Budowa sprzętu komputerowego

Budowa Procesora

LR

A

LR

B

LR

RR

LR

Dekoder

Program jest to ciąg poleceń wydawanych procesorowi i związanych z nimi argumentami dane zwane argumentami mogą znajdować się w : pamięci komputera, samym procesorze a dokładnie w jego rejestrach, mogą być wprowadzane przez operatora w programie.

Po załadowaniu programu do pamięci może on być w dowolnej chwili wywołany przez operatora, wydanie polecenia rozpoczęcia wykonania programu odbywa się przez wymuszenie odczytu I polecenia tego programu. Procesor wysyła w tym celu do pamięci odpowiedni adres i w ten sposób odczytywane są kolejne polecenia. W czasie wykonywania programu procesor odczytuje kolejne rozkazy które następnie rozpoznaje (dekoduje). Po zdekodowaniu rozkazu w zależności od jego treści procesor podejmuje odpowiednią akcję polegającą na wykonaniu odpowiedniej operacji np. odczytu. Rozpatrzmy trzy następujące sytuacje:

• Adres znajduje się w pamięci to dalsza akcja polega na odczytaniu adresu tego argumentu

• Adres umieszczony jest w kodzie programu to odczytywane są kolejne słowa z kodu programu stanowiące ten adres

• Argument znajduje się w rejestrze procesora to rozkaz musi wskazać w którym z rejestrów procesora znajduje się adres

Rozkaz wraz ze wskazaniem miejsca argumentów nazywany jest instrukcją ze wskazaniem miejsca argumentu. Po skompletowaniu całkowitej instrukcji procesor ją wykonuje, a dalej pobiera następny rozkaz i akcja się powtarza.

Opis budowy procesora

Procesor składa się z :

• 4 rejestrów (LR A B RR
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  )

• Dekodera kodu rozkazowego

• Urządzenie arytmetyczno-logiczne ALU

Cykl pracy procesora.

Cykl pracy procesora rozpoczyna się od wysłania do pamięci adresu rozkazu procesora. Adres rozkazu znajduje się w rejestrze LR ( licznik rozkazów) odczytany z pamięci rozkaz przesyłany jest do rejestru RR (rejestr rozkazu) zawartość tego rejestru jest dekodowana i blok ALU zostaje odpowiednio wysterowany do wykonania odpowiedniej operacji. Rozkazy procesora i argumenty tych rozkazów są przedstawione w komputerze w postaci słów binarnych tj. kodowane w zapisie 0 1 jest to ciąg uporządkowanych bitów czyli cyfr dwójkowych 0 1 długość tego ciągu może być różna i zazwyczaj w komputerach jest wielokrotnością liczby 8, czyli od 8 do 64. Słowo ośmiobitowe nazywamy bajtem.

Oprócz programu użytkowego procesor wykonuje równolegle szereg innych programów które służą do koordynacji pracy procesora z innymi jego blokami procesor między innymi przydziela nam odpowiednie urządzenia zewnętrzne, procesor odpowiedzialny jest za zawartość informacji pamięci komputera. Procesor wykonuje program który zapisany jest na stałe w pamięci komputera i nazywa się systemem operacyjnym.

Struktura pamięcio pojemności n-słów

Pamięć jest podzielona na komórki w których przechowywane są pojedyncze słowa 8 bitowa (1 bajt) każda komórka ma swój adres, podanie tego adresu na wejście adresowe pamięci umożliwia nam dostęp do danej komórki w celu odczytania lub zapisania informacji.

W zależności od sygnału O/Z pamięć jest odczytywana lub zapisywana. Pojemność pamięci określamy jako iloczyn liczby słów przez długość słowa.

1. W jednym cyklu pracy pamięci można odczytać lub zapisać tylko jedno słowo 8 bitowe w przypadku pamięci 8 bitowej.

2. Jeżeli długość rozkazu jest większa od słowa 8 bitowego to jest on zapisywany w 2 lub więcej komórkach.

Układy cyfrowe.

Poszczególne bloki komputerowe są zbudowane z układów cyfrowych rozróżniamy kilka układów cyfrowych:

Proste układy o małej skali integracji SSI -zaliczamy do nich bramki i przerzutniki.

Układy o średniej skali integracji MSI - zaliczamy do nich sumatory i rejestry.

Układy wielkiej skali integracji LSI - zaliczamy do nich pamięci i procesory.

Układy o bardzo wielkiej skali integracji VLSI - zaliczamy do nich pamięci i procesory.

Każdy układ cyfrowy można przedstawić za pomocą czarnej skrzynki która posiada odpowiednią ilość wej. I wyj. Sygnały wyj/wej są słowami binarnymi i przyjmują jeden z dwóch wartości. Dla przedstawienia zależności pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi używany jest aparat formalny w postaci logiki Boole'a.

Słowo wejście jest to uporządkowany ciąg wartości wszystkich sygnałów wejściowych.

Słowo wyjście jest to uporządkowany ciąg wartości wszystkich sygnałów wyjściowych.

Układy dzielimy na sekwencyjne i na układy kombinacyjne. Układy kombinacyjne są to takie układy które danemu słowu wejściowemu odpowiada tylko jedno słowo wyjściowe. Układy sekwencyjne są to takie układy gdy dla jednej określonej wartości słowa wejściowego mamy kilka wartości słów wyjściowych.

Podstawowe oznaczenia bramek

NOR NAND Iloczyn SUMA SUMA mod2 NOT

EXOR

NOR - negacja sumy logicznej WYJ=1wszystkie WEJ=0

NAND- negacja iloczynu logicznej WYJ=0wszystkie WEJ=1

ILOCZYN WYJ=1wszystkie WEJ=1

SUMA WYJ=0wszystkie WEJ=0

EXOR WYJ=1wszystkie WEJ są różne

NOT na WYJ jest wartość przeciwna niż na WEJ

Komparatory - są to urządzenia do porównywania, to układy logiczne wskazujące na fakt równości lub nierówności dwóch binarnych słów wyjściowych.

Dekodery - to układy o n wejściowych i 2ⁿ wyjściach, przekształcają one słowo wyjściowe w kodzie NKB (naturalny kod binarny) na słowo w kodzie z zakresu 1- 2ⁿ. Każdej kombinacji bitów wyjściowych jest przypisana jedna pozycja słowa wyjściowego.

Dekoder III wejściowy

3 2³

E

Jeżeli E=0 to działanie układu zostaje zablokowane ,układ jest dezaktywowany wówczas na wyjściu mamy tylko 0

Multiplekser -dokonuje wyboru jednego z wielu wejść i skierowania informacji z tego wejścia na wyjście

Demultiplekser - dokonuje on wyboru jednego z wielu wyjść na które skierowuje informacje z wejścia

Układy sekwncyjne dzielimy na synchroniczne na asynchroniczne. Układy synchroniczne zmieniają swój stan i stan swoich wyjść tylko w określonych chwilach zadawanych przez generator zwany zegarem.

Układy asynchroniczne zmieniają swój stan oraz stan swoich wyjść w czasie zmiany sygnałów wyjściowych.

Di

Rejestry są to układy składające się z przewodników, przy czym każdy z tych przerzutnikach wykonuje podobne funkcje i zostaje podobnie wysterowany. Rejestr składa się z 4 wejść informacyjnych oraz wejść sterujących :

Wejście zegarowe

Wejście zerujące

Wejście ustawiające - pisuje do wszystkich przerzutników wartość 1

Zapis nowej wartości informacyjnej dokonywany jest przez wejścia Di synchronicznie z zegarem po podaniu na wejście sygnału Di i po przejściu impulsu zegarowego słowo to zostaje zapamiętywane w rejestrze i wartość tego słowa pojawi się na wyjściu Qi .

Przesyłanie informacji pomiędzy blokami procesora odbywa się poprzez połączenia nazywane magistralą bądź szyną. Wyróżniamy trzy grupy linii:

1. Linia danych tworzy tzw. szynę danych i liczba linii równa długości słowa danego procesora 8-64

2. Linia adresowe tworzą szynę adresową liczby tych linii zależy od pamięci współpracującej z procesorem, liczby tych linii wynosi od 20-32 jeśli liczby tych linii jest to 20 to można zaadresować 2²⁰ komórek pamięci

3. Linia sterująca tworzy szynę sterującą jest ich od kilku do kilkudziesięciu.

wykład 3 Informatyka

1

Procesor

Pamięć

Urządzenie zewnętrzne

ALU

Wynik operacji

Sygnał sterujący

Adres pamięci

0

1

2

3

n-3

n-2

n-1

Pamięć

wej

O/Z

Adres

wyj

E - dodatkowe wejście

wejście dostępu

Rejstr

ZEG

ZER

UST

Qi

---