Architektura Systemów Komputerowych
Architektura Systemów Komputerowych
Warunki uzyskania zaliczenia:
Obecność na laboratoriach
Wykład 1
Pozytywna ocena z pracy na laboratorium
Pojęcia podstawowe. Systemy liczbowe.
Pozytywna końcowa ocena z testu wyboru
(wykład+laboratorium)
1 2
Literatura i materiały: System komputerowy
W. Stallings, Organizacja i architektura systemu komputerowego,
Projektowanie systemu a jego wydajność, Wydawnictwa Naukowo- SK składa się ze współzależnych zespołów elementów.
Techniczne
Charakteryzuje się go poprzez określenie jego
G.Syck, Turbo Assembler. Biblia Użytkownika, LT&P, Warszawa 1994
struktury (tj. sposobu powiązania zespołów)
J.Scanlon, Assembler 80286/80386
i funkcjonowania (tj. działania jego poszczególnych zespołów).
J.Biernat, Architektura komputerów, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław, 1999
Wyróżnia się przy tym następujące poziomy systemu:
P.Metzger, Anatomia PC, Helion
sprzęt komputerowy,
Randall Hyde, Profesjonalne programowanie. Część 1. Zrozumieć
komputer, 2005
system operacyjny (oprogramowanie systemowe),
Czasopisma specjalistyczne i popularnonaukowe
oprogramowanie użytkowe (aplikacje).
3 4
1
Architektura a Organizacja systemu komputerowego Warstwy systemu komputerowego
Architektura  odnosi się do tych atrybutów systemu, które są
widzialne dla programisty, czyli inaczej mają bezpośredni wpływ na
Struktura systemu komputerowego jest struktura hierarchiczną i
logiczne wykonywanie programu.
składa się z pięciu zasadniczych warstw tj.:
warstwa sprzętowa,
lista instrukcji, liczba bitów stosowana do reprezentacji danych,
mechanizm I/O, techniki adresowania;
system operacyjny,
czy dostępna jest operacja mnożenia?
programy narzędziowe,
Organizacja  to opis zależności sprzętowych, przedstawienie
programy użytkowe
poszczególnych podzespołów komputera który funkcjonuje według
pewnych zasad, współpracuje ze sobą by osiągnąć określony cel.
użytkownicy.
sygnały sterujące, interfejsy, technologia wykonania pamięci
np. czy mnożenie jest realizowane sprzętowo, czy przez sekwencję
dodawań?
5 6
Warstwy systemu komputerowego Klasyfikacja systemów komputerowych
Sprzęt  zapewnia podstawowe możliwości obliczeniowe (procesor,
Systemy ogólnego przeznaczenia (np. komputery osobiste, stacje
pamięć, urządzenia wejścia/wyjścia)  podstawowe zasoby systemu
komputerowego. robocze)
Oprogramowanie systemowe  kontroluje i koordynuje użycie zasobów
Systemy czasu rzeczywistego (np. systemy sterowania
sprzętowych poprzez różne programy użytkowe dla różnych użytkowników.
procesami przemysłowymi, monitoringu)
Oprogramowanie narzędziowe  wspomaga zarządzanie zasobami
sprzętowymi poprzez dogodne interfejsy użytkowe oraz usprawnia,
Systemy wbudowane (np. mikrokontrolery, zwykle występują bez
modyfikuje oprogramowanie systemowe.
klawiatury, wyświetlacze)
Programy użytkowe  określają sposoby, w jakie zostają użyte zasoby
systemowe do rozwiązywania problemów obliczeniowych zadanych przez
Systemy wielozadaniowe (w systemach tych procesor wykonuje
użytkownika (kompilatory, systemy baz danych, gry, oprogramowanie
na przemian wiele różnych zadań)
biurowe).
Użytkownicy  osoby, maszyny, inne komputery, które mają bezpośredni
kontakt z oprogramowaniem użytkowym.
7 8
2
Funkcje i główne bloki komputera
Klasyfikacja systemów komputerowych
Funkcje
Systemy wielodostępowe (każdy użytkownik współpracujący z
przesyłanie danych
określonym zadaniem pracuje przy osobnym terminalu
przechowywanie danych
wyposażonym w urządzenia wejścia wyjścia)
przetwarzanie danych
Systemy wieloprocesorowe (posiadają kilka współpracujących ze funkcje sterujące
sobą procesorów, systemy równoległe)
Bloki funkcjonalne
pamięć
Systemy rozproszone (zbudowane w oparciu o niejednorodne
jednostki, podsystemy mogą mieć różne przeznaczenie) podsystem I/O
procesor (arytmometr)
procesor (układ sterujący)
9 10
Operacja 2  przechowywanie danych
Operacja 1  przesyłanie danych
Przemiesz- Przemiesz-
czanie czanie
I/O I/O
Sterowanie Sterowanie
Przetwa- Przetwa-
Pamięć Pamięć
rzanie rzanie
11 12
3
Operacja 3  przetwarzanie danych (1) Operacja 4  przetwarzanie danych (2)
Przemiesz- Przemiesz-
czanie czanie
I/O I/O
Sterowanie Sterowanie
Przetwa- Przetwa-
Pamięć Pamięć
rzanie rzanie
13 14
Bloki funkcjonalne komputera Architektury komputerów
Wyróżnia się 5 bloków:
Architektura Harwardzka
Zmodyfikowana architektura Harwardzka
Procesor
Wejście
Architektura SHARC (Super Harvard ARChitecture)
Sterowanie
Architektura von Neumanna
Pamięć
Zmodyfikowana architektura von Neumanna
Arytmometr
Wyjście
15 16
4
Architektura Harwardzka Architektura von Neumanna
o Ścisły podział komputera na 3 podstawowe
o Rozkazy i dane przechowywane są
części: procesor, pamięć i urządzenia wejścia
obszar I/O
w oddzielnych pamięciach.
wyjścia
ADRES 2 obszar I/O
o Organizacja pamięci może być
RAM DANYCH o Program oraz dane umieszczone są we
różna (inne długości słowa danych i
wspólnej pamięci.
DANE 2
rozkazów).
o Nie da się rozróżnić danych o rozkazów
RAM
(instrukcji).
CPU o Komputer posiada 2 magistrale,
CPU
(PROGRAMU
rozkazów oraz danych.
ADRES o Dane nie mają przypisanego znaczenia.
I DANYCH)
ADRES
o Możliwość pracy równoległej  o Pamięć traktowana jest jako liniowa tablica
RAM
komórek, które identyfikowane są przy
jednoczesny odczyt z pamięci
PROGRAMU
DANE 2 pomocy dostarczanego przez procesor
programu oraz pamięci danych,
DANE 2
adresu.
o Stosowana m.in. w
o Procesor ma dostęp do przestrzeni
mikrokontrolerach jednoukładowych.
adresowej, dekodery adresowe zapewniają
mapowanie pamięci na rzeczywiste układy.
17 18
Systemy liczbowe Cyfrowa reprezentacja wartości
W technice komputerowej wykorzystywane są głównie systemy:
System liczbowy  zestaw reguł umożliwiających przedstawienie
dwójkowy,
liczb za pomocą określonych symboli (cyfr) oraz wykonywanie na tych
ósemkowy,
liczbach określonych działań (operacji arytmetycznych).
dziesiątkowy (dziesiętny)
szesnastkowy (heksadecymalny).
pozycyjne systemy liczbowe  znaczenie cyfry (wartość) jest
uzależnione od pozycji, które zajmuje w liczbie (przykład: system
system dwójkowy: {0, 1}
dziesiętny, np. 7744)
system ósemkowy: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7},
system dziesiętny: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9},
niepozycyjne (addytywne) systemy liczbowe  znaczenie cyfry
system szesnastkowy:{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F } 
jest niezależne od zajmowanej pozycji w liczbie (przykład: system
(A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15)
rzymski, np. XVIII ).
19 20
5
Systemy pozycyjne wagowe Systemy pozycyjne wagowe
21 22
System dziesiętny
Pojemność liczby
Maksymalna wartość, jaką można zapisać w danym systemie
liczbowym na m pozycjach całkowitych i n pozycjach ułamkowych.
Cyfry mogą przyjmować dziesięć różnych wartości: 0,1..9
12 = 2*1 + 1*10 = 2*100 + 1*101 + 0*102 + ...
p
Lm = pm -1
012 = 2*100 + 1*101 + 0*102 + ... = 12
p
Lm,n = (pm -1)+(1- p-n)
23 24
6