komputer_12.pdf

(178 KB) Pobierz

Komputer jako czarna skrzynka

Wej ś cie

Wyj ś cie

(Dane)

(Wyniki)

Program

JAK DZIAŁA KOMPUTER ?

EB

II PWr

1

EB

II PWr

2

Schemat blokowy komputera

Schemat blokowy komputera

Procesor – przetwarzanie danych i sterowanie pracą pozostałych układów.

Procesor przetwarza dane wykonując na nich elementarne operacje

zwane rozkazami (instrukcjami).

CPU

MEM

WE/WY

ROM

RAM

Pami ęć – przechowywanie danych, programu i wyników.

RAM (ang. Random Access Memory) – pamięć operacyjna, ulotna.

DB

AB

AB

ROM (ang. Read Only Memory) – pamięć nieulotna, pamiętanie progra-

mów startowych (BIOS).

CB

Układy wej ś cia/wyj ś cia – pośredniczą w wymianie informacji pomiędzy

procesorem i pamięcią a urządzeniami zewnętrznymi (peryferyjnymi).

CPU – centralna jednostka przetwarzająca (procesor) DB – magistrala danych

MEM – pamięć (wewnętrzna)

AB – magistrala adresowa

WyŜej wymienione bloki wymieniają informację i współpracują ze sobą

za pośrednictwem magistrali .

WE/WY – układy wejścia/wyjścia

CB – magistrala sterująca

EB

II PWr

3

EB

II PWr

4

1049372086.106.png

1049372086.117.png

1049372086.128.png

1049372086.139.png

1049372086.001.png

1049372086.010.png

1049372086.020.png

1049372086.030.png

1049372086.040.png

1049372086.051.png

1049372086.062.png

1049372086.063.png

1049372086.064.png

1049372086.065.png

1049372086.066.png

1049372086.067.png

1049372086.068.png

1049372086.069.png

1049372086.070.png

1049372086.071.png

1049372086.072.png

1049372086.073.png

1049372086.074.png

1049372086.075.png

1049372086.076.png

1049372086.077.png

1049372086.078.png

Schemat blokowy komputera

Układy cyfrowe

Magistrala – zestaw linii oraz układów przełączających, łączących dwa lub

więcej układów mogących być nadajnikami lub odbiornikami informacji.

Poszczególne bloki komputera są budowane z układów cyfrowych zwanych

takŜe układami logicznymi .

Na

Układy cyfrowe są zbudowane z elementów elektronicznych: tranzystory, diody.

Są one wytworzone wewnątrz lub na powierzchni wspólnego podłoŜa i tworzą

tzw. układ scalony.

Od

Od

Magistrala danych – przesyłanie danych, wyników i kodów instrukcji.

Magistrala adresowa – przesyłane są adresy komórek pamięci lub układów wej/wyj

Magistrala steruj ą ca – sterowanie pracą układów współpracujących z procesorem.

Szeroko ść magistrali – liczba bitów danych przesyłanych równolegle.

Typowe szerokości: 8, 16, 32, 64 bity.

Szybko ść magistrali: od 5 MHz do kilkuset MHz (533 MHz)

EB

II PWr

5

EB

II PWr

6

Układy cyfrowe

Układy cyfrowe

Układ cyfrowy moŜna przedstawić jako blok z określoną liczbą wejść i wyjść.

Sygnały wejściowe i wyjściowe są sygnałami binarnymi i tworzą słowa:

wejściowe i wyjściowe.

WE J

W zaleŜności od liczby elementów w pojedynczej strukturze (stopień upakowania)

rozróŜnia się układy scalone:

WYJ

• małej skali integracji (SSI) - do kilkudziesięciu elementów (wczesne 1960)

• ś redniej skali integracji (MSI) - setki elementów (późne 1960)

• wielkiej skali integracji (LSI) – dziesiątki tysięcy elementów (środek 1970)

• wielkiej skali integracji (LSI) – dziesiątki tysięcy elementów (środek 1970)

• bardzo wielkiej skali integracji (VLSI) – setki tysięcy elementów (1980-te)

• ultra wielkiej skali integracji (ULSI) – miliony elementów

1 0 1 1 0

EB

II PWr

7

EB

II PWr

8

1049372086.079.png

1049372086.080.png

1049372086.081.png

1049372086.082.png

1049372086.083.png

1049372086.084.png

1049372086.085.png

1049372086.086.png

1049372086.087.png

1049372086.088.png

1049372086.089.png

1049372086.090.png

1049372086.091.png

1049372086.092.png

1049372086.093.png

1049372086.094.png

1049372086.095.png

1049372086.096.png

1049372086.097.png

1049372086.098.png

1049372086.099.png

1049372086.100.png

1049372086.101.png

1049372086.102.png

1049372086.103.png

1049372086.104.png

1049372086.105.png

1049372086.107.png

1049372086.108.png

1049372086.109.png

1049372086.110.png

1049372086.111.png

1049372086.112.png

1049372086.113.png

1049372086.114.png

1049372086.115.png

1049372086.116.png

1049372086.118.png

1049372086.119.png

1049372086.120.png

1049372086.121.png

1049372086.122.png

1049372086.123.png

1049372086.124.png

1049372086.125.png

1049372086.126.png

1049372086.127.png

1049372086.129.png

1049372086.130.png

1049372086.131.png

1049372086.132.png

Układy cyfrowe

Elementy procesora

Podstawowe układy cyfrowe:

• bramki – realizują proste funkcje logiczne: sumę, iloczyn, negację

• przerzutniki - układ cyfrowy pozwalający zapamiętać 1 bit informacji.

Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU, ang. Arithmetic-Logic Unit) – uniwersalny

układ cyfrowy przeznaczony do wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych.

Argument A

ALU

Proste układy cyfrowe są cegiełkami , z których są budowane układy złoŜone:

• rejestry – mała bardzo szybka pamięć

Wynik

Argument B

• liczniki – do zliczania

• liczniki – do zliczania

• sumatory – do wykonywania operacji na danych

• komparatory – do porównywania

Sygnały sterujące

Do zestawu operacji wykonywanych przez ALU naleŜą:

- dodawanie i odejmowanie arytmetyczne

- przesuwanie bitów słowa w prawo i w lewo

- porównywanie wartości dwóch słów

- operacje logiczne (suma, iloczyn, negacja)

• dekodery – do dekodowania danych

• konwertery – do wykonywania konwersji

EB

II PWr

9

EB

II PWr

10

Elementy procesora

Elementy procesora

Dekoder – układ cyfrowy, który tłumaczy rozkazy na postać, jaka moŜe być

przekazana do układu sterowania celem wykonania.

Rejestr - układ cyfrowy przeznaczony do krótkoterminowego przechowywania

niewielkich ilości informacji.

Jednostka steruj ą ca – steruje pracą poszczególnych komponentów procesora.

Na podstawie instrukcji pobieranych z dekodera mówi jednostce arytmetyczno-

logicznej co i kiedy ma być wykonywane.

TakŜe koordynuje pracę innych elementów komputera.

Część rejestrów jest dostępnych dla uŜytkownika (rejestry dostępne programowo),

inne są niedostępne i słuŜą do specjalnych celów. Np.

- rejestr rozkazów – słuŜy do pamiętania rozkazu

TakŜe koordynuje pracę innych elementów komputera.

- rejestr rozkazów – słuŜy do pamiętania rozkazu

- licznik rozkazów – słuŜy do pamiętania adresu rozkazu, jaki ma być wykonany.

Pami ęć wewn ę trzna cache – bardzo szybka pamięć podręczna.

SłuŜy do przechowywania najczęściej wykorzystywanych rozkazów i danych.

Rejestry stanowią najszybszy rodzaj pami ę ci , będącej częścią procesora, z którą

kontakt odbywa się z pełną szybkością określoną przez zegar systemowy.

EB

II PWr

11

EB

II PWr

12

1049372086.133.png

1049372086.134.png

1049372086.135.png

1049372086.136.png

1049372086.137.png

1049372086.138.png

Schemat blokowy procesora

RAM

Rejestry

A

F

ALU

Wyniki

Dane

B

C

D

E

Cache

H

L

DANE

Program

Program

Zewn. sygnały sterujące

Zewn. sygnały sterujące

DANE

Układ

sterowania

IR

Dek

PROCESOR

PROGRAM

IR – rejestr rozkazów

Dek – dekoder

ALU – jednostka arytmetyczno-logiczna

EB

II PWr

13

Rozkazy procesora

Rozkazy procesora

Rozkaz – polecenie wykonywane przez procesor komputera.

Program

Instrukcje u Ŝ ytkownika

Kod operacji

Argumenty(adresy)

Konwersja na j ę zyk

maszynowy

• rozkazy arytmetyczne

• rozkazy logiczne

Rozkazy maszynowe

Przykłady:

• rozkazy operacji na bitach

Konwersja na

mikrokod

DODAJ A 25

DODAJ A 25

POMNÓś A B C

mikrokod

• rozkazy sterowania

• rozkazy we/wy

Rozkazy mikrokodowe

Poszczególne procesory charakteryzują się zestawem rozkazów, jakie mogą wyko-

nywać. Zestaw taki tworzy tzw. list ę rozkazów danego procesora.

Lista moŜe zawierać od kilkudziesięciu do paruset rozkazów.

EB

II PWr

15

EB

II PWr

16

1049372086.140.png

1049372086.141.png

1049372086.142.png

1049372086.143.png

1049372086.144.png

1049372086.145.png

1049372086.146.png

1049372086.147.png

1049372086.148.png

1049372086.002.png

1049372086.003.png

1049372086.004.png

1049372086.005.png

1049372086.006.png

1049372086.007.png

1049372086.008.png

1049372086.009.png

1049372086.011.png

1049372086.012.png

1049372086.013.png

1049372086.014.png

1049372086.015.png

1049372086.016.png

Zegar systemowy

Cykl maszynowy

Zegar systemowy wyznacza tzw. cykl maszynowy , w czasie którego procesor

wykonuje część lub cały rozkaz.

Praca komputera jest synchronizowana zegarem systemowym (wbudowanym na

płycie głównej).

Cykl maszynowy składa się z 4 operacji rozdzielonych na dwa etapy:

• Etap pobrania rozkazu

1. Pobranie rozkazu do pamięci wewnętrznej procesora

2. Dekodowanie rozkazu

cykl

Liczba cykli na sekundę jest mierzona w Hz.

Liczba cykli na sekundę jest mierzona w Hz.

1 MHz = 10 6 Hz,

1GHz = 10 9 Hz

Pierwsze mikroprocesory: ok. 5 MHz

Aktualnie: > 3 GHz

• Etap wykonania rozkazu

3. Wykonanie rozkazu przez ALU

4. Przesłanie wyniku do rejestru lub pamięci

Wiele rozkazów moŜe wymagać więcej cykli maszynowych. Np. rozkaz pobrania

z pamięci 2 liczb, obliczenia ich sumy i zapisania wyniku do pamięci wymaga 4

cykli maszynowych.

W czasie kaŜdego cyklu wykonywana jest pewna liczba rozkazów elementarnych.

Im szybszy zegar , tym wi ę cej rozkazów będzie wykonanych w jednostce czasu.

EB

II PWr

17

EB

II PWr

18

Przepływ informacji w cyklu rozkazowym

Cykl pracy procesora

Adres rozkazu

Licznik rozkazów

1

Pobranie

rozkazu

Rozkaz

Rejestr rozkazów

Rejestry

KOD

AR1

AR2

W

2

4

Dekodowanie

rozkazu

Przeslani

e wyniku

e wyniku

rozkazu

Adres argumentu

Arg ument 1

A rgume nt 2

3

Wykonanie

rozkazu

Kod

operacji

ALU

ALU

Wynik

Pami ęć operacyjna

EB

II PWr

19

EB

II PWr

20

1049372086.017.png

1049372086.018.png

1049372086.019.png

1049372086.021.png

1049372086.022.png

1049372086.023.png

1049372086.024.png

1049372086.025.png

1049372086.026.png

1049372086.027.png

1049372086.028.png

1049372086.029.png

1049372086.031.png

1049372086.032.png

1049372086.033.png

1049372086.034.png

1049372086.035.png

1049372086.036.png

1049372086.037.png

1049372086.038.png

1049372086.039.png

1049372086.041.png

1049372086.042.png

1049372086.043.png

1049372086.044.png

1049372086.045.png

1049372086.046.png

1049372086.047.png

1049372086.048.png

1049372086.049.png

1049372086.050.png

1049372086.052.png

1049372086.053.png

1049372086.054.png

1049372086.055.png

1049372086.056.png

1049372086.057.png

1049372086.058.png

1049372086.059.png

1049372086.060.png

1049372086.061.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin