ORGANIZACJA KOMPUTERÓW: Część opisu komputera dotycząca projektanta sprzętu komputerowego. Dostarcza dla architektury elementów wykonawczych.

Przykłady elementów organizacji komputerów:

-budowa bloków funkcjonalnych komputera

- sposób połączeń bloków

- zasada działania bloków funkcjonalnych

- technologia wykonania
Podstawy działania układów cyfrowych

-zmienne i operacje logiczne

-aksjomaty algebry Boole’a

-opis działania układu kombinacyjnego

-układy kombinacyjne, a sekwencyjne

-układy synchroniczne i asynchroniczne

-przykłady układów stosowanych
w technice komputerowej

opis układów sekwencyjnych:

-opis słowny

-ciągi zero-jedynkowe

-wykres czasowy

-graf układu

-tablice przejść i wyjść

układ synchroniczny

-wprowadzają przedział czasowy, zwany taktem

-ciąg wejściowy 110011 zostanie odebrany jako ciąg 110011 przy odpowiednim taktowaniu

układ asynchroniczny

-sygnał na wejściu jest uważany za jeden sygnał do czasu jego zmiany

-ciąg wejściowy 110011 zostanie odebrany jako 101

przerzutnik RS

Przerzutnik d

Przerzutnik J-K

Projektowanie układów logicznych
Podstawy architektury komputera

-realizacja układu kombinacyjnego

-realizacja układu sekwencyjnego

-system komputerowy, a specjalizowany system cyfrowy

-architektura systemu komputerowego

-bloki funkcjonalne komputera – ich architektura i organizacja

Realizacja układu kombinacyjnego

-opis układu

-tablica prawdy

-minimalizacja funkcji układu metodą tablic Kanaugha

-realizacja układowa układu kombinacyjnego

Realizacja układu sekwencyjnego asynchronicznego

-podstawowe przerzutniki

-opis układu

-realizacja układu przy użyciu przerzutnika J-K

KOMPUTER:

-system cyfrowy, który działa na podstawie programu (zbioru rozkazów) zapisanego w pamięci

-składa się z:

-procesora (CPU)

-pamięci (PAO)

-magistrali (podsystem komunikacyjny)

-podsystem wejścia-wyjścia

-urządzenia wejścia-wyjścia

Procesor – zaawansowany technologicznie układ elektroniczny, najczęściej cyfrowy, działający w oparciu o program (zbiór rozkazów) zapisany w pamięci głównej komputera składa się z :

-zbiór rejestrów

-sterowanie

-jednostka arytmetyczno-logiczna

-wejście-wyjście

-magistrala wewnętrzna

SYSTEMY:

-system operacyjny

-system komputerowy

-system informatyczny

-system informacyjny

SYSTEM:

-Cel

-Zbiór elementów

-Zbiór relacji między elementami

SYSTEM OPERACYJNY:

-oprogramowanie zarządzające sprzętem

-środowisko do uruchamiania i kontroli programów

-oprogramowanie do komunikacji między użytkownikiem a sprzętem

-zawiera pewne zasoby do wykorzystania przez użytkownika
i programy (np. system plików

SYSTEM KOMPUTEROWY:

-sprzęt komputerowy

-oprogramowanie systemowe

-system operacyjny

-sterowniki urządzeń

SYSTEM INFORMATYCZNY:

-system komputerowy

-oprogramowanie użytkowe

SYSTEM INFORMACYJNY:

-wytwarzający

-przetwarzający

-przechowujący

-przesyłający informację

KOMPUTER:

-urządzenie elektroniczne

-służy do wprowadzania, przechowywania, przetwarzania i wyprowadzania informacji

-działa w oparciu o przechowywany w pamięci program, który określa kolejność wykonywania rozkazów (instrukcji) w celu realizacji określonego zadania

Model von Neumann’a

-wspólna pamięć do przechowywania zarówno instrukcji jak i danych

-pamięć jednowymiarowa, złożona z kolejno ponumerowanych komórek o jednakowej wielkości

-brak jawnego rozróżniania instrukcji i danych

-brak jawnej specyfikacji typów danych

-praca sekwencyjna – przed zainicjowaniem realizacji kolejnej instrukcji musi być zakończone wykonywanie instrukcji bieżącej; kolejność wykonywania instrukcji określona jest w sposób jawny, każda instrukcja określa adres kolejnej instrukcji

Jacek Rafał Karpiński :

-projektant mikrokomputera K-202

-16-bitowy mikrokomputer (1970-73)

-(1 mln operacji na sekundę)

-umożliwiał wielozadaniowość, wielodostępność, wieloprocesorowość

Architektura i organizacja komputera. ISA.:

-schemat blokowy

-rejestry

-ALU

-sterowanie

-cykl rozkazowy

-lista rozkazów

-formaty rozkazów

-tryby adresowania

ALU:

-blok funkcjonalny procesora

-wykonuje obliczenia na:

--liczbach stałoprzecinkowych

--liczbach zmiennoprzecinkowych

STEROWANIE:

-blok funkcjonalny procesora

-generuje sygnały sterujące na podstawie kodu rozkazu, które:

--otwierają/zamykają drogi przesyłania informacji w procesorze

--włączają/wyłączają bloki procesora

--są wysyłane w określonych chwilach i określonej kolejności

CYKL ROZKAZOWY:

-blok funkcjonalny procesora

-generuje sygnały sterujące na podstawie kodu rozkazu, które:

--otwierają/zamykają drogi przesyłania informacji w procesorze

--włączają/wyłączają bloki procesora

--są wysyłane w określonych chwilach i określonej kolejności

FAZY CYKLU ROZKAZOWEGO:

-pobranie rozkazu

-dekodowanie rozkazu

-wyznaczenie adresu następnego rozkazu

-wyznaczenie adresu argumentów

-wykonanie rozkazu

-zapisanie wyników

-sprawdzenie (i ewentualnie wykonanie programu) przerwania

-i od początku

ISA:

-architektura oparta na liście rozkazów

-Instruction Set Architecture

ELEMENTY ISA:

-rozkazy

-rejestry

-pamięć

-typy danych

-tryby adresowania

-konwencja korzystania z usług systemowych i z wejścia-wyjścia

ROZKAZY:

-grupy rozkazów

-formaty rozkazów

-konwencje stosowania przyrostków i przedrostków

GRUPY ROZKAZÓW:

-arytmetyczne

-logiczne

-przesłań

-przesunięć

-skoków i rozgałęzień

-LOAD-STORE

-specjalne

format rozkazu – logiczny podział ciągu binarnego zinterpretowanego jako rozkaz na pola bitowe
i przypisanie tym polom określonych funkcji

REJESTRY:

-ogólnego przeznaczenia

-dla liczb w formacie IEEE 754

-adresowe

-sterujące

-specjalne

PAMIĘĆ:

-wymiary pamięci:

--jednowymiarowa, dwuwymiarowa …

-szerokość dostępu do pamięci (minimalna jednostka alokacji, wielokrotności jednostek alokacji)

-zasady adresowanie danych o różnej długości

--big endian, little endian

TYPY DANYCH:

-liczbowe

--liczby stałoprzecinkowe

--liczby zmniennoprzecinkowe

---liczby BCD

--nieliczbowe

---kody ASCII, kody UTF

---inne

TRYBY ADRESOWANIA:

-natychmiastowe-W formacie rozkazu jest pole, które zawiera argument

-bezpośrednie-W formacie rozkazu jest pole, które zawiera adres komórki pamięci
głównej, w której znajduje się argument

-pośrednie-W formacie rozkazu jest pole, które zawiera adres komórki pamięci
głównej, w której znajduje się adres takiej komórki pamięci głównej,
która zawiera argument

-rejestrowe-W formacie rozkazu jest pole, które zawiera numer rejestru,
w którym zapisany jest argument

-rejestrowe-pośrednie

-z przesunięciem

-bazowe

-indeksowe

-stosowe

-deskryptorowe

Konwencja korzystania z usług systemowych i z wejścia-wyjścia:

-przerwania

-wyjątki

-odwoływanie się do wejścia-wyjścia za pomocą rozkazów

-mapowanie adresów wejścia-wyjścia w wydzielonym obszarze pamięci operacyjnej

Realizacja sterowania centralnego procesora:

-Funkcje sterowania

-Sterowanie sprzętowe

-Mikroprogramowanie

Funkcje sterowania

-Rozpatrywane niskopoziomowo zapewnia generowanie sygnałów sterujących:

--otwierających i zamykających drogi przesyłania informacji między blokami (elementami) procesora

--w określonych chwilach czasowych

--w określonej kolejności

-Rozpatrywane z wysokiego poziomu zapewnia realizację cyklu rozkazowego procesora:

--pobieranie rozkazów

--wykonywanie rozkazów

Rejestry i struktury związane ze sterowaniem:

-rejestr rozkazu (RR, IR)

-rejestr licznika rozkazów (LR, PC, IP)

-rejestr buforowy pamięci (MBR, RBP)

-rejestr adresowy pamięci (MAR, RAP)

-stos

REJESTR ROZKAZU:

-przechowuje kod rozkazu

-po zdekodowaniu zawartości rejestru rozkazów sterowanie generuje odpowiednie sygnały sterujące

LICZNIK ROZKAZÓW:

-rejestr, którego zawartością jest adres następnego rozkazu do wykonania (adres komórki pamięci, w której zapisany jest kod ciąg binarny, który po załadowaniu do rejestry rozkazów będzie zdekodowany i wykonany)

REJESTR BUFOROWY PAMIĘCI:

-zawartość tego rejestru jest:

--przy operacji odczytu z pamięci - daną pobraną z komórki pamięci o adresie wskazywanym przez rejestr adresowy pamięci

--przy operacji zapisu do pamięci - daną do zapisania do komórki pamięci
o adresie wskazywanym przez rejestr adresowy pamięci

REJESTR ADRESOWY PAMIĘCI:

-zawartość tego rejestru:

--przechowuje adres komórki do której procesor realizuje dostęp:

---zapis (dana do zapisu jest w rejestrze buforowym pamięci)

---odczyt (dana po zakończeniu operacji odczytu będzie w rejestrze buforowym pamięci)

Fazy cyklu rozkazowego:

-pobranie rozkazu

-zdekodowanie rozkazu

-wyznaczenie adresu kolejnego rozkazu do wykonania

-pobranie argumentów

-wykonanie rozkazu

-zapisanie wyników

-wykonanie programu przerwania (o ile zostało wygenerowane)

REAALIZACJA STEROWANIA:

-sterowanie sprzętowe

-mikroprogramowanie

MIKROPROGRAMOWANIE:

-rozkaz = mikroprogram

-mikroprogram składa się
z mikrorozkazów

-mikrorozkaz – ciąg mikrooperacji wykonywanych w czasie jednego cyklu (nie mylić z cyklem rozkazowym)

-cykl składa się z taktów

-mikrooperacja to niepodzielna atomowa operacja jaką procesor może wykonać w jednym takcie, bądź kilku taktach

-jedna komórka pamięci (wiersz) stanowi mikrorozkaz (stąd czas wykonania jednego mikrorozkazu to cykl)

IDEA:

-technika realizacji sterowania centralnego na poziomie niższym niż poziom języka assemblera

-każdy rozkaz jest realizowany jako ciąg mikrooperacji zgrupowanych w mikrorozkazy

-ciąg mikrorozkazów tworzy mikroprogram, który stanowi realizację rozkazu z listy rozkazów procesora

-mikrooperacja – atomowa, niepodzielna operacja typu prześlij, dodaj, porównaj …

mikroprogramy są zapisane w pamięci sterującej zwanej też pamięcią stałą, czy pamięcią mikroprogramu

-mikroprogramy wszystkich rozkazów są zapisane w pamięci sterującej

mikroprogramowanie:

-poziome

-pionowe

-hybryda (poziomo-pionowe, pionowo-poziome)

Pamięci. Układy i operacje we-wy:

-Klasyfikacja, hierarchia pamięci

-Parametry pamięci

-Organizacja i architektura systemów pamięci

-Pamięci dynamiczne i statyczne

-Pamięci ROM

-Układy i operacje we-wy

KLASYFIKACJE:

-Ze względu na sposób dostępu do danych

-Ze względu na ulotność przechowywanych danych

-Ze względu na materiał z jakiego zostały wykonane

-…

SPOSÓB DOSTĘPU DO DANYCH:

-Swobodny dostęp

-Szeregowy dostęp

-Cykliczny dostęp

-Asocjacyjny dostęp (skojarzeniowy)

-Stos

PARAMETRY:

-Czas dostępu

-Czas cyklu

-Czas regeneracji

-Czas odświeżania

Operacje i układy we-wy:

-Transmisja programowa (PIO)

-Transmisja DMA

AGENDA:

-ogólny model modułu wejścia-wyjścia

-model urządzenia zewnętrznego

-techniki realizacji wejścia-wyjścia

-przegląd popularnych interfejsów we-wy