Komputer – maszyna (urządzenie) licząca, Dwie logiki:

Architektura – określa zachowanie się (efekty służąca do przetwarzania wszelkich

dodatnia :

działania) komputera z punktu widzenia informacji, które da się zapisać w formie ciągu 1 (stan wysoki UH) odpowiada istnieniu użytkownika.

cyfr (dyskretnej) albo sygnału ciągłego napięcia na wyjściu

* Architektura definiuje język maszynowy Sygnał analogowy – sygnał, który w danym 0 (stan niski UL) brak napięcia na wyjściu

* Komputery o tej samej architekturze są przedziale swojej zmienności może

ujemna :

kompatybilne (ten sam język maszynowy) przyjmować nieskończoną liczbę wartości.

1 brak napięcia

Implementacja (organizacja) – opisuje Sygnał analogowy jest sygnałem ciągłym.

0 obecność napięcia

współdziałanie bloków funkcjonalnych

Sygnał cyfrowy (dyskretny) – sygnał, który w Zalety techniki cyfrowej:

komputera oraz sposób przechowywania i danym przedziale swej zmienności przyjmuje

- odporność na zakłócenia i szumy

przepływu informacji w strukturze komputera skończona liczbę wartości.

- łatwe przetwarzanie (korekcja błędów) (schemat str. 57)

historia komputerów (slajdy)

_możliwość zapisu danych różnych typów na Model von Neumanna komputera –

Abakus pierwsze mechaniczne liczydła jednym nośniku (np. tekst i grafika na uniwersalny model struktury komputera (str.

starożytne – początek informatyki

dyskietce

58)

Prawo Moore’a - Podwojenie wydajności _układy cyfrowe są mało wrażliwe na rozrzut układów scalonych odbywa się średnio co 18-parametrów elementów

Procesor – wykonuje elementarne operacje 24 miesięcy

_łatwa konwersja sygnału (programowa) arytmetyczno - logiczne (lista rozkazów) System pozycyjny – wartość cyfry zależy od Główna zaleta systemu binarnego –

- układ sterowania – koordynuje wszystkie jej pozycji w liczbie. Liczby przedstawiane są jednoznaczność sygnału (jest lub go nie ma) operacje komputera (np. pobiera dane z jako łańcuchy cyfr (ai)

System dziesiętny – wymaga 10 różnych pamięci.

TECHNIKA ANALOGOWA – dziedzina poziomów sygnału (napięć lub prądów)

- arytmometr – realizuje elementarne operacje elektroniki zajmująca się wytwarzaniem, Przetwornik A/C (ADC – Analog Digital logiczne i arytmetyczne, współpracuje z przetwarzaniem i przesyłaniem sygnałów Converter) przetwarza sygnał Analogowy na rejestrami

analogowych (ciągłych).

sygnał Cyfrowy

- rejestry – pamięć podręczna procesora.

Ogólnie sygnał analogowy – sygnał, w Dwa etapy konwersji:

Przechowują tymczasowe wyniki obliczeń którym wartość sygnału wyjściowego jest

- próbkowanie

(rejestr danych), ich miejsca w pamięci proporcjonalna do wartości sygnału

- kwantyzacja

operacyjnej (rejestry adresowe) i.t.d wejściowego.

Próbkowanie – badanie wartości sygnału co Pobranie danych + operacje elementarne =

Podstawowe funkcje realizowane przez układy pewien określony czas

cykl pracy procesora

analogowe to:

Kwantyzacja – zamiana otrzymanych

- wzmacnianie sygnałów

wartości dyskretnych badanego sygnału na Pamięć – przechowuje wprowadzoną

- generowanie różnych przebiegów

system binarny

informację (operacja zapisu), udostępnia ją na

- porównywanie sygnałów

Kwantyzacja – konwersja poziomu zewnątrz (operacja odczytu). W pamięci musi

- regulacja wartości sygnałów (np. stabilizacja analogowego na najbliższy skwantowany być umieszczony program.

napięcia)

poziom. (1111 – poziom najwyższy, 0000 –

Dwa rodzaje pamięci:

Najczęściej stosowane układy analogowe to: poziom najniższy)

- stała ROM (zapisana konfiguracja

- wzmacniacze operacyjne

Ts – czas próbkowania (zależy od komputera BIOS)

- komparatory (układy porównujące napięcia) częstotliwości sygnału podlegającego

- operacyjna RAM (zapisany system

- stabilizatory

konwersji)

operacyjny, program, itd.)

- przetworniki C/A i A/C

Układy we/wy – zapewniają komunikację Zasada Nyquista - szybkość (częstotliwość komputera ze światem zewnętrznym

Najpowszechniej stosowany układ to

próbkowania) musi być przynajmniej dwa razy (klawiatura, drukarka, monitor)

wzmacniacz operacyjny – wzmacniacz o b.

większa od najwyższej częstotliwości

dużym wzmocnieniu (>1000V/V),

próbkowanego sygnału.

Magistrale (szyny) – zespół łączy bezpośrednich sprzężeniach, przeznaczony do Przykłady:

elektronicznych i układów logicznych

pracy z zewnętrznym sprzężeniem zwrotnym.

- sygnał telefoniczny - max. częstotliwość zapewniających wymianę (transmisję)

(sprzężenie zwrotne w niezwykle istotny 4kHz – próbkowanie 8kHz (125 ms)

informacji między urządzeniami systemu sposób wpływa na parametry wzmacniacza)

- wieża Hi-Fi – max. częstotliwość 20kHz –

komputerowego.

wpływ wielkości sprzężenia zwrotnego na próbkowanie 40 kHz (25 ms)

Systematyka magistral:

charakterystykę wzmacniacza - gdy R /

- sygnał video – max. częstotliwość 6MHz –

A. Podział ogólny

wzmocnienie / częstotliwość maksymalna \

próbkowanie 12MHz (83,3 ns)

1. Wewnętrzne (OPB – On-chip Peripherial Komparator napięcia

Przetwarzanie informacji można zrealizować Bus (linia łącząca moduły wewnątrz układu

– układ porównujący napięcie wejściowe z dwojako:

scalonego)

napięciem odniesienia.

- przy pomocy specjalizowanego systemu 2. Zewnętrzne (łączy różne moduły

– układ przetwarzający sygnał analogowy na cyfrowego,

wewnątrz komputera)

cyfrowy.

- przy pomocy systemu mikroprocesorowego.

B. Z punktu widzenia funkcji w

Stabilizator napięcia - układ utrzymujący komputerze

stałą wartość napięcia niezależnie od wahań Specjalizowany układ cyfrowy – zestaw 1. Magistrala adresowa (przesyła adresy napięcia wejściowego i prądu obciążenia.

różnych układów cyfrowych, które mogą komórek w których znajdują się kody danych, Podstawowe cechy charakterystyczne sygnału realizować tylko określony sposób

i rozkazów lub identyfikatory urządzeń analogowego:

przetwarzania informacji (np. tylko

zewnętrznych)

- niemożliwość przechowywania różnych dodawanie, sortowanie itd.)

2. Magistrala sterująca (przesyła sygnał

typów danych na jednym rodzaju nośnika System mikroprocesorowy – system sterujący określający rodzaj wykonywanej

- duża wrażliwość układów analogowych na uniwersalny bo system przetwarzania

operacji)

rozrzut parametrów elementów

informacji (danych) jest zmienny.

3. Magistrala danych (wymiana informacji

- „odszumienie” sygnału analogowego bardzo Informacja wejściowa – postać zrozumiała miedzy procesorem a pamięcią lub

trudne

dla komputera (binarna)

urządzeniami zewnętrznymi)

- konwersja sygnału analogowego wymaga Informacja wyjściowa – postać zrozumiała zastosowania dodatkowych urządzeń

dla odbiorcy (np. tekst, rysunek)

Podsumowanie:

(konwersja sprzętowa).

6.1 Model komputera von Neumanna

- pamięć jest adresowana sekwencyjnie Trzy pojęcia przy opisie komputera:

- pamięć komputera jest pamięcią

Układem cyfrowym nazywamy układ

- realizacja,

jednowymiarową (komórka pamięci ma adres elektroniczny, który służy do przetwarzania

- architektura,

wyrażony liczbą)

sygnałów cyfrowych (nieciągłych)

- implementacja (organizacja).

- w pamięci przechowywane są instrukcje Układy cyfrowe - działają zwykle Realizacja – określa z czego komputer jest (program) oraz dane (nierozróżnialne) dwustanowo (jest napięcie na wyjściu lub go zbudowany (elektronika) np. rezystory,

- instrukcje wykonywane są sekwencyjnie wg nie ma)

kondensatory, tranzystory, moce wydzielane wzoru:

* Stany te odpowiadają dwu wartościom itd.

pobranie instrukcji z pamięci (zapisanie do logicznym 1 lub 0

rejestru)

zdekodowanie instrukcji (określenie rodzaju Modularna budowa komputera:

- możliwość dołączenia L 3

wykonywanej instrukcji)

- standaryzacja elementów w oparciu o Pamięć cache –> pamięć bardzo szybka (np.

pobranie operandów, (danych) z pamięci publicznie dostępne specyfikacje,

RAM 60ns, cache <10ns)

realizacja instrukcji

- otwarta architektura urządzeń

zapamiętanie wyniku operacji w pamięci wejścia/wyjścia – możliwość rozbudowy Ad.4 Gniazdo procesora – interfejs między zestawu i dostosowania do posiadanego procesorem a płytą główną determinuje rodzaj Podstawowe założenie architektury von oprogramowania

procesora. typ gniazda musi być zgodny z Neumanna to: rozdział pamięci i procesora.

danym procesorem

Architektura von Neumanna to tzw model Płyta główna

- Slot

„referencyjny” , lub architektura sekwencyjna.

- tablica obwodów drukowanych łączących

- Socket

Konsekwencje:

wszystkie elementy komputera wraz ze

[Obecnie stosowane podstawki to Socket 775

- efekt „wąskiego gardła” (bottleneck) – niska sterującymi układami elektronicznymi i (Pentium IV), Socket 939 (AMD) oraz Socket prędkość transferu informacji między

standardowymi gniazdami I/O

AM2 (dla dwurdzeniowych procesorów)]

procesorem a pamięcią (procesor musi

- ciągła wymiana informacji między

„czekać” na dane),

elementami umieszczonymi na płycie głównej Ad.5 FSB (Front Side Bus) – magistrala

- źle funkcjonujący program może zniszczyć

- płyta główna stanowi również miejsce, do łącząca procesor z płytą główną (dokładnie z samego siebie, inny program lub system którego dołączane są urządzenia zewnętrzne kontrolerem pamięci).

operacyjny.

Częstotliwość taktowania FSB to 66 MHz., Najważniejsze urządzenia montowane na 100 MHz., 133 MHz., 166 MHz., 200MHz.

Aby złagodzić efekt „wąskiego gardła” stosuje płycie głównej:

itd.. W najnowszym procesorze Intel Core 2

się m.in. nymi:

- procesor

Duo stosuje się 1066 MHz, a mówi się o 1333

- pamięć cache między procesorem a pamięcią

- chipset

MHz.

operacyjną

- magistrale - gniazda rozszerzeń

Częstotliwość zegara procesora jest

- stosowanie tzw „branch prediction”

* pamięć główna (RAM i ROM)

wielokrotnością częstotliwości szyny FSB (np.

algorytmów

* karta graficzna

współczynniki mnożenia 1,5; 2; 2,5;3). W

* karta sieciowa

niektórych modelach można ustawiać ręcznie Obliczenia równoległe – jednoczesne

* modem

(zworki na płycie głównej) lub jest blokowane wykonywanie tego samego zadania przez dwa

* karta dźwiękowa

.

lub więcej procesorów w celu szybszego

- porty we/wy

Gdy fFSB /> to szybkość przesyłu informacji otrzymania wyników

/>

* Zastosowanie w pojedynczym komputerze Procesor

np. fFSB = 66MHz to 8 bajtów (64 bitów) wielu procesorów (komputer równoległy) Podstawowe zadania procesora:

przesłane jest z szybkością 8*66MHz = 528

* Rozproszone systemy komputerowe

- wykonywanie obliczeń

MB/sek

(architektury wielomaszynowe – sieci

- przesyłanie danych

komputerowe)

Najważniejsze parametry procesora: Wpływ wymiaru technologicznego na gęstość 1. częstotliwość zegara (taktowania)

mocy wydzielanej w procesorach (str. 86) Podział z punktu widzenia połączeń między 2. długość słowa w bitach

Wymiar technologiczny a technologia

procesorami oraz procesorami i pamięcią: 3. wielkość pamięci cache (L1 i L2)

wykonania (str. 87)

1. SIMD (Single Instruction/Multiple Data) –

4. rodzaj podstawki (gniazda)

wszystkie procesory jednocześnie wykonują te 5. częstotliwość szyny FSB (magistrala INTEL – plany:

same instrukcje.

łącząca procesor z płytą główną)

- Rok 2006 – Technologia 65nm (UV)

2. MIMD (Multiple Instruckion/Multiple 6. technologia wykonania

- Rok 2008 – Technologia 45nm (koniec Data) – procesory realizują różne instrukcje Z technologicznego punktu widzenia procesor technologii optycznej UV)

to układ scalony VLSI zbudowany z b. dużej

- Rok 2010 – Technologia 32nm (technologia Podział z punktu widzenia dostępu procesorów liczby tranzystorów ( Pentium IV ma 125 mln.

Extreme UltraViolet (13,5nm); koszt

do pamięci:

tranzystorów, Core 2 Dou 291 mln.

urządzenia ok.. 50mln$; potrzeba 10 maszyn; 1. Shared memory – cała pamięć dostępna tranzystorów , pow. 143Mm2)

technologia próżniowa)

jest dla każdego procesora (SMP - Symmetric

- Układy wielordzeniowe (optymalizacja do multiprocessing) – układy z pamięcią

Ad.1 Częstotliwość taktowania – liczba wybranych zadań)

współdzieloną (każdy procesor ma jednakowy operacji/sek. wykonana przez procesor.

dostęp do pamięci.

najnowsze procesory ok. 3GHz

AMD - plany

2. Distributed memory – każdy procesor ma

- Rok 2006 – technologia 65nm (procesor dostęp tylko do fragmentu pamięci procesory Ad.2 Długość słowa (w bitach) przetwarzana dwurdzeniowy)

są bardziej lub mniej uprzywilejowane.

przez procesor.

- Ponad 2006r. – pamięci i procesory 45nm

>>Każda liczba w komputerze przedstawiona (litografia immersyjna)

Z punktu widzenia liczby procesorów

jest jako ciąg zer i jedynek np. 510 to 1012

- Okres ok. 10 lat – struktury<30nm 1. MMP (massivelly parallel processor) –

(słowo 3-bitowe)

(litografia nanowytłaczalna)

architektura wieloprocesorowa (nawet do kilku Max liczba 3-bitowa to 111 czyli 7.

tysięcy procesorów), każdy procesor ma Jak prowadzić obliczenia na liczbach >7 np.

Tendencje rozwojowe:

własna pamięć i własną kopię systemu

13?

1. 100 W/cm2 graniczna gęstość mocy

operacyjnego. Układy połączone są ze sobą a) zastosować dwa słowa 3-bitowe

- efekt miniaturyzacji

szybkimi łączami.

b) zastosować jedno słowo 6 -bitowe

- efekt wzrostu częstotliwości taktowania W wypadku a wykonanie większej liczby procesorów

Podsumowanie:

rozkazów niż w b (dłuższy czas operacji).

2. Nowe zadanie to zmniejszenie

problem ze skalowalnością (komputer z n-W wypadku b bardziej skomplikowany

zapotrzebowania chipów na prąd

procesorami powinien wykonać zadanie n razy procesor (cena!)<<

3. Wzrost znaczenia przetwarzania

szybciej niż komputer z jednym procesorem) Aby w pełni wykorzystać długość słowa równoległego

Zadanie musi być podzielone na osobne wątki maszynowego musi być odpowiednie

4. Układy wielordzeniowe (tymczasowość) (odpowiednie oprogramowanie)- mała

oprogramowanie (system + aplikacje)

5. Materiały hybrydowe

szybkość transmisji danych między CPU’s a 6. Magnetyzm, spin, nanorurki

pamięcią (szczególnie w SMP) – pomaga Ad.3 Pamięć cache – tzw. pamięć NUMP (Non-uniform Memory Access) -

wspomagająca (buforowa) służy do

Nanorurki są strukturami o średnicy ASMP (Asymmetric multiprocessing) –

tymczasowego przechowywania informacji.

wewnętrznej wynoszącej od ułamka do

procesory przeznaczone do wykonywania

[odczyt z pamięci ~> kopia do cache kilkuset nanometrów, oraz długości rzędu specjalnych zadań (np. grafika 3D –rzadko powtórny odczyt najpierw z cache (b. szybko)]

nawet kilku tysięcy nanometrów Nanorurkę stosowane)

Dwa rodzaje pamięci cache:

można sobie wyobrazić jako jedną warstwę

- pamięć wewnętrzna L1 (level 1)

grafitu zwiniętą w rulon.

- pamięć zewnętrzna L2 (level 2)