Technologie Informacyjne

Transkrypt

1 Mikroproceor Szkoła Główna Służby Pożarniczej Zakład Informatyki i Łączności November 7, 2016

2 1 Model von Neumanna 2 ALU 3 CPU 4 Cykl rozkazów 5 Kodowanie rozkazów 6 Programowanie 7 Mikroproceor

3 Programowanie wczenych komputerów Programowanie wczenych komputerów (np. ENIAC) polegało na fizycznym przełączaniu przewodów. Pamięć była wykorzytywana tylko do przechowywania danych przetwarzanych przez program.

4 Komputer według Johna Von Neumanna Obecne komputery realizują model zaproponowany przez Johna Von Neumanna w 1946 r.: - Proceor (Central Proceing Unit CPU) wykonuje program zbudowany ze kończonej, zdefiniowanej dla danej architektury lity rozkazów. - Program oraz dane ą przechowywane w pamięci. John von Neumann ( ) inżynier chemik, fizyk, matematyk i informatyk

5 Elementy ytemu mikroproceorowego Pamięć Mikroproceor Układy Wejścia-Wyjścia We/Wy magitrala terująca magitrala adreowa magitrala danych

6 Magitrale Wzytkie moduły ą połączone za pośrednictwem magitral, które łużą do przeyłania: - danych, - adreów, - ygnałów terujących Szyna główna magitrala terująca magitrala adreowa magitrala danych

7 Schemat blokowy komputera Układy We/wy Mikroproceor Pamięć Układ terowania Program ALU Rejetry Dane Dane Sterowanie

8 Arithmetic Logic Unit ALU

9 Rejetry przeuwające R IN CI R0 R1 8 bit in SHR 8 bit out CO OUT L OUT CO R0 R1 8 bit in SHL 8 bit out CI IN

10 EXOR a b równe a więkze a b y a b y a b y równe a więkze

11 ALU a b OR AND NOT EXOR E E E E a więkze równe Z zero y a b ci op ALU y co a więkze równe zero ci SHR SHL ADD E E E co 000 ADD Dodaj 001 SHR Przeuń w prawo 010 SHL Przeuń w lewo 011 NOT Zaprzeczenie 100 AND Iloczyn 101 OR Suma 110 XOR Excluive or 111 CMP Porównaj op 3x8

12 CPU MAR TMP R0 R1 R2 R3 e e e e bu 1 A B ALU op co a> eq z CU Układ terowania RAM ACC e e źródło: na podtawie [1]

13 Zegar Clock clk clk d clk clk d clk e clk Clock clk clk e clk

14 Stepper clk Stepper reet krok 1 krok 2 krok 3 krok 4 krok 5 krok 6 krok 7 clk krok 1 krok 2 krok 3 krok 4 krok 5 krok 6 krok 7 źródło: na podtawie [1]

15 CU clk Clock clk clk e reet Stepper bu1 RAM ACC R0 R1 R2 R3 do ALU MAR ACC RAM TMP R0 R1 R2 R3 źródło: na podtawie [1]

16 CU clk Clock clk clk e reet Stepper bu1 RAM ACC R0 R1 R2 R3 do ALU MAR ACC RAM TMP R0 R1 R2 R3 źródło: na podtawie [1]

17 CPU MAR TMP R0 R1 R2 R3 e e e e bu 1 A B ALU op co a> eq z CU Układ terowania RAM ACC e IAR e IR e źródło: na podtawie [1]

18 Cykl rozkazowy mikroproceora Pobierz rozkaz Zwiękz licznik rozkazów Faza pobrania Zdekoduj rozkaz Wykonaj rozkaz Faza wykonania

19 CU clk Clock clk clk e reet Stepper bu1 IAR RAM ACC IR MAR IAR ACC do ALU IR źródło: na podtawie [1]

20 Cykl rozkazów ALU ACC bu1 1 IAR 1 IR MAR ALU bu1 2 MAR ACC IAR IR ALU bu1 3 MAR ACC IAR IR

21 Kodowanie rozkazów - ALU 2 8 =256 rozkazów Intrukcja ALU Operacja ADD SHL SHR NOT AND OR XOR CMP Rejetr A 00 - REG REG REG REG 3 Rejetr B 00 - REG REG REG REG 3 ADD REG1 REG Rejetr Intrukcji

22 Kodowanie rozkazów - inne Intrukcja ŁADUJ/ZAPISZ Rejetr A 00 - REG REG REG REG 3 LD REG1 REG ŁADUJ 1 - ZAPISZ Rejetr B 00 - REG REG REG REG Rejetr Intrukcji

23 CU clk Clock clk clk e reet Stepper bu1 IR IAR RAM ACC do ALU Układ kombinacyjny MAR IAR ACC IR źródło: na podtawie [1]

24 CPU MAR TMP R0 R1 R2 R3 e e e e bu 1 A B ALU op C A E Z Flagi CU Układ terowania RAM ACC e IAR e IR e źródło: na podtawie [1]

25 Ta, daa!

26 Program krok po kroku Ale jak to działa?

27 Programowanie Język wyokiego poziomu Kod Aemblera Kod mazynowy (C, Java, Pacal, Perl,...) #include <tdio.h> main() { int a, b, c; a=1; b=2; c=a+b; if(c<10) { printf("c mniejze od 10\n"); } } Kompilator.file "helo.c".ection.rodata.lc0:.tring "c mniejze od 10\n".text.globl main.type main: puhl %ebp movl %ep, %ebp ubl $24, %ep andl $-16, %ep movl $0, %eax ubl %eax, %ep movl $1, -4(%ebp) movl $2, -8(%ebp) movl -8(%ebp), %eax addl -4(%ebp), %eax movl %eax, -12(%ebp) cmpl $9, -12(%ebp) jg.l2 ubl $12, %ep puhl $.LC0 call printf addl $16, %ep.l2: leave ret.ize main,.-main Aembler

28 Microproceor Zawarcie wzytkich podzepołów wchodzących w kład CPU w jednym chipie dało początek ery mikroproceorów. Pierwzy komercyjny mikroproceor o nazwie Intel 4004 zaprojektowany zotał przez Federico Faggina w 1971 roku. Parametry: - zegar 108 khz - 0,09 MIPS - zyna danych 4 bity - ilość tranzytorów 2 300, - wymiar technologiczny 10 mikronów - pamięć adreowalna 640 bajtów - pamięć programu 4 kilobajty używany w kalkulatorach Buicom Pierwzym na świecie proceorem był ściśle tajny "chip" F14 CADC używany w amolocie Grumman F-14 Tomcat. Informacja ta zotała podana do publicznej wiadomości w 1998 roku

29 Federico Faggin Zawarcie wzytkich podzepołów wchodzących w W 1970 wpólnie z trzema innymi inżynierami kład CPU w jednym chipie dało (Marcianem początek Hoffem, ery Stanleyem Mazorem i mikroproceorów. Maatohim Shimą) opracował pierwzy 4-bitowy mikroproceor, Intel Wpółtworzył także pierwzy proceor 8-bitowy, Intel 8008 Faggin opuścił Intel aby założyć firmę Zilog, producenta Z80. Federico Faggin (ur r.) włoki fizyk, pecjalita inżynierii elektrycznej, uważany za jednego z twórców mikroproceora.

30 Mikrokontroler AVR WE/WY TIMER Pobierz rozkaz MAGISTRALA DANYCH Zwiękz licznik rozkazów EEPROM FLASH AVR CPU RAM Zdekoduj rozkaz Wykonaj rozkaz Pośrednie i bezpośrednie adreowanie

31