ARCHITEKTURA SYSTEMÓW

ARCHITEKTURA SYSTEMÓW

KOMPUTEROWYCH

KOMPUTEROWYCH

dr inż. Jacek Florek

dr inż. Jacek Florek

Instytut Informatyki

Instytut Informatyki

Strona przydatna dla realizacji przedmiotu (laboratoria):

Strona przydatna dla realizacji przedmiotu (laboratoria):

http://

http://

ii.ap.siedlce.pl/~florek

ii.ap.siedlce.pl/~florek

/

/

ask

ask

oraz uzupełnienie i rozwinięcie elementy strony

oraz uzupełnienie i rozwinięcie elementy strony

http://

http://

ii.ap.siedlce.pl/~florek

ii.ap.siedlce.pl/~florek

/sk2

/sk2

Treści wykładu

Treści wykładu



Systemy liczbowe i kodowanie liczb i tekstów

Systemy liczbowe i kodowanie liczb i tekstów



Podstawy architektury komputera

Podstawy architektury komputera



Architektura procesora

Architektura procesora



Lista rozkazów i tryby adresowania

Lista rozkazów i tryby adresowania



Organizacja i realizacja rozkazów

Organizacja i realizacja rozkazów



Pamięci i koncepcja pamięci podręcznej (cache)

Pamięci i koncepcja pamięci podręcznej (cache)



Układy i operacje wejścia/wyjścia

Układy i operacje wejścia/wyjścia



Charakterystyka

podstawowych

interfejsów

Charakterystyka

podstawowych

interfejsów

systemu komputerowego

systemu komputerowego



Praca

procesora

w

trybie

rzeczywistym

i

Praca

procesora

w

trybie

rzeczywistym

i

chronionym

chronionym



Rozwiązania

zapewniające

zwiększenie

Rozwiązania

zapewniające

zwiększenie

efektywności procesora

efektywności procesora



Współczesne wersje procesorów

Współczesne wersje procesorów

Referaty

Referaty



Standardy interfejsu szeregowego

Standardy interfejsu szeregowego



Standardy interfejsu równoległego

Standardy interfejsu równoległego



Rozwój technologii mikroprocesorów - przegląd kolejnych

Rozwój technologii mikroprocesorów - przegląd kolejnych

rozwiązań w architekturze procesorów

rozwiązań w architekturze procesorów



Mikroprocesory a mikrokontrolery

Mikroprocesory a mikrokontrolery



Rozwiązania zapewniające zwiększenie efektywności procesora

Rozwiązania zapewniające zwiększenie efektywności procesora

Treści ćwiczeń

Treści ćwiczeń



Zapisy binarne i heksadecymalne

Zapisy binarne i heksadecymalne



Kodowanie liczb i tekstów

Kodowanie liczb i tekstów



Reprezentacja binarna liczb ujemnych

Reprezentacja binarna liczb ujemnych



Działania na liczbach binarnych

Działania na liczbach binarnych



Zapoznanie z programem DEBUG

Zapoznanie z programem DEBUG



Realizacja dodawania w procesorze

Realizacja dodawania w procesorze



Realizacja odejmowania w procesorze

Realizacja odejmowania w procesorze



Realizacja mnożenia i dzielenia w procesorze

Realizacja mnożenia i dzielenia w procesorze



Operacje logiczne w procesorze

Operacje logiczne w procesorze



Operacje rotacji i przesunięć w procesorze

Operacje rotacji i przesunięć w procesorze



Operacje na łańcuchach, stosie i znacznikach

Operacje na łańcuchach, stosie i znacznikach



Realizacja prostych programów

Realizacja prostych programów



Symulatory procesora 8086

Symulatory procesora 8086

LITERATURA

LITERATURA



Clark S.H.A.: W sercu PC. Wyd. HELION. Gliwice 2003

Clark S.H.A.: W sercu PC. Wyd. HELION. Gliwice 2003



Florek J.:

Florek J.:

Systemy komputerowe

Systemy komputerowe

. Wyd. Akademii Podlaskiej.

. Wyd. Akademii Podlaskiej.

Siedlce 2001

Siedlce 2001



Kruk S.:

Kruk S.:

Asembler - podręcznik użytkownika

Asembler - podręcznik użytkownika

. Wyd. MIKOM.

. Wyd. MIKOM.

Warszawa 1999

Warszawa 1999



Kruk

S.:

Kruk

S.:

Asembler.

Kurs

programowania

dla

średnio

Asembler.

Kurs

programowania

dla

średnio

zaawansowanych

zaawansowanych

. MIKOM. Warszawa 2001

. MIKOM. Warszawa 2001



Kruk S.:

Kruk S.:

Turbo Asembler. Idee. Polecenia. Rozkazy procesora

Turbo Asembler. Idee. Polecenia. Rozkazy procesora

Pentium

Pentium

. MIKOM . Warszawa 2000

. MIKOM . Warszawa 2000



Kruk S.:

Kruk S.:

Ćwiczenia z asemblera

Ćwiczenia z asemblera

. Wyd. MIKOM. Warszawa 1999

. Wyd. MIKOM. Warszawa 1999



Metzger P.:

Metzger P.:

Anatomia PC

Anatomia PC

. Wydanie X. HELION 2006

. Wydanie X. HELION 2006



Patterson D., Hennessy J.:

Patterson D., Hennessy J.:

Computer Organizatin and design

Computer Organizatin and design

.

.

Elsevier 2005

Elsevier 2005



Skorupski A.:

Skorupski A.:

Podstawy budowy i działania komputerów

Podstawy budowy i działania komputerów

. WKŁ.

. WKŁ.

Warszawa 1997

Warszawa 1997



Komorowski W.:

Komorowski W.:

Krótki kurs architektury i organizacji

Krótki kurs architektury i organizacji

komputerów

komputerów

. Wyd. MIKOM, Warszawa 2004

. Wyd. MIKOM, Warszawa 2004



Wojtuszkiewicz K.:

Wojtuszkiewicz K.:

Urządzenia techniki komputerowej. Cz. 1 i 2.

Urządzenia techniki komputerowej. Cz. 1 i 2.

Wyd. Naukowe PWN. Warszawa 2008

Wyd. Naukowe PWN. Warszawa 2008

SYSTEMY LICZBOWE

SYSTEMY LICZBOWE



Rodzaje informacji (analogowe i cyfrowe)

Rodzaje informacji (analogowe i cyfrowe)



System dwójkowy

System dwójkowy



System heksadecymalny

System heksadecymalny



zasady konwersji liczb w różnych systemach

zasady konwersji liczb w różnych systemach

RODZAJE INFORMACJI

RODZAJE INFORMACJI

(SYGNAŁÓW)

(SYGNAŁÓW)

Informacja (łac. informatio - wyobrażenie, pojęcie) to pojęcie

o wielu definicjach w różnych dziedzinach. Zasadniczo mamy

dwa podstawowe punkty widzenia na informację.

Informacja obiektywna – pogląd ten wywodzi się z fizyki i

matematyki, gdzie informacja oznacza pewną własność

fizyczną lub strukturalną obiektów

Informacja subiektywna – pogląd w którym informacją jest to,

co umysł jest w stanie przetworzyć i wykorzystać do własnych

celów.

Nośnikiem informacji jest sygnał i niesie on informację o

naturze badanych zjawisk lub systemów.

Sygnał oznacza zatem przepływ strumienia informacji, przy

czym przepływ może odbywać się w jednym lub w wielu

wymiarach.

Sygnały (informacje)

Sygnały (informacje)

analogowe

analogowe

Sygnały (informacje) dyskretne

Sygnały (informacje) dyskretne

(cyfrowe)

(cyfrowe)

U(t)

Umax

Umax

0

0

R=(0,Umax)

nieskończony

zbiór możliwych

wartości

U(t)

Umaxq

Umax

0

0

R=(

U, 2U,

3U, 4U

)

moc zbioru R

wynosi 4

U – kwant

wartości

MASZYNA

MASZYNA

ANALOGOWA

ANALOGOWA

WE

WY

MASZYNA

MASZYNA

CYFROWA

CYFROWA

#

#

#

#

a/c

c/a





RODZAJE INFORMACJI

RODZAJE INFORMACJI

(SYGNAŁÓW)

(SYGNAŁÓW)

Sygnał analogowy – sygnał, który może przyjmować dowolną wartość z

ciągłego przedziału (nieskończonego lub ograniczonego zakresem

zmienności). Jego wartości mogą zostać określone w każdej chwili

czasu, dzięki funkcji matematycznej opisującej dany sygnał.

Sygnał dyskretny – sygnał, którego dziedzina i zbiór wartości są

dyskretne. Znaczenie tego terminu może odnosić się do:

• wielkości fizycznej, która z natury jest dyskretna (np. liczba błysków

lampy w ciągu godziny)

• wielkości pierwotnie ciągłej i analogowej, która została

spróbkowana i skwantowana (np. sygnał na wyjściu komparatora
napięcia)

• każdej reprezentacji jednego z powyższych, w tym (najczęściej) w

postaci ciągu liczb zapisanych w pamięci maszyny cyfrowej

Informacje lub wielkości zapisane w postaci cyfrowej (binarnej)
nazywamy dyskretnymi. Takie informacje lub wielkości
przedstawia się w postaci słów cyfrowych

Informacje lub wielkości zapisane w postaci cyfrowej (binarnej)
nazywamy dyskretnymi. Takie informacje lub wielkości
przedstawia się w postaci słów cyfrowych

Słowem cyfrowym nazywamy dowolny ciąg składający się z
symboli 0 i/lub 1

Słowem cyfrowym nazywamy dowolny ciąg składający się z
symboli 0 i/lub 1

Długość słowa

Długość słowa

Oznaczenie

Oznaczenie

symboliczne

symboliczne

Nazwa

Nazwa

1

1

4

4

8

8

16

16

32

32

64

64

a

a

0

0

a

a

3

3

...a

...a

0

0

a

a

7

7

.....a

.....a

0

0

a

a

15

15

.......a

.......a

0

0

a

a

31

31

.........a

.........a

0

0

a

a

63

63

...........a

...........a

0

0

bit

bit

tetrada, kęs

tetrada, kęs

bajt

bajt

słowo 16-bitowe, słowo

słowo 16-bitowe, słowo

podwójne słowo, dwusłowo

podwójne słowo, dwusłowo

słowo 64-bitowe, czterosłowo

słowo 64-bitowe, czterosłowo

1b - oznacza 1 bit

1b - oznacza 1 bit

1B=8b

1B=8b

1B - oznacza 1 bajt

1B - oznacza 1 bajt

1kB=1024B (2

1kB=1024B (2

10

10

)

)

1MB=1024kB

1MB=1024kB

1GB=1024MB

1GB=1024MB

Przykład: 20 MB jest ilością informacji ośmiokrotnie większą niż 20Mb

Przykład: 20 MB jest ilością informacji ośmiokrotnie większą niż 20Mb

INFORMACJA (SYGNAŁ)

INFORMACJA (SYGNAŁ)

CYFROWA

CYFROWA

W słowach cyfrowych wyróżnia się najstarszą i najmłodszą pozycję, tj.

• b

it najbardziej znaczący

zwany najstarszym (ang.

MSB

- Most Significant

Bit)

oraz
• b

it najmniej znaczący

zwany najmłodszym (ang.

LSB

- Least Significant Bit)

a

a

n-1

n-1

......................... a

......................... a

0

0

MSB

MSB

LSB

LSB

Analogicznie możemy mówić o starszym i najmłodszym bajcie lub o starszej
lub młodszej tetradzie

INFORMACJA CYFROWA

INFORMACJA CYFROWA

Do

zapisu

dowolnej

liczby

system

wykorzystuje dziesięć symboli (cyfr):

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Dowolną liczbę w systemie dziesiętnym

możemy przedstawić jako następująca sumę:

(a

n-1

...a

1

a

0

)

D

= a

n-1

*10

(n-1)

+...+ a

1

*10

1

+ a

0

*10

0

=

gdzie: i - numer pozycji w liczbie,

a

i

- dowolna z cyfr od 0 do 9,

n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie

Przykład:

424

D

= 4*10

2

+ 2*10

1

+ 4*10

0

pozycja jedynek (0)

pozycja jedynek (0)

pozycja dziesiątek (1)

pozycja dziesiątek (1)

pozycja setek (2)

pozycja setek (2)









1

n

0

i

i

i

10

a

DZIESIĘTNY SYSTEM LICZBOWY

DZIESIĘTNY SYSTEM LICZBOWY

Do zapisu dowolnej liczby system

Do zapisu dowolnej liczby system

wykorzystuje dwa symbole (cyfry):

wykorzystuje dwa symbole (cyfry):

0, 1

0, 1

Dowolną liczbę w systemie dwójkowym

Dowolną liczbę w systemie dwójkowym

możemy przedstawić jako następująca

możemy przedstawić jako następująca

sumę:

sumę:

(a

(a

n-1

n-1

...a

...a

1

1

a

a

0

0

)

)

B

B

= a

= a

n-1

n-1

*2

*2

(n-1)

(n-1)

+...+ a

+...+ a

1

1

*2

*2

1

1

+ a

+ a

0

0

*2

*2

0

0

=

=

gdzie:

gdzie:

i - numer pozycji w liczbie,

i - numer pozycji w liczbie,

a

a

i

i

- dowolna z cyfr (0 lub 1),

- dowolna z cyfr (0 lub 1),

n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie

n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie

Przykład:

Przykład:

10100

10100

B

B

= 1*2

= 1*2

4

4

+ 0*2

+ 0*2

3

3

+ 1*2

+ 1*2

2

2

+ 0*2

+ 0*2

1

1

+ 0*2

+ 0*2

0

0









1

n

0

i

i

i

2

a

DWÓJKOWY SYSTEM LICZBOWY

DWÓJKOWY SYSTEM LICZBOWY

1.

1.

2.

2.

10100

10100

B

B

= 1*2

= 1*2

4

4

+ 0*2

+ 0*2

3

3

+ 1*2

+ 1*2

2

2

+ 0*2

+ 0*2

1

1

+ 0*2

+ 0*2

0

0

=

=

= 1*16 + 0*8 + 1*4 + 0*2 + 0*1 = 20

= 1*16 + 0*8 + 1*4 + 0*2 + 0*1 = 20

D

D

20:2 = 10

20:2 = 10

10:2 = 5

10:2 = 5

5:2 = 2

5:2 = 2

2:2 = 1

2:2 = 1

1:2 = 0

1:2 = 0

reszta=

reszta=

0

0

reszta=

reszta=

0

0

reszta=

reszta=

1

1

reszta=

reszta=

0

0

reszta=

reszta=

1

1

k

ie

ru

n

e

k

o

d

c

zy

tu

k

ie

ru

n

e

k

o

d

c

zy

tu

w

y

n

ik

u

w

y

n

ik

u

czyli 20

czyli 20

D

D

=

=

10100

10100

B

B

KONWERSJA LICZB

KONWERSJA LICZB

Do

zapisu

dowolnej

liczby

system

Do

zapisu

dowolnej

liczby

system

wykorzystuje szesnaście symboli (cyfr i

wykorzystuje szesnaście symboli (cyfr i

liter):

liter):

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E,

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E,

F

F

Dowolną

liczbę

w

systemie

Dowolną

liczbę

w

systemie

heksadecymalnym możemy przedstawić

heksadecymalnym możemy przedstawić

jako następująca sumę:

jako następująca sumę:

(a

(a

n-1

n-1

...a

...a

1

1

a

a

0

0

)

)

H

H

= a

= a

n-1

n-1

*16

*16

(n-1)

(n-1)

+...+ a

+...+ a

1

1

*16

*16

1

1

+ a

+ a

0

0

*16

*16

0

0

=

=

gdzie:

gdzie:

i - numer pozycji w liczbie,

i - numer pozycji w liczbie,

a

a

i

i

- dowolna cyfra heksadecymalna,

- dowolna cyfra heksadecymalna,

n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie

n - ilość cyfr (pozycji) w liczbie

Przykład:

Przykład:

1C2

1C2

H

H

= 1*16

= 1*16

2

2

+ C*16

+ C*16

1

1

+ 2*16

+ 2*16

0

0









1

n

0

i

i

i

16

a

HEKSADECYMALNY (SZESNASTKOWY)

HEKSADECYMALNY (SZESNASTKOWY)

SYSTEM LICZBOWY

SYSTEM LICZBOWY

1.

1.

2.

2.

1C2

1C2

H

H

= 1*16

= 1*16

2

2

+ C*16

+ C*16

1

1

+ 2*16

+ 2*16

0

0

=

=

= 1*256 + 12*16 + 2*1 = 450

= 1*256 + 12*16 + 2*1 = 450

D

D

450:16 =

450:16 =

28

28

28:16 = 1

28:16 = 1

1:16 = 0

1:16 = 0

reszta=

reszta=

2

2

reszta=

reszta=

C

C

reszta=

reszta=

1

1

k

ie

ru

n

e

k

k

ie

ru

n

e

k

o

d

c

zy

tu

o

d

c

zy

tu

w

y

n

ik

u

w

y

n

ik

u

czyli 450

czyli 450

D

D

=

=

1C2

1C2

H

H

reszty zapisujemy w

reszty zapisujemy w

postaci cyfry

postaci cyfry

heksadecymalnej

heksadecymalnej

KONWERSJA LICZB

KONWERSJA LICZB

Do konwersji zapisu binarnego na heksadecymalny i

Do konwersji zapisu binarnego na heksadecymalny i

odwrotnie wykorzystuje się tabelę:

odwrotnie wykorzystuje się tabelę:

cyfra heksadecymalna liczba binarna liczba dziesiętna

0

0000

0

1

0001

1

2

0010

2

3

0011

3

4

0100

4

5

0101

5

6

0110

6

7

0111

7

8

1000

8

9

1001

9

A

1010

10

B

1011

11

C

1100

12

D

1101

13

E

1110

14

F

1111

15

KONWERSJA LICZB

KONWERSJA LICZB

1C2

1C2

H

H

=

=

= 0001 1100

= 0001 1100

0010 =

0010 =

= 000111000010

= 000111000010

=

=

= 111000010

= 111000010

B

B

111000010

111000010

B

B

=

=

=

=

000

000

1 1100 0010

1 1100 0010

B

B

=

=

= 1C2

= 1C2

H

H

każdą cyfrę hex.

każdą cyfrę hex.

zapisujemy w postaci

zapisujemy w postaci

czwórki cyfr binarnych

czwórki cyfr binarnych

odrzucamy nieznaczące

odrzucamy nieznaczące

zera na początku liczby

zera na początku liczby

binarnej

binarnej

1.

1.

2.

2.

liczbę binarną dzielimy od

liczbę binarną dzielimy od

końca na czwórki

końca na czwórki

ewentualnie dopisując

ewentualnie dopisując

nieznaczące zera w

nieznaczące zera w

ostatniej (pierwszej)

ostatniej (pierwszej)

czwórce

czwórce

każdą czwórkę binarną

każdą czwórkę binarną

zapisujemy w postaci cyfry

zapisujemy w postaci cyfry

hex.

hex.

KONWERSJA LICZB

KONWERSJA LICZB

W jakim systemie liczbowym zapisano biografię?

W jakim systemie liczbowym zapisano biografię?

Ukończyłem uniwersytet w

Ukończyłem uniwersytet w

44

44

roku życia; po roku, jako już

roku życia; po roku, jako już

100

100

-

-

letni młodzieniec, ożeniłem się z

letni młodzieniec, ożeniłem się z

34

34

-letnią panienką. Nieznaczna

-letnią panienką. Nieznaczna

różnica wieku –

różnica wieku –

11

11

lat tylko – sprzyjała bardzo harmonijnemu

lat tylko – sprzyjała bardzo harmonijnemu

małżeńskiemu pożyciu. W stosunkowo krótkim czasie mieliśmy

małżeńskiemu pożyciu. W stosunkowo krótkim czasie mieliśmy

już

już

10

10

dzieci. Moja miesięczna pensja wynosiła

dzieci. Moja miesięczna pensja wynosiła

13000

13000

zł, z

zł, z

których

których

1/10

1/10

oddawałem siostrze, tak iż na własne utrzymanie

oddawałem siostrze, tak iż na własne utrzymanie

mieliśmy tylko

mieliśmy tylko

11200

11200

zł na miesiąc; mimo to byliśmy szczęśliwi.

zł na miesiąc; mimo to byliśmy szczęśliwi.

W systemie dziesiętnym ma ona postać:

W systemie dziesiętnym ma ona postać:

Ukończyłem uniwersytet w

Ukończyłem uniwersytet w

24

24

roku życia; po roku, jako już

roku życia; po roku, jako już

25

25

-

-

letni młodzieniec, ożeniłem się z

letni młodzieniec, ożeniłem się z

19

19

-letnią panienką. Nieznaczna

-letnią panienką. Nieznaczna

różnica wieku –

różnica wieku –

6

6

lat tylko – sprzyjała bardzo harmonijnemu

lat tylko – sprzyjała bardzo harmonijnemu

małżeńskiemu pożyciu. W stosunkowo krótkim czasie mieliśmy

małżeńskiemu pożyciu. W stosunkowo krótkim czasie mieliśmy

już

już

5

5

dzieci. Moja miesięczna pensja wynosiła

dzieci. Moja miesięczna pensja wynosiła

1000

1000

zł, z których

zł, z których

1/5

1/5

oddawałem siostrze, tak iż na własne utrzymanie mieliśmy

oddawałem siostrze, tak iż na własne utrzymanie mieliśmy

tylko

tylko

800

800

zł na miesiąc; mimo to byliśmy szczęśliwi.

zł na miesiąc; mimo to byliśmy szczęśliwi.

ZABAWA - ĆWICZENIE

ZABAWA - ĆWICZENIE

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ !

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ !