Architektura komputerów
1. WPROWADZENIE
Architektura komputerów
1. WPROWADZENIE
1. Wprowadzenie
1.1 Informacja w komputerze
1.2 Elementy algebry Boole’a
1.2.1 Podstawy
1.2.2 Funkcje Boole’a
1.3 Bramki logiczne
1.4 Przerzutniki
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
1 – 2
1.5 Bloki funkcjonalne
1.5.1 Rejestry
1.5.2 Liczniki
1.5.3 Układy konwersji kodów
1.5.4 Sumatory
1.5.5 Pamięć
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
3
1.1 Informacja w
komputerze
• Co przetwarza komputer?
– 0, 1 + przykłady fizyczne
– Ciąg zero-jedynkowy
• Bit
• Byte
• Słowo
– Słowo – interpretacja
• Liczba
• Polecenie
– Program
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
4
1.2 Elementy algebry Boole’a
1.2.1 Podstawy
• Elementy algebry Boolea
– 0 , 1 – sygnały logiczne / fałsz – prawda
– Diagram Venna – zbiór A i jego
dopełnienie
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
5
A
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
6
Suma dwóch zbiorów
A
B
A
B
B
A
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
7
Iloczyn dwóch zbiorów
A
B
A
B
B
A
B
A
• Wartości funkcji sumy, iloczynu i
negacji – tabele prawdy
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
8
A
B
A U B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
Podstawowe twierdzenia algebry Boole’a
A + A = A
A A = A
A +1 = 1
A 0 = 0
A 1 = A
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
9
• Przemienności
A + B = B + A
A B = B A
• Łączności
A + ( B + C ) = ( A +B ) + C
A ( B C) = ( A B) C
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
10
• Rozdzielności mnożenia względem
dodawania
A ( B + C ) = A B + A C
• Rozdzielności dodawania względem
mnożenia
A + B C = ( A + B ) ( A + C )
• Wykazać algebraicznie i grafami
Venna
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
11
• Twierdzenia / prawa de Morgana
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
12
• Wykazać algebraicznie, grafami Venna i
tabelami
• Uogólnienie na n zmiennych
B
A
B
A
B
A
B
A
Zadanie
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
13
Wykazać
• Algebraicznie
• Diagram Venna
• Tabela funkcji
A
B
A
B
A
)
)(
(
1.2.2 Funkcje Boole’a
Reprezentacja:
– wyrażenie zapisane w algebrze Boole’a
– tabela wartości funkcji logicznych
– graficznie
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
14
0
1
,...,
,
N
B
A
f
• Czarna skrzynka (Black Box)
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
15
A
f (A,B)
B
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
16
A
f1 (A,
…,N)
N
f2 (A,
…,N)
fk (A,
…,N)
• analiza, synteza
• układy kombinacyjne
• układy sekwencyjne
1.3 Bramki logiczne
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
17
1.4 Przerzutniki
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
18
W aktualnie produkowanych przerzutnikach
wyróżnia się
• wejścia informacyjne:
– wejścia asynchroniczne (małe litery) - zmiana
wartości wejścia wywołuje bezpośrednio
zmianę wartości wyjścia
– wejścia synchroniczne (duże litery) - zmiana
wartości wyjścia następuje w takt impulsu
synchronizującego / zegar (clock) lub
taktującym. Brak impulsu taktującego
oznacza, że przerzutnik nie będzie reagował
na zmiany wartości zmiennych informacyjnych
synchronicznych przerzutnika.
Wyjścia: dwa wyjścia komplementarne Q i ~Q
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
19
1.5 Bloki funkcjonalne
15.10.13
1.5.1 Rejestry
• Rejestr – układ cyfrowy o zdolności
przechowywania n-bitowego słowa – pamięć,
bufor
• Parametry: pojemność rejestru, szybkość rejestru
• Rejestry statyczne i dynamiczne
• Rejestry szeregowe I równoległe
• Rejestr przesuwający, rejestr cykliczny
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
20
1.5.2 Liczniki
• Układ zliczający impulsy i zapamiętujący wynik
• Parametry: pojemność (modulo – nie
rozróżnia), szybkość, sposoby/systemy
zliczania
• Liczniki pozytywne (prosty), rewersyjne
(odwrotny)
• Liczniki dwójkowe, dwójkowo-dziesiętne ,
dziesiętne, szesnastkowe itd. – liczniki proste i
ze sprzężeniami
• Liczniki szeregowe, równoległe
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
21
1.5.3 Układy konwersji kodów
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
22
1, … ,
n
1, … ,
k
• Deszyfrator – układ wytwarzający sygnał na jednym
z wyjść w zależności od kombinacji sygnałów
wejściowych – zamiana kodu wejściowego różnego
od kodu 1 z n na kod 1 z k
n – wejść; k<=2
n
wyjść
• Szyfrator – wybór jednego wejścia generuje kod na
wyjściu – zamiana kodu wejściowego 1 z n na kod
wyjściowy różny od kodu 1 z k
1 na jednym z n wejść k 2
n
jedynek na
wyjściach
• Translator kodów – zamiana jednego kodu różnego?
od 1 z n na drugi kod różny od 1 z k
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
23
1.5.4 Sumatory
• Układy dodające/odejmujące dwie
liczby
• Półsumator, sumator – tabele
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
24
A
B
S
C
0
0
0
1
1
0
1
1
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
25
A
i
S
i
B
i
A
B
S
C
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
26
A
i
C
i-1
S
i
C
i
B
i
A(i)
B(i) C(i-1)
S(i)
C(i)
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
A (i)
B (i)
C (i-
1)
S (i)
C (i)
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
• Parametry: zakres dodawania, czas operacji
• Sumator szeregowy, równoległy (czas
uzyskania/stabilizacji wyniku)
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
27
A
i
C
i-1
S
i
C
i
B
i
Sumator szeregowy
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
28
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
29
Akumulator
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
30
1.5.5 Pamięć
• rodzaje pamięci
– podział fizyczny
– funkcjonalny; rejestr, stała ROM,
operacyjna RAM, masowa
– hierarchia pamięci
• Parametry: pojemność, czas dostępu,
ulotność?
ArKom 2013 - 1. Wprowadzenie
31