Wstęp do informatyki. Architektura co to jest? Architektura Model komputera. Od układów logicznych do CPU. Automat skończony. Maszyny Turinga (1936)

Transkrypt

1 Wstęp doinformatyki Architektura co to jest? Architektura Model komputera Dr inż Ignacy Pardyka Slajd 1 Slajd 2 Od układów logicznych do CPU Automat skończony Slajd 3 Slajd 4 Ile jest automatów skończonych? Maszyny Turinga (1936) Alan Turing, ( ) skończona liczba stanów w danej chwili w jednym stanie wkażdym stanie instrukcje dla maszyny do wykonania po przeczytaniu symbolu sterującego decyzja, który stan następny Slajd 5 Slajd 6 1

2 Maszyna Turinga przykład 1 Maszyna Turinga - przykład 2 Dwa stany: 0 i 1 jeśli jest w stanie 0 i przeczyta A, przesuwa głowicę na prawo i wraca do stanu 0 jeśli jest w stanie 0 i przeczyta B, zmienia symbol na A i przechodzi do stanu 1 Maszyna czyta ciąg symboliaib, zatrzymując się po przeczytaniu sekwencji BA Tuzatrzymasię na4symboluod lewej Stan 0: jeszcze nie przeczytano B Stan 1: przeczytano przynajmniej jedno B Slajd 7 Slajd 8 Maszyna Turinga - przykład 3 Maszyna Turinga - przykład obliczania funkcji Ackermana Stan 0: czytaj i przesuń wprawo,pozostań w stanie 0 aż do przeczytania znaku - Stan 1: jeśli możliwe, odejmij 1 od liczby po prawej stronie Stan 3: czytaj znak i przesuwaj w lewo, aż do przeczytania - Stan 4: dodaj 1 do liczby po lewej stronie Stany 1 i 4 to podmaszyny, np stan 4: Slajd 9 Slajd 10 Prosty komputer: N*(N-1) Obliczanie wyrażenia N*(N-1) Etapy Sterowanie FSM - Automat skończony? Slajd 11 Slajd 12 2

3 Stany automatu sekwencyjnego Operacje równoległe Niektóre operacje mogą być wykonane równolegle! Czy ten automat może obliczyć silnię? Slajd 13 Slajd 14 Modyfikacja: N! Stany automatu: N! Trzeba dodać trochę logiki (sprzęt) i przeprogramować układ sterowania Slajd 15 Slajd 16 Model von Neumanna (1940) Model von Neumanna (1940) Uniwersalna Maszyna Turinga Slajd 17 Slajd 18 3

4 Model β RISC Model β RISC - instrukcje OPCODE (6 bit) kod operacji R (5 bit) adres operandu (jeden z 32 rejestrów) 16 bit stała Slajd 19 Slajd 20 Model β RISC - instrukcje Model β RISC instrukcjezestałą Dodaj zawartość ra do stałej; wynik zapisz do rc Slajd 21 Slajd 22 Model β RISC pierwszy program Model β RISC operacie z pamięcią: ładowanie i zapamiętywanie Slajd 23 Slajd 24 4

5 Model β RISC konwencje Model β RISC tryby adresowania Slajd 25 Slajd 26 Model β RISC instrukcje skoku Model β RISC program obliczania n! w języku C w języku assemblera Slajd 27 Slajd 28 Model β RISC język - podsumowanie Wykonywanie programu Przepływ danych Pamięć program&dane I/O Cykle: Pobierz Dekoduj Wykonaj Sterowanie Slajd 29 5

6 Pamięć Zawiera instrukcje i dane programu Instrukcje są pobierane automatycznie przez układ sterowania Dane przesyłane są pomiędzy pamięcią i procesorem Instrukcje przesyłania danych rejestry procesor load (lw) save (sw) address data 0 Byte (8bits) pamięć word Model pamięci Adresowane bajty pamięci (1 byte = 8 bits) Load pobierz dane z pamięci; store zapamiętaj dane w pamięci Jednostka transferu: word (4 bytes) M[0], M[4], M[],, M[4,294,967,292] Słowo musi rozpoczynać się od określonego adresu 0,4, Adres jest 32 bitowy 2 32 bajtów lub 2 30 słowa Porządek pamiętania Load / Store big endian (3101) 10 = 12 * * *16 0 0c 1d = ( 0c 1d) d 0c little endian A[0] = h + A[2]; lw $t0, 8($s1) add $t0,$s2,$t0 Sw $t0, 0($s1) $s0 $s1 $s2 h rejestry Base address ($s1) Offset (8) A[0] A[1] A[2] ALU I- instruction 32-bit memory address 6