Wstęp do informatyki. System komputerowy. Magistrala systemowa. Magistrala systemowa (System Bus) Architektura komputera

Transkrypt

1 System komputerowy systemowa (System Bus) Wstęp do iformatyki Architektura komputera Cezary Bolek Uiwersytet Łódzki Wydział Zarządzaia Katedra Iformatyki Pamięć operacyja ROM, Jedostka cetrala Układy we/wy I/Out Wstęp do iformatyki Cezary Bolek 2 systemowa Pamięć operacyja sterująca 1 2 ROM, I/Out słuŝy do przesyłaia pomiędzy komórkami pamięci, rejestrami procesora oraz układami we/wy. słuŝy do przesyłaia adresów komórek pamięci (lub układów we/wy), które biorą udział w operacji odczytu lub zapisu. Adres komórki sterująca słuŝy do określeia typu operacji ma się wykoać (zapis czy odczyt) oraz kieruku trasferu (p. do pamięci, pamięć do ) W daym momecie, tylko jedo urządzeie moŝe kotrolować magistrale (Bus Masterig), zwykle jest to. Wartość komórki Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 3 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 4 1

2 Adresowaie pamięci Przestrzeń m m-bitów 8b = 1B Przestrzeń -bitów a) 2 16 B = 65535B = 64kB b) 2 32 B = B = 4GB 8b a) 16b b) 32b 2-1 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 5 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 6 Kofiguracje pamięci i pamięć ROM ROM (Read Oly Memory) pamięć tylko do odczytu ROM, I/Out sterująca (Radom Access Memory) pamięć o dostępie swobodym przesyła dae z pamięci do w celu ich przetworzeia ROM S Static Szybka pamięć, ale duŝa i zuŝywająca duŝo eergii. (pamięci Cache) D Dyamic Woliejsza pamięć, ale mała i zuŝywająca mało eergii. (pamięć główa) Pamięć operacyja Pamięć zawiera dae i rozkazy (programy) określające jak przetwarzać dae przesyła przetworzoe dae do pamięci w celu ich późiejszego przetwarzaia, wyświetleia, zapisaia itp Jedostka cetrala Przetwarza dae Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 7 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 8 2

3 Jedostka cetrala procesor Przykład. Wykoaie pseudokodu - krok 1 jedostka arytmetyczo-logicza Blok rejestrów 1a 1c Prześlij pobrae dae do pamięci 1b Czekaj a dae wej. Blok sterujący Rozkaz Pobierz pobiera dae z zewątrz i zapisuje je do pamięci Pobierz zmieia zawartość pamięci Zmiee algorytmu odoszą się do kokretych miejsc w pamięci Litry=36 Start=43 Koiec=94 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 9 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 1 Wykoaie pseudokodu: krok 2 2a Wykoaie pseudokodu: krok 3 3a 2b Pobierz wart. 2d do odejm. Prześlij wyik do pamięci 2c: Oblicz róŝicę 3b Pobierz wart. 3d do dziel. Prześlij wyik do pamięci 3c: Oblicz iloraz Rozkaz Ustaw moŝe zmieić zawartość pamięci Procesor wykouje operacje matematycze Procesor pobiera dae z pamięci a których operuje Procesor przesyła wyik do pamięci Koleja operacja Ustaw Aalogicze kroki Aalogicze operacje a pamięci Sred=.6 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 11 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 12 3

4 Wykoaie pseudokodu: krok 4 Wartość, która ma być wydrukowaa zajduje się w pamięci Procesor wysyła Ŝądaie wysłaia zawartości pamięci do urządzeia wyjściowego Sred=.6 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 13 4a Sred=.6 4b Pobierz wartość z pamięci Wyślij wartość a wyjście 4c.6 Jedostka Arytmetyczo Logicza Arithmetic Logical Uit () Dae Układ Sterujący Rejestr 1 Rejestr Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 14 A Dodawaie + 7 Akumulator Wyik Procesor moŝe wykoać - dodawaie, - odejmowaie - moŝeie, - oper. logicze - trasfer Rejestry robocze Rejestry wewętrze Rejestry robocze słuŝą do przechowywaia i wyików obliczeń zaim zostaą zapisae w pamięci. Najstarsze procesory posiadały jede taki rejestr, zway Akumulatorem. Współczese procesory mają awet do kilkudziesięciu takich rejestrów. Rejestry robocze Rejestr statusowy - SR Wskaźik stosu SP Liczik programu IP lub PC Blok logiki sterującej Rejestr istrukcji IR lub CIR Rejestry dostępe dla programisty Blok sterujący decyduje (a podstawie IR), które rejestry uŝyć i jaką operacje wykoa a ich Rejestr statusowy - SR Rejestr statusowy przechowuje iformację o bieŝącym staie procesora. Poszczególe bity rejestru iformują o wyiku ostatiej wykoaej istrukcji p.: czy wyik jest zerowy (Z - zero): 1-tak, -ie czy wyik jest ujemy (S - sig): 1-tak, -ie czy wystąpił błąd arytmetyczy (O - overflow): 1-tak, -ie i ie, w zaleŝości o rodzaju procesora. Liczik programu - IP Liczik programu zawiera wartość adresu istrukcji, która jako astępa ma być pobraa z pamięci i wykoaa. Podczas ormalego wykoywaia programu, liczik jest zwiększay po pobraiu owej istrukcji. Realizacja skoku w programie, polega a wpisaiu do PC wartości owego adresu. Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 15 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 16 4

5 systemowa procesora Sterowiki magistral ISA, PCI, SCSI, PCMCIA, AGP Układy peryferyje Sterowiki pamięci masowych FDD, HDD... portów we/wy COM, LPT, USB, etc. Architektura vo Neumaa Komputer składa się: się z jedostki sterującej jedostki arytmetyczo logiczej rejestrów: roboczych, IP, SR (i iych) bloku pamięci operacyjej urządzeń we/wy Pamięć operacyja przechowuje rozkazy (program) i dae programu. Współczese systemy komputerowe charakteryzują się ogromym zróŝicowaiem układów peryferyjych, sposobów współpracy z pamięciami, etc. systemowa procesora (z wyjątkiem ajprostszych systemów) ie jest dostępa bezpośredio dla pamięci i urządzeń zewętrzych. Do magistrali tej podłączoe są zwykle sterowiki magistral stadardowych (ISA, PCI, AGP), które ułatwiają podłączaie iych układów peryferyjych, iezaleŝie od typu procesora. Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 17 Jedostka cetrala pobiera rozkazy z pamięci, iterpretuje ich zaczeie i wykouje odpowiedie operacje a rejestrze akumulatora i rejestrach buforowych umoŝliwiając zapis i odczyt komórek pamięci. Podstawowy zbiór istrukcji musi umoŝliwiać: 1. przesyłaie wartości pomiędzy komórkami pamięci a rejestrami procesora 2. operacje arytmetyczo-logicze a rejestrach procesora 3. rozgałęzieia programu: bezwarukowe i warukowe Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 18 Ilu bitowy jest procesor? Symulator komputera - mikroprocesor (laboratorium) Ilu bitowa? Ilu bitowe? 8-bitowa 8-bitowe operacje arytmetycze, operacje logicze, operacje bitowe, przesuięcia bitowe Ilu bitowe rejestry? 8-bitowa AL BL CL DL cztery 8-bitowe rejestry robocze IP liczik programu Architektura oparta a procesorze Itel 8x86 SP SR ISOZ wskaźik stosu rejestr statusowy bity: I S O Z Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 19 Wstęp do iformatyki Cezary Bolek <cbolek@ki.ui.lodz.pl> 2 5