LEKCJA TEMAT: Zasada działania komputera.



Podobne dokumenty
Architektura komputera

Architektura systemów komputerowych. dr Artur Bartoszewski

Podstawy techniki cyfrowej Układy wejścia-wyjścia. mgr inż. Bogdan Pietrzak ZSR CKP Świdwin

Wykład IV. Układy we/wy. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Architektura komputerów

Mikroprocesor Operacje wejścia / wyjścia

Podstawy Informatyki Systemy sterowane przepływem argumentów

Architektura komputerów

Technologie informacyjne - wykład 2 -

Organizacja typowego mikroprocesora

Systemy operacyjne i sieci komputerowe Szymon Wilk Superkomputery 1

Wykład I. Podstawowe pojęcia. Studia Podyplomowe INFORMATYKA Architektura komputerów

Spis treúci. Księgarnia PWN: Krzysztof Wojtuszkiewicz - Urządzenia techniki komputerowej. Cz. 1. Przedmowa Wstęp... 11

Układy wejścia/wyjścia

Budowa systemów komputerowych

Logiczny model komputera i działanie procesora. Część 1.

Układ sterowania, magistrale i organizacja pamięci. Dariusz Chaberski

Architektura komputera. Dane i rozkazy przechowywane są w tej samej pamięci umożliwiającej zapis i odczyt

Budowa komputera. Lubię to! - podręcznik

Budowa i zasada działania komputera. dr Artur Bartoszewski

Budowa Mikrokomputera

Pracownia Komputerowa. Wyk ad I Magdalena Posiada a-zezula

Architektura komputerów wer. 7

Krótka wycieczka do wnętrza komputera

Czujniki obiektowe Sterowniki przemysłowe

URZĄDZENIA WEJŚCIA-WYJŚCIA

Architektura komputerów. Układy wejścia-wyjścia komputera

Wprowadzenie. Dariusz Wawrzyniak. Miejsce, rola i zadania systemu operacyjnego w oprogramowaniu komputera

Pośredniczy we współpracy pomiędzy procesorem a urządzeniem we/wy. W szczególności do jego zadań należy:

Wprowadzenie. Dariusz Wawrzyniak. Miejsce, rola i zadania systemu operacyjnego w oprogramowaniu komputera

Technologie Informacyjne Wykład 2

Systemy operacyjne. Wprowadzenie. Wykład prowadzą: Jerzy Brzeziński Dariusz Wawrzyniak

Podział układów cyfrowych. rkijanka

Urządzenia wejścia-wyjścia

Architektura komputerów wer. 3

Budowa komputera Komputer computer computare

Urządzenia zewnętrzne

Pamięć wirtualna. Przygotował: Ryszard Kijaka. Wykład 4

Technologia informacyjna. Urządzenia techniki komputerowej

MIKROKONTROLERY I MIKROPROCESORY

2. Architektura mikrokontrolerów PIC16F8x... 13

Systemy operacyjne. wykład dr Marcin Czarnota laboratorium mgr Radosław Maj

Architektura komputerów

WPROWADZENIE Mikrosterownik mikrokontrolery

PAMIĘCI. Część 1. Przygotował: Ryszard Kijanka

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

Komputer IBM PC niezależnie od modelu składa się z: Jednostki centralnej czyli właściwego komputera Monitora Klawiatury

Magistrala. Magistrala (ang. Bus) służy do przekazywania danych, adresów czy instrukcji sterujących w różne miejsca systemu komputerowego.

Architektura komputerów

Dodatek B. Zasady komunikacji z otoczeniem w typowych systemach komputerowych

Interfejs urządzeń peryferyjnych

Działanie systemu operacyjnego

ARCHITEKTURA PROCESORA,

Wybrane bloki i magistrale komputerów osobistych (PC) Opracował: Grzegorz Cygan 2010 r. CEZ Stalowa Wola

Działanie systemu operacyjnego

System operacyjny System operacyjny

Architektura systemów komputerowych

Programowanie sterowników PLC wprowadzenie

Zagadnienia zaliczeniowe z przedmiotu Układy i systemy mikroprocesorowe elektronika i telekomunikacja, stacjonarne zawodowe

PL B1 (19) PL (11) (12) OPIS PATENTOWY (13) B1. (51) Int.Cl.7: G 06F 3 /1 2 G06K 15/02 G06F 17/60 G07G 1/12

Komputer. Komputer (computer) jest to urządzenie elektroniczne służące do zbierania, przechowywania, przetwarzania i wizualizacji informacji

dr hab. Joanna Jędrzejowicz Podstawy informatyki i komputeryzacji Gdańska Wyższa Szkoła Humanistyczna

Architektura systemów komputerowych. dr Artur Bartoszewski

dr inż. Jarosław Forenc

Wprowadzenie do informatyki i użytkowania komputerów. Kodowanie informacji System komputerowy

Podstawy Techniki Komputerowej. Temat: BIOS

dr inż. Konrad Sobolewski Politechnika Warszawska Informatyka 1

Działanie systemu operacyjnego

1. Budowa komputera schemat ogólny.

Architektura Systemów Komputerowych. Bezpośredni dostęp do pamięci Realizacja zależności czasowych

Komputer i urządzenia z nim współpracujące.

Architektura komputera. Cezary Bolek. Uniwersytet Łódzki. Wydział Zarządzania. Katedra Informatyki. System komputerowy

Architektura systemu komputerowego

Układ wykonawczy, instrukcje i adresowanie. Dariusz Chaberski

Podstawy Projektowania Przyrządów Wirtualnych. Wykład 9. Wprowadzenie do standardu magistrali VMEbus. mgr inż. Paweł Kogut

UTK Można stwierdzić, że wszystkie działania i operacje zachodzące w systemie są sterowane bądź inicjowane przez mikroprocesor.

Który z podzespołów komputera przy wyłączonym zasilaniu przechowuje program rozpoczynający ładowanie systemu operacyjnego? A. CPU B. RAM C. ROM D.

Działanie i charakterystyka sterownika GE FANUC VersaMaxNano

MAGISTRALE ZEWNĘTRZNE, gniazda kart rozszerzeń, w istotnym stopniu wpływają na

Wykład Mikroprocesory i kontrolery

System mikroprocesorowy i peryferia. Dariusz Chaberski

Systemy operacyjne. Systemy operacyjne. Systemy operacyjne. Zadania systemu operacyjnego. Abstrakcyjne składniki systemu. System komputerowy

Architektura komputerów

Płyta główna (ang. motherboard) najważniejsza płyta drukowana urządzenia elektronicznego, na której zamontowano najważniejsze elementy urządzenia, umo

Podstawy Informatyki DMA - Układ bezpośredniego dostępu do pamięci

XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej. XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej

Wstęp do informatyki. System komputerowy. Magistrala systemowa. Architektura komputera. Cezary Bolek

8. MAGISTRALE I GNIAZDA ROZSZERZEŃ. INTERFEJSY ZEWNĘTRZNE.

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: EEL s Punkty ECTS: 2. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

urządzenie elektroniczne służące do przetwarzania wszelkich informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr albo sygnału ciągłego.

Wstęp do informatyki. Interfejsy, urządzenia we/wy i komunikacja. Linie magistrali

Temat 2. Logiczna budowa komputera.

Systemy Operacyjne. wykład 1. Adam Kolany. Październik, Instytut Techniczny Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Nowym Sączu

Struktura systemów komputerowych

Architektura harwardzka Architektura i organizacja systemu komputerowego Struktura i funkcjonowanie komputera procesor, rozkazy, przerwania

Procesory. Schemat budowy procesora

Architektura systemu komputerowego. Działanie systemu komputerowego. Przerwania. Obsługa przerwań (Interrupt Handling)

Architektura systemów komputerowych. dr Artur Bartoszewski

Wprowadzenie do systemów operacyjnych. mgr inż. Krzysztof Szałajko

KOMPUTER. Zestawy komputerowe podstawowe wiadomości

Transkrypt:

LEKCJA TEMAT: Zasada działania komputera. 1. Ogólna budowa komputera Rys. Ogólna budowa komputera. 2. Komputer składa się z czterech głównych składników: procesor (jednostka centralna, CPU) steruje działaniem komputera i realizuje funkcje przetwarzania danych; pamięć operacyjna pamięć bezpośrednio połączona z procesorem, przechowuje dane i program; urządzenia zewn. (urządzenia wejścia/wyjścia) np. klawiatura, monitor, drukarka, dysk, CD, DVD, etc. np. klawiatura, monitor, drukarka, dysk, CD, DVD, etc. Komunikacja między procesorem a tymi urządzeniami odbywa się za pośrednictwem sterowników; magistrala systemowa - połączenia systemu; wszystkie mechanizmy zapewniające komunikację między jednostką centralną, pamięcią operacyjną a urządzeniami zewnętrznymi. 3. Architektura von Neumanna to rodzaj architektury komputera, przedstawionej po raz pierwszy w 1945 roku komputera, przez von Neumanna, a stworzonej wspólnie z W. Mauchly ym i Johnem Presper Eckertem. Architektura von Neumana polega na ścisłym podziale komputera na trzy podstawowe części: procesor (w ramach którego wydzielona bywa część sterująca oraz część arytmetyczno-logiczna); pamięć komputera (zawierająca dane i sam program); urządzenia wejścia/ wyjścia; 4. Charakterystyka systemu komputerowego zbudowanego w oparciu o architekturę von Neumanna: skończona i funkcjonalnie pełna lista rozkazów; możliwość wprowadzenia programu do systemu poprzez urządzenia zewnętrzne i jego przechowywanie w pamięci operacyjnej w sposób identyczny jak danych; pamięć operacyjna składa się z pewnej liczby ponumerowanych komórek (numer nazywamy adresem);

dostęp do pamięci następuje poprzez podanie przez procesor numer komórki; informacja jest przetwarzana dzięki sekwencyjnemu odczytywaniu instrukcji z pamięci operacyjnej komputera i wykonywanie tych instrukcji w procesorze; Założenia architektury von Neumana pozwalają na przełączanie się systemu komputerowego z wykonania jednego zadania (programu) na inne bez fizycznej ingerencji w strukturę systemu, co gwarantuje jego uniwersalność. 5. Schemat logiczny komputera Ogólnie komputer składa się z procesora, pamięci wewnętrznej oraz połączonych za pomocą magistrali urządzeń peryferyjnych, czyli zewnętrznych urządzeń wejścia i wyjścia. Rys. Schemat logiczny komputera Procesor - stanowi główny podzespół komputera, ponieważ jest odpowiedzialny za przetwarzanie informacji. Składa się z układów sterujących, arytmometru oraz zespołu rejestrów. Układy sterujące - odpowiadają za dostarczanie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci operacyjnej, przekazywanie wyników obliczeń z powrotem do pamięci oraz właściwą kolejność przetwarzania. Arytmometr - jest jednostką, w której odbywają się wszystkie obliczenia realizowane przez komputer, zarówno arytmetyczne, jak i logiczne na liczbach binarnych. Rejestry - przechowują adresy wybranych miejsc pamięci operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń. W określonym rejestrze, zwanym licznikiem rozkazów, jest umieszczany adres miejsca w pamięci wewnętrznej, zawierającego bieżący rozkaz dla procesora. Praca procesora odbywa się w tzw. Cyklach rozkazowych. Pamięć wewnętrzna - składa się z pamięci stałej ROM i operacyjnej RAM. W pamięci ROM zapisuje informacje o konfiguracji sprzętowej, programy rozpoczynające pierwszą fazę pracy komputera oraz programy diagnostyczne. Do pamięci ROM nie można zapisywać danych, można jedynie je odczytać, są przechowywane informacje będące obiektem bieżącego przetwarzania. Pamięć RAM jest pamięcią lotną, jej zawartość znika po wyłączeniu komputera.

Magistrala - jest zbiorem przewodów elektrycznych oraz specjalnych gniazd połączonych ze sobą równolegle, tak aby była możliwość przesyłania danych, adresów, sygnałów sterujących pomiędzy procesorem, pamięcią wewnętrzną i urządzeniami peryferyjnymi komputera. Magistrala składa się z szyny sygnałów sterujących, szyny danych i szyny adresowej. Cykl pracy magistrali odbywa się w taktach zegarowych, z tym że zwykle częstotliwość pracy magistrali jest kilka razy mniejsza od częstotliwości pracy procesora. Powoduje to zmniejszenie efektywności pracy całego systemu komputerowego. Urządzenia wejścia i wyjścia - podczas operacji wejścia/wyjścia zachodzi wymiana informacji pomiędzy pamięcią operacyjną systemu mikroprocesorowego a urządzeniami peryferyjnymi. Operacje te mogą być realizowane dwoma sposobami: pod nadzorem procesora lub z bezpośrednim dostępem do pamięci. 6. System mikroprocesorowy Układy cyfrowe służą do przetwarzania informacji. Przetwarzanie informacji polega na dostarczeniu do układu bądź systemu danych poddawanych określonym działaniom, dzięki którym otrzymuje się wynik (praca pewnych urządzeń, obraz, tekst itd.). Jedną z ważniejszych części systemu mikroprocesorowego jest uniwersalny układ przetwarzający informację, czyli procesor. Procesor przetwarza informacje, wykonując na niej elementarne operacje zwane instrukcjami maszynowymi (rozkazami). Ciąg takich instrukcji realizujący konkretne zadanie przetwarzania informacji nazywa się programem. Do systemu mikroprocesorowego muszą być również dostarczone oprogramowanie (software). W przypadku systemu mikroprocesorowego sposób przetwarzania informacji jest określony głównie przez oprogramowanie. Rys. Przetwarzanie informacji za pomocą systemu mikroprocesorowego. 7. Architektura Architektura z Princeton - dane jak i program są przechowywane w tym samym bloku pamięci, z którym procesor komunikuje się jedną i tą samą magistralą. Rys. Architektura PAO z Princeton Architektura harwardzka - pamięć operacyjna jest tworzona z dwóch bloków pamięci zwanych pamięcią programu i pamięcią danych. Pierwszy przechowuje wyłącznie

program, w drugim zapisywane są dane, na których operuje program. Procesor może komunikować się z wymienionymi blokami pamięci osobnymi magistralami. Rys. Harwardzka architektura PAO Architektura harwardzka ma zastosowanie w komputerach klasy PC (od pojawienia się procesora Pentium). Powoduje to możliwość równoległego wykonywania operacji, a więc szybszą pracę procesora. 8. Magistrale Wszystkie bloki wymieniają informację i współpracują ze sobą używając wspólnych dróg przesyłania informacji zwanych magistralami. W systemie występują trzy podstawowe rodzaje magistral: magistrala danych - zadaniem jest przesyłaniem danych, wyników oraz kodów instrukcji. Jest to magistrala dwu kierunkowa. magistrala adresowa przesyłane są adresy komórek pamięci lub układów wej/wyj z którymi chce się komunikować mikroprocesor. Jest to magistrala jednokierunkowa, adresy są generowane przez mikroprocesor, natomiast trafiają do pamięci bądź do układów wej/wyj. magistrala sterująca (zestaw linii sterujących) służą do sterowania pracą układów współpracujących z mikroprocesorem oraz do sygnalizowania pewnych ich określonych stanów. Cykl pracy magistrali odbywa się w taktach zegarowych, z tym że zwykle częstotliwość pracy magistrali jest kilka razy mniejsza od częstotliwości pracy procesora. Powoduje to zmniejszenie efektywności pracy całego systemu komputerowego. 9. Urządzenia peryferyjne mogą służyć nie tylko do wprowadzania i wyprowadzania informacji (np. klawiatura, mysz, monitor, drukarka, ploter itp.), ale także do przechowywania informacji (np. pamięci dyskowe). Mogą też być układami wykonawczymi, komunikacyjnymi lub pomiarowymi. Urządzenia peryferyjne są dołączane do magistrali systemowej komputera za pośrednictwem odpowiednich układów wejścia-wyjścia. 10. Używanie układów wejścia-wyjścia wynika z następujących powodów: istnieją różnice w szybkości działania współpracujących urządzeń (zachodzi wówczas konieczność sterowania przepływem informacji), istnieją różnice w parametrach elektrycznych współpracujących układów (zachodzi konieczność translacji poziomów sygnałów), urządzenia wymagają podania informacji o określonym formacie wraz z pewnymi sygnałami sterującymi (np. sygnał video wraz z synchronizacją).

11. Układem wejścia-wyjścia nazywamy układ elektroniczny pośredniczący w wymianie informacji pomiędzy procesorem i pamięcią systemu z jednej strony a urządzeniem peryferyjnym z drugiej. Dla systemu mikroprocesorowego układ wejścia-wyjścia widoczny jest zwykle jako rejestr lub zespół rejestrów o określonych adresach oraz pewien zestaw sygnałów sterujących. Rys. Koncepcja komunikacji systemu mikroprocesorowego z urządzeniami peryferyjnymi. 12. Układy wejścia-wyjścia mogą być przeznaczone do współpracy z konkretnym urządzeniem peryferyjnym (np. sterownik dysku czy karta graficzna) lub mogą współpracować z wieloma urządzeniami (np. interfejs szeregowy RS 232C czy sterownik przerwań). 13. W zależności od sposobu komunikacji z systemem, a dokładniej od sposobu, w jaki wybierany jest układ wejścia-wyjścia, z którym system chce się komunikować, układy wejścia-wyjścia możemy podzielić na układy: współadresowalne z pamięcią operacyjną, izolowane. 14. W przypadku układów współadresowalnych z pamięcią operacyjną wybieramy obiekt, na którym dokonujemy operacji (komórka pamięci lub rejestr układu wejściawyjścia), za pomocą adresu. Sygnały sterujące są wspólne dla pamięci i układów wejścia-wyjścia. Rys. Układy wejścia/wyjścia współadresowalne z pamięcią operacyjną. Układy we/wy będzie posiadał wejście adresowe i wejście sterujące zapis/odczyt. Układy współadresowalne z pamięcią wymagają wydzielenia części przestrzeni adresowej pamięci dla adresów układów wejścia-wyjścia. Układy te i pamięć operacyjna są obsługiwane tymi samymi rozkazami (ze względu na wspólne sygnały sterujące wytwarzane w wyniku realizacji określonego rozkazu). 15. Dla izolowanych układów wejścia-wyjścia wybiera się obiekt, na którym dokonywana jest operacja (komórka pamięci lub rejestr układu wejścia-wyjścia), za pomocą

sygnałów sterujących. Przestrzenie adresowe pamięci i układów wejścia-wyjścia nie są rozdzielone. Rys. Układy wejścia/wyjścia izolowane.. W przypadku układów izolowanych sygnały sterujące dla pamięci i układów wejściawyjścia są rozdzielone. Przestrzeń adresowa układów wejścia-wyjścia i pamięci operacyjnej mogą się pokrywać, gdyż w przypadku jednakowego adresu sygnały sterujące decydują o tym, czy zostanie wykonana operacja na układzie wejściawyjścia, czy na komórce pamięci. Wymaga to oczywiście osobnych rozkazów obsługujących pamięć i osobnych rozkazów obsługujących układy wejścia-wyjścia. 16. We współczesnych komputerach obydwa rozwiązania są stosowane. Przykładem jest tu karta graficzna jako układ współadresowalny z pamięcią operacyjną i sterownik dysku twardego w standardzie IDE jako układ izolowany. 17. Operacjami wejścia-wyjścia nazywa się całokształt działań potrzebnych do realizacji wymiany informacji pomiędzy mikroprocesorem i pamięcią z jednej strony a układem wejścia-wyjścia z drugiej. 18. Operacje wejścia-wyjścia mogą być realizowane w dwojaki sposób: od początku do końca przy udziale procesora (z bezpośrednim sterowaniem przez procesor tzw. tryb PIO); wówczas informacja przepływa przez rejestry procesora, który także steruje każdym krokiem realizacji operacji, bez stałego udziału procesora (z pośrednim sterowaniem przez procesor tzw. tryb DMA); wówczas procesor inicjuje operacje, a następnie przekazuje sterowanie realizacją procesu innemu układowi (zarządcy magistrali).