układów logicznych potrzebnych 

do zapobiegania konfliktom rejestrów i pamięci - może się zdarzyć, że układy 
logiczne sterujące przejściami między etapami są bardziej złożone niż same 
etapy. 

 
Metody postępowania z rozgałęzieniami warunkowymi 
Rozgałęzienie warunkowe jest zasadnicza przeszkoda dla stałego napływu rozkazów 
do początkowych etapów potoku - aż do zakończenia wykonywania tego rozkazu nie 
jest możliwe stwierdzenie, czy rozgałęzienie nastąpi, czy nie. Istnieją różne sposoby 
postępowania: 

!" Zwielokrotnienie strumienia - powielanie początkowych części potoku 

i umożliwianie równoczesnego pobrania obu rozkazów za pomocą dwóch 
strumieni np. IBM 370/168, IBM 3033. 

!" Pobieranie docelowego rozkazu z wyprzedzeniem - gdy rozpoznawany 

jest rozkaz rozgałęzienia warunkowego, następuje wyprzedzające pobranie 
rozkazu docelowego razem z rozkazem następującym po rozgałęzieniu. Rozkaz 

 

27 

docelowy jest następnie zachowywany, aż do czasu wykonania rozkazu 
rozgałęzienia. W momencie rozgałęzienia rozkaz docelowy jest już pobrany np. 
IBM 360/91. 

!" Bufor pętli - mała,  bardzo  szybka  pamięć związana z etapem pobierania, 

zawiera kolejno n ostatnio pobranych rozkazów. Jeśli ma nastąpić 
rozgałęzienie, sprawdza się najpierw, czy cel rozgałęzienia znajduje się 
wewnątrz bufora. Jeśli tak, następny rozkaz jest pobierany z bufora. 

!" Przewidywania rozgałęzień - można np. zakładać zawsze, że rozgałęzienie 

nie nastąpi i kontynuować kolejne pobieranie rozkazów, albo zakładać zawsze, 
że rozgałęzienie nastąpi i pobierać rozkaz w celu rozgałęzienia. Można tez 
podejmować decyzję na podstawie kodu operacji rozkazu rozgałęzienia. 
Procesor zakłada,  że rozgałęzienie nastąpi w przypadku pewnych kodów 
operacji, a w przypadku innych nie. Można też rejestrować historię rozkazów 
względem warunku. W programie i na podstawie już przebytych rozkazów 
wyciągnąć wnioski w powtarzających się przypadkach (tzw. Przełącznik 
nastąpiło/nie nastąpiło lub tablica historii rozgałęzień). 

!" Opóźnione rozgałęzienie  - automatyczna zmiana porządku rozkazu 

wewnątrz programu, tak żeby rozkazy rozgałęzienia występowały później. 

 

24. Struktura i działanie jednostki centralnej 

 
Podstawowymi elementami funkcjonalnymi procesora są jednostka arytmetyczno-
logiczna, rejestry wewnętrzne, ścieżki danych, zewnętrzne ścieżki danych, jednostka 
sterująca.

 

ALU jest funkcjonalną istotą komputera. Rejestry są  używane do 

przechowywania danych wewnętrznych w procesorze. Niektóre rejestry zawierają 
informacje o stanie potrzebne do zarządzania porządkowaniem rozkazów (np. słowo 
stanu programu). Pozostałe zawierają dane przeznaczone dla ALU, pamięci, modułów, 

wejścia-wyjścia, lub przekazane przez te jednostki. Wewnętrzne  ścieżki danych są 
używane do przenoszenia danych między rejestrami oraz między rejestrem a ALU. 
Zewnętrzne  ścieżki danych łącza wejście z pamięcią i modułami wejścia-wyjścia, 
często za pomocą magistrali systemowej. Jednostka sterującą powoduje 
wykonywanie operacji wewnątrz procesora. Zadania, które realizuje procesor: 

!" Pobieranie rozkazów. Procesor musi odczytywać rozkazy z pamięci 
!" Interpretowanie rozkazów. Rozkazy musza być zdekodowane w celu, 

okreslenia jakie działania są wymagane 

!" Pobieranie danych. Wykonywanie rozkazów może wymagać odczytania 

danych, z pamieci lub modułu wejścia-wyjścia 

!" Przetwarzanie danych. Wykonywanie rozkazów może wymagać 

przeprowadzania na danych pewnych operacji arytmetycznych lub logicznych 

!" Zapisanie danych. Wyniki operacji mogą wymagać zapisania danych 

w pamięci lub w module wejścia-wyjścia 

 

25. Procesory superskalarne 

 
Procesor oparty o technologię superskalarności posiada nie jeden, lecz więcej 
potoków typu pipeline, w których przetwarza równocześnie większą liczbę instrukcji. 
Według  ścisłych przepisów zaimplementowanych sprzętowo procesor przydziela 
polecenia wolnym w danym momencie potokom. Pomysłowe metody usuwają 
zależności pomiędzy poszczególnymi instrukcjami, aby uniknąć niepotrzebnych 
zatorów, a niniejszym zbędnego oczekiwania. Dzięki tym metodom żadna z instrukcji 
znajdująca się w potoku nie musi wyczekiwać na wynik polecenia realizowanego 
w innym potoku i wstrzymywać w ten sposób przetwarzanie pozostałych poleceń. 
 

26. Mikrokomputery jednoukładowe rodziny 8051 i 8052 (MCS-51) 

 
Rodzina mikrokomputerów jednoukładowych MCS-51 powstała w firmie Intel 
Corporation. Podstawowymi układami rodziny MCS-51 są: mikrokomputer 8051, od 

 

28 

którego pochodzi nazwa rodziny, oraz nieco rozbudowany mikrokomputer 8052. 
Ośmiobitowa jednostka centralna może wykonywać 111 rozkazów (49 jedno-, 45 
dwu- i 17 trzybajtowych). Lista rozkazów zawiera m.in. rozkazy arytmetyczne 
i logiczne, rozkazy dotyczące operacji logicznych na bitach (procesor boolowski) oraz 
rozbudowane grupy rozkazów skoków warunkowych i wejścia-wyjścia. 
Zegar taktujący jest stabilizowany zewnętrznym rezonatorem 

kwarcowym, 

o częstotliwości maksymalnej 12 MHz. Czas cyklu maszynowego jest więc równy 1 μs. 
Wewnętrzna pamięć programu, typu ROM, ma pojemność 4096 (4K.) słów 8-
bitowych. Może być rozszerzona do 64K bajtów przez dołączenie pamięci zewnętrznej. 
Wewnętrzna pamięć danych, typu RAM, ma pojemność 128 bajtów. Możliwe jest 
dołączenie zewnętrznej pamięci danych o pojemności do 64K słów (w ramach osobnej 
przestrzeni adresowej). 
Układ czasowo-licznikowy zawiera dwa 16-bitowe liczniki, które mogą zliczać 
wewnętrzne impulsy zegarowe lub impulsy zewnętrzne. Oba  liczniki  mogą pracować 
w jednym z czterech, ustawianych indywidualnie, trybów. 
Linie wejścia-wyjścia, których jest 32, są zorganizowane w cztery 8-bitowe porty. 
Część z tych linii (zwłaszcza linie portu P3) może być wykorzystana  do  realizacji 
specjalnych funkcji. 
Port szeregowy umożliwia niezależne nadawanie i odbieranie transmisji szeregowej. 
Może pracować w czterech trybach. 
Układ przerwań  (dwupoziomowy) może obsługiwać dwa przerwania zewnętrzne 
i dwa z układu czasowo-licznikowego oraz przerwanie z układu szeregowego wejścia-
wyjścia (razem 5). 
Mikrokomputer 8052 jest wersją układu 8051 o nieco powiększonych zasobach, 
a mianowicie: 
!"

wewnętrzna pamięć programu jest powiększona do 8K bajtów, 

!"

wewnętrzna pamięć danych jest powiększona do 256 bajtów, 

!"

układ czasowo-licznikowy zawiera dodatkowy 16-bitowy licznik 

impulsów 

zegarowych lub zewnętrznych. 
 
Mikrokomputery rodziny MCS-51 są obecnie najpopularniejszymi układami na świecie 
w klasie ośmiobitowych mikrokomputerów jednoukładowych. 

 
27. Procesor Pentium 

 
Procesory tej rodziny stanowią bardzo liczną grupę. Pierwsze modele - od dawna 
nieobecne na rynku - zasilane napięciem 5 V osiągały częstotliwość do 66 MHz. 
Kolejna grupa (oznaczana  symbolem  P54C)  pracowała już przy zasilaniu 3,3 V, 
a częstotliwość taktowania  jądra procesora sięgała 200 MHz. Procesor posiada 
dynamiczny system przepowiadania rozgałęzień. Bufor BTB mieści 256  rekordów 
i zorganizowany jest w systemie poczwórnej asocjacji. Strata czasu, którą ponosi 
procesor w wypadku błędnej przepowiedni, wynosi od 3 do 4 cykli 
zegarowych. Pamięć podręczna danych (Data Cache) pracuje w bardzo efektywnym 
trybie WB (Write Back), ale dla zachowania zgodności z procesorami 486 może dać 
się przełączyć na tryb WT (Write Through). W jej skład wchodzi 8 banków, każdy po 
32 linijki. Jedna linijka ma wymiar 32 bajtów. Cache jest dwuportowy i może być 
udostępniany równolegle dla potrzeb U i V, jeśli tylko odwołania odnoszą się do 
różnych banków.  Próba jednoczesnego  dostępu do danych złożonych w tym samym 
banku kończy się przyznaniem pierwszeństwa U. Potok V zmuszony jest do 
oczekiwania przez czas trwania 

jednego cyklu zegarowego. 

Jakkolwiek rejestry 

dostępne programowo są 32-bitowe, wewnętrzne  ścieżki mają 128, a nawet 256 
bitów szerokości. Przyczynia się to z pewnością do zwiększenia 
prędkości wewnętrznych transferów. Cechy architektury pozwalają zaliczyć Pentium 
do grupy CISC. Jądro procesora jest superskalarne i wyposażone w dwa potoki 
przetwarzające instrukcje stałoprzecinkowe oraz jednostkę zmiennoprzecinkową. Jeśli 
spełnione są wymogi narzucone przez mechanizm parowania, procesor przetwarza 
w każdym cyklu zegarowym dwie instrukcje: każdy z potoków (U i V) kompletuje po 

 

29 

jednej z nich. Należy jednak podkreślić, iż potoki są bardzo silnie ze sobą powiązane 
i pracują wyłącznie w trybie synchronicznym. Żaden z nich nie może wybiegać 
naprzód w procesie przetwarzania. Jakiekolwiek zahamowanie w jednej z linii 
powoduje natychmiastowe zatrzymanie drugiego potoku. Pamięć podręczna kodu jest 
dwudrożna (2-Way Set) i zorganizowana w 8 banków. Również w tym przypadku 
rozmiar linijki wynosi 32 bajty. Pentium przygotowany jest do pracy w systemach 
wieloprocesorowych, a konkretnie w parze z drugim identycznym procesorem (Dual 
System). Dla potrzeb takiej konfiguracji dodany został  kontroler   APIC   (Advanced 
Programmable Interrupt Controller) oraz kilka dodatkowych końcówek sterujących, 
a pamięć podręczna danych sygnalizuje swój stan zgodnie z protokołem MESI. 
 
 

 

28. Mikroprogramowanie 

 
Mikroprogramowanie jest powszechnie stosowaną metodą technicznej realizacji 
komputerów CISC. Ciąg mikrorozkazów tworzy mikroprogram realizujący określony 
rozkaz. Stosowanie mikroprogramowania pozwoliło, w stosunkowo łatwy sposób, 
zrealizować sterowanie wykonaniem złożonych rozkazów wymagających różnych 
okresów czasu, zależnie od stopnia ich złożoności. Wzrosła też liczba taktów 
zegarowych potrzebnych do wykonania pełnego cyklu rozkazowego. W miarę wzrostu 
złożoności mikroprogramów pojawił się też problem racjonalnego wykorzystania 
zasobów procesora. W czasie wykonywania jednego mikrorozkazu, wykonującego 
proste operacje elementarne, wykorzystywana jest tylko niewielka część zasobów 
procesora, podczas gdy inne pozostają nieczynne. Mikroprogramy są z reguły 
przechowywane w pamięci stałej. 

 
 
 

TLB 

TLB 

BTB 

PREFETCH 

DECODE 

L1 Data Casche:8kB 

MP 

APIC 

L1 Code Casche:8kB 

    
 

BUS 

Interface 

Unit

 

Pipeline 

V 

Pipeline 

U 

P

ipe

li

n

e F

P

 

∑

 

 

×

 

÷

 

Address 

Data 

Control 

Clock 

Dual – CPU 

BUS

 

Dual – CPU 

System 

IRQ 

256 

32 

64 

 

30 

29. Systemy wieloprocesorowe 
 
W pogoni za coraz to większą mocą obliczeniową komputerów poszukuje się stale 
nowych rozwiązań. Jednym z nich jest rozdział ogólnych zadań całego systemu 
pomiędzy pewną liczbę współpracujących ze sobą procesorów. 
Wyróżnić należy dwa podstawowe punkty podejścia do tego zagadnienia: 

!" Każdy z procesorów stanowi niezależną jednostkę obliczeniową 

i dysponuje własną pamięcią operacyjną. Koordynacja pracy poszczególnych 
podsystemów odbywa się na drodze wymiany wiadomości, najczęściej 
w formie pakietów. Czas dostępu do danych może się znacznie wydłużać, jeżeli 
leżą one w obszarze zarządzanym przez inny procesor. 

!!!!"

"

"

" Cała pamięć systemowa jest ogólnodostępna i leży w zasięgu działania 

każdego z procesorów (ang. Shared Memory). Czas dostępu do danych jest 
jednakowy dla każdej z jednostek, jednakowoż protokół dostępu musi 
uwzględniać możliwość występowania kolizji. 

 
Architektura MPP 
(ang.  Massive Parallel Processing) Model z pamięcią rozproszoną ma wiele zalet. 
Pozwala między innymi na łączenie ze sobą dowolnie wielu bloków procesorowych. 
Poszczególne moduły połączone są ze sobą przez specjalne magistrale (np. GTL+) lub 
adaptowane do tego celu rozwiązania sieciowe. Równoległe połączenie setek lub 
nawet tysięcy procesorów prowadzi do osiągnięcia fenomenalnej mocy obliczeniowej, 
która może jednak być wykorzystana jedynie w nielicznych przypadkach. Konieczność 
częstej komunikacji między procesorami pochłania moc obliczeniową 
i blokuje wspólną magistralę. Cały proces obliczeniowy musi więc być rozpisany na 
wątki operujące na niezależnych danych. 
 

Architektura UMA  
U podstaw architektury UMA (ang. Uniform Memory Access) leży idea wspólnej 
pamięci globalnej,  którą może adresować w całym zakresie każdy z procesorów. 
Wspólne pozostają również układy I/0 (czyli wszelkie porty, złącza i dyski). 
Wspólna magistrala pamięciowa staje się  wąskim gardłem skutecznie tamującym 
wymianę danych. Jak zawsze w takim przypadku, pewne rozładowanie przynosi 
zastosowanie pamięci podręcznej (Cache). W małą pamięć podręczną pierwszego 
poziomu (L1 Cache) wyposażone są wszystkie współczesne procesory. Istotną rolę 
odgrywa jednak w tym przypadku pamięć podręczna wyższego poziomu. 
Wszelkie  żądania odczytu z pamięci głównej przechodzą przez  kontroler  pamięci 
podręcznej. Jeżeli kontroler uzna, iż  żądana informacja zawarta jest w pamięci 
podręcznej, przekazuje ją procesorowi natychmiast, w przeciwnym razie kieruje 
odwołanie do kontrolera magistrali, który inicjuje cykl dostępu do pamięci głównej. 
Nieco inaczej obsługiwane są cykle zapisu. Mogą one odbywać się za 
pośrednictwem pamięci podręcznej lub być kierowane bezpośrednio do pamięci 
operacyjnej. Sytuacja komplikuje się znacznie, jeżeli w systemie pracuje kilka 
procesorów (lub innych układów mających prawo dostępu do pamięci), a każdy z nich 
ma swoją pamięć podręczną. Dla zachowania spójności zawartości pamięci należy 
przedsięwziąć pewne działania dodatkowe. W tym celu wszystkie zainteresowane 
strony stale podsłuchują  (Snooping), co dzieje się na magistrali pamięciowej.