Wykład 2 Technologie informacyjne
21.10.2008

Budowa i zasady działania komputera
1. Istota przetwarzania danych
2. Podstawowe elementy komputera
3. Realizacja „rozkazu” w komputerze


Procesor
Aby wykonać dowolne zadanie musi otrzymać dane wejściowe oraz algorytm przetwarzania zapisany w postaci programu. Po zakończeniu obliczeń wyniki końcowe przekazywane są na zewnątrz. Do prawidłowego funkcjonowania procesora potrzebne są dodatkowe układy pozwalające na wprowadzanie i wyprowadzenie informacji nazywane układami wejścia/wyjścia. Konieczna jest również pamięć dzięki której możliwe jest przekazywanie programu oraz danych i wyników zarówno końcowych jak i cząstkowych.
procesor, pamięć, układy wejścia/wyjścia, oraz magistrale łączące – te elementy tworzą razem jednostkę centralną zwaną komputerem.

Mikroprocesor
Umożliwia realizację rozkazów programu, wykonywanie prawidłowych w programie operacji arytmetycznych i logicznych, zapisywanie danych do pamięci operacyjnej, jak i ich odczytywanie. Nadzorują również pracę układów wejścia/wyjścia, zadaniem których jest przesyłanie danych między pamięcią operacyjną, a urządzeniami zewnętrznymi komputera. Wszystkie operacje są inicjowane przez procesor, rodzaj tych działań uzależniony jest od ciągu instrukcji dostarczonych do procesora (stanowiącego program).

W pewnym przybliżeniu sprawdza się prawo Moore’a --> wydajność komputerów pojawia się co 18miesięcy.

Analizując wewnętrzną strukturę typowego procesora wyróżniamy:

UKŁAD STEROWANIA
Odpowiedzialny jest za zarządzanie i koordynowanie pracy wszystkich elementów tworzących system komputerowy. Pobiera on instrukcje programu zapisane w pamięci operacyjnej. Następnie interpretuje je oraz wysyła sygnały sterujące pozostałymi podzespołami procesora tak, aby pobrane instrukcje zostały poprawnie wykonane. Generuje odpowiednie sygnały sterujące, układ ten:
-określa rodzaj operacji wykonywanych przez ARYTMOMETR
-steruje pracą wszystkich rejestrów procesora
-steruje przesyłaniem informacji po wewnętrznych magistralach danych
Zadaniem układu sterowania jest również wysyłanie sygnałów sterujących do elementów zewnętrznych (pamięci układów wejścia/wyjścia) określających rodzaj operacji jaką mają one wykonać.

JEDNOSTKA ARYTMETYCZNO-LOGICZNA (ARYTMOMETR)
Realizuje podstawowe działania matematyczne oraz logiczne zgodnie z instrukcjami programu, pobranymi z pamięci operacyjnej i zdekodowanymi przez blok sterowania. Wraz ze współpracującymi rejestrami umożliwia wykonywanie elementarnych operacji arytmetyczno-logicznych. Zbiór tych operacji jest przeważnie uboższy niż zbiór rozkazów arytmetycznych komputera. W jego skład wchodzą najczęściej:
-dodawanie
-odejmowanie
-zwiększanie lub zmniejszanie o 1
-przesuwanie bitów słowa maszynowego w prawo lub w lewo (jest to równoważne z mnożeniem lub dzieleniem słowa przez potęgę liczby 2)
-funkcje logiczne NOT, AND, OR, XOR

LICZNIK ROZKŁADÓW
Jest jednym z najważniejszych rejestrów wchodzących w skład procesora. Układ ten umożliwia wykonywanie instrukcji programu w kolejności ustalonej przez programistę. Jego zawartość wskazuje zawsze na miejsce w pamięci, z którego należy pobrać kolejny rozkaz (druga nazwa: wskaźnik instrukcji).

REJESTR ROZKAZÓW
Służy do przechowywania rozkazu wykonywanego przez układ sterowania. Do rejestru tego są wprowadzane kolejno następujące po sobie rozkazy wykonywanego programu przy czym o kolejności tej decyduje programista. Długość (liczba bitów) rejestru rozkazów jest taka sama, jak długość słowa procesora. Rejestr jest dostępny bezpośrednio dla programisty.

PAMIĘĆ OPERACYJNA
Opis ciągu operacji, które mają zostać wykonane, umieszczony jest w miejscu łatwo i szybko dostępnym dla mikroprocesora. Miejscem takim w systemie komputerowym jest pamięć półprzewodnikowa o dostępie swobodnym (nazywana również pamięcią operacyjną), która dostarcza zarówno kolejne polecenia realizując zadany algorytm, jak i dane stanowiące argumenty dla tych poleceń. Istotną cechą takiej pamięci jest możliwość odczytywania i zapisywania informacji w czasie praktycznie niezależnym od miejsca przechowywania informacji w pamięci.

Podstawowymi parametrami charakteryzującymi układy pamięci komputera są:
-pojemność, która jest liczbą bitów informacji, jaką można zapisać do modułu pamięci i podawana jest najczęściej w bajtach (B), kilobajtach (KB), lub megabajtach (MB)
-czas dostępu, który określa czas, jaki musi upłynąć od momentu podania poprawnego adresu słowa odczytywanego z pamięci do czasu ustalenia wartości tego słowa na wyjściu pamięci do czasu ustalenia wartości tego słowa na wyjściu pamięci.

PAMIĘĆ OPERACYJNA
Zbudowana jest z układów scalonych, które umożliwiają przechowywanie informacji w postaci cyfrowej i charakteryzują się:
-małymi wymianami
-niską ceną
-małym poborem mocy
Pamięć operacyjną wykorzystywana do budowy komputera można podzielić na:
-ROM (ang. Read Only Memory pamięć stała tylko do odczytu)
-RAM (ang. Random Access Memory pamięć o dostępie swobodnym)