Architektura klasyczna PDF

Preview

Summary

Opis architektury komputerów na schematach blokowych. Podstawowa wiedza na temat budowy komputera od wewnątrz....

Description

ARCHITEKTURA WSPÓŁCZESNYCH KOMPUTERÓW

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA WSPÓŁCZESNYCH KOMPUTERÓW struktura komputera o architekturze klasycznej – okrelonej przez von Neuman’a :

3 podstawowe bloki: procesor, pami, urzdzenia we-wy (urzdzenia zewntrzne – wprowadzanie danych i programów, wyprowadzanie wyników).

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA WSPÓŁCZESNYCH KOMPUTERÓW Działanie komputera o architekturze klasycznej:  Dostp operatora tylko do urzdze zewntrznych (klawiatura, monitor).  Wprowadzanie do komputera (zapisywanie do pamici) programów i danych, niezbdnych do jego wykonania wypisywanie na klawiaturze w odpowiedniej kolejnoci znaków -numerycznych.  Program - cig polece wydawanych procesorowi; polecenia dotycz danych argumentów.  Lokalizacja argumentów - w pamici, w rejestrach procesora lub w programie (wprowadzone przez operatora).  Załadowanie programu - wpisanie programu do pamici komputera.  Wywołanie programu przez operatora - polecenie rozpoczcia wykonywania przez wymuszenie odczytania pierwszego polecenia programu. Procesor wysyła do pamici odpowiedni adres - dalsze polecenia umieszczone s w pamici kolejno - automatycznie odczytywane przez procesor. Wykonywanie programu - pobieranie z pamici kolejnych polece i odpowiednich argumentów dla nich. Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA WSPÓŁCZESNYCH KOMPUTERÓW Architektura typu Harvard → podział pamici operacyjnej na dwa obszary: pami programu (rozkazów) i pami danych (argumentów) → wyposaenie mikroprocesora w dwa układy współpracy z pamici (i dwa układy magistral): - do współpracy z pamici programu – licznik rozkazów jako układ adresowania (zawarto licznika traktowana jako kod operacyjny rozkazu, zapisywany w rejestrze rozkazów), - do współpracy z pamici danych – układ obliczania adresu argumentów oraz blok rejestrów do zapisu danych odczytywanych z pamici lub zapisywanych do pamici → rozdział magistrali na magistral rozkazów i danych – umoliwia dostp do pamici rozkazów przed zakoczeniem wykonania poprzedniego rozkazu. Licznik rozkazów Rejestr rozkazów

Układ adresowania Blok rejestrów

Architektura Komputerów

Pami programu

Pami danych

ARCHITEKTURA WSPÓŁCZESNYCH KOMPUTERÓW

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Schemat blokowy procesora :

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Struktura 8 bitowej pamici o liczbie „n” słów:

 Podział pamici na komórki (!), w których przechowywane s pojedyncze słowa.  Kada komórka posiada adres → umoliwia dostp (O/Z).  n× ×8 – liczba pamitanych słów × długoci słowa – pojemno pamici.  1 cykl pracy → moliwo O/Z 1 słowa (8-bitowego).

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Ilustracja wykonywania programu – cykl von Neuman’a Załoenia: → Jeden ze składników sumy jest wprowadzony przez programist (0000 0101); → Drugi składnik sumy wczeniej zapisano pod znany adres (0000 0000 0000 1111) → Adres drukarki jest nastpujcy: 1010 1010

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Ilustracja wykonywania programu – cykl von Neuman’a Program w jzyku Program w Program w jwewntrznym jzyku zyku wysokiego (maszynowym) asemblerowym poziomu Zero – jedynkowy Mnemoniczny (IBM PC)

Fortran

Adres komórki - zawart. komórki

0 Przelij: do rejestru

1

0000 0000 011 0 001

CL (001), interpretuj nastpny bajt programu jako argument

2 Przelij: do rejestru

MOV CL,5 0000 0001 0000 0101 Dług. Instr.– 2 bajty 0000 0010 1010 0 000

A (000) – argument w komórce pamici o adresie (2 bajty) 0000 0000 0000 1111

3 4

MOV A,[B2,B3] 0000 0011 0000 0000

5 Dodaj (kod instruk-

0000 0100 0000 1111 Dług. Instr. – 3 bajty 0000 0101 0000 0000

cji dwubajtowej; drugi bajt wskazuje miejsca [rejestry] skd naley odczyta argumenty)

6 Argumenty znajduj si w rejestrach – wynik zapisz w drugim z nich

ADD CL,A 0000 0110 1100 1000 CL A

Architektura Komputerów

A=A+5

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Ilustracja wykonywania programu – cykl von Neuman’a

Program w jzyku Program w Program w jwewntrznym jzyku zyku wysokiego (maszynowym) asemblerowym poziomu Zero – jedynkowy Mnemoniczny (IBM PC)

Fortran

Adres komórki - zawart. komórki

7 Przelij (kod instru-

0000 0111 1110 0110

kcji dwubajtowej)zawarto rejestru A do urzdzenia zewntrznego o adresie

8

OUT [B2] 0000 1000 010 1010 • Adres • drukarki • 0000 1111 0000 0010

Architektura Komputerów

PRINT

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Sekwencje czynnoci procesora w czasie wykonywania rozkazów instrukcji (programu)  Inicjacja wykonania programu: załadowanie LR → → wpisanie do LR wartoci, odpowiadajcej adresowi komórki pamici gdzie jest umieszczony 1 rozkaz programu (w przykładzie: 0000 0000)

Faza pobrania rozkazu (kodu) Cykl maszynowy

Dekodowanie rozkazu

 Faza wykonania pierwszego rozkazu programu:

Faza pobrania argumentu

Faza wykonania rozkazu

Cykl maszynowy Cykl instrukcyjny

!!! Kady dostp do pamici = cykl maszynowy !!! Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Sekwencje czynnoci procesora w czasie wykonywania rozkazów instrukcji (programu)

Faza pobrania kodu rozkazu Cykl maszynowy

Dekodowanie rozkazu

 Faza wykonania drugiego rozkazu:

Faza pobrania Faza pobrania bajtu adresu bajtu adresu Cykl Cykl maszynowy maszynowy

Faza pobrania Faza wykonania argumentu rozkazu Cykl maszynowy

Cykl instrukcyjny

!!! Róna liczba cykli maszynowych w cyklu instrukcyjnym !!!

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Czynnoci procesora nie wymagajce dostpu do pamici trwaj krócej (mog by te wykonywane w czasie cyklu maszynowego jeeli angauj inne bloki procesora ni potrzebne do współdziałania z pamici).

Moliwo zmniejszenia liczby cykli maszynowych przy wydłueniu słowa procesora

przypieszenie działania procesora

kompromis pomidzy czasem wykonywania programu i kosztem sprztu

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Elementy składowe komputera Architektura



Realizacja

PAMI PROCESOR

URZDZENIA WE - WY DYSKI

OPROGRAMOWANIE

ZASILACZ STELA I OBUDOWA

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Elementy składowe komputera - architektura

Central processing unit CPU

Input - output MONITOR

OPERATOR KLAWIATURA

Pami operacyjna: → lokalizacja instrukcji i danych w trakcie realizacji programu; → brak rozróniania instrukcji od danych (tylko procesor); → odczyt/zapis przez procesor i urzdzenia we-wy; → procesor i pami tworz układ zamknity.

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Elementy składowe komputera - architektura

Elementy oprogramowania systemowego wbudowane na stałe do komputera – zapisane w pamici ROM tworz BIOS (ROM BIOS - Basic Input/Output System): - zestaw elementarnych funkcji sterujcych i wspomagajcych działanie systemu; - zbiór podstawowych funkcji usługowych, wykorzystywanych przez programy uytkowe (w niektórych modelach komputerów – całe systemy operacyjne).

System operacyjny – program rezydujcy na stałe w pamici komputera.

Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Elementy składowe komputera - realizacja PŁYTA GŁÓWNA (motherboard; system board, mainboard): → PROCESOR + UKŁADY WSPOMAGAJCE; → PAMI (półprzewodnikowa); → UKŁADY WEJCIA – WYJCIA (porty szeregowe, równoległe, interfejs klawiatury, dysków i inne); → MAGISTRALA ZEWNTRZNA - dla porozumiewania si procesora z komponentami systemu, znajdujcymi si poza płyt główn. URZDZENIA WE-WY (ZEWNTRZNE) - dla uytkownika: → → → →

MONITOR; KLAWIATURA; MYSZ; Inne (drukarka, modem, ploter, itp.); Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Elementy składowe komputera - realizacja OPROGRAMOWANIE: → SYSTEMOWE → kontrola pracy komputera; → UYTKOWE → APLIKACJE →realizacja zada uytkowych. ZASILACZ SIECIOWY → napicia zasilania → moc. STELA Konstrukcja – rama utrzymujca w stabilnym połoeniu płyt główn i karty rozszerzajce - zapewnia cyrkulacj powietrza (chłodzenie kart). Karty - połczone z gniazdami magistrali zewntrznej. Rama – posiada prowadnic i otwory (po przeciwnej stronie) do mocowania kart wkrtami. OBUDOWA Architektura Komputerów

ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW KLASYCZNYCH Podsumowanie: 1. Program wykonywany przez procesor wraz z argumentami jest umieszczony w pamici; 2. Kolejno wykonywanych rozkazów zaley od ich umieszczenia w programie – kolejne rozkazy s umieszczane w kolejnych komórkach pamici → zmiana tej zasady moe by dokonywana tylko przez sam program za pomoc rozkazu skoku;

3. Procesor odczytuje kolejne rozkazy z pamici wysyłajc odpowiednie adresy.

Architektura Komputerów

TYPY KOMPUTERÓW KOMPUTERY PC „OSOBISTE”  Standard IBM okrelony dla rodziny µP INTEL 86 i kompatybilnych.  Pierwszy komputer typu PC: µP INTEL 8086/88  IBM Personal Computer.  Def.: Niewielki, tani komputer przeznaczony do wykorzystania, obsługi przez jedn osob (w danej chwili).  Dalszy rozwój sprztu PC przez IBM oraz inne firmy w oparciu o standard „oryginału” (specyfikacj PC).  Aktualnie specyfikacja PC „pierwowzoru” nie obowizuje → Zbyt duo firm montujcych komputery klasy PC: Dla uytkownika wany jest okrelony standard przemysłowy, wyraajcy si w pytaniach: • Jak komputer posiada magistral? • Jaki zawiera mikroprocesor? • Jaki posiada system operacyjny? • Jaki wykorzystuje sterownik graficzny i monitor? • Jakie ma moliwoci pracy w sieci? Architektura Komputerów

TYPY KOMPUTERÓW SERWERY I MACIERZE DYSKOWE Serwer – ródło zasobów systemowych → wysokiej klasy PC: - dua pami operacyjna, dua pojemno dysków; - zadania: przechowywanie ogólnodostpnego oprogramowania, sterowanie przepływem informacji wewntrz sieci oraz pomidzy sieci i wiatem zewntrznym; serwer nie jest wykorzystywany jako stacja robocza, wyłcznie obsługuje sie; - współczesne sieci → tworz stacje robocze o zblionych parametrach – spełniaj rol serwerów lub klientów;  Macierz dyskowa – specjalizowany serwer z zespołem dysków o bardzo duej łcznej pojemnoci – znaczna moc obliczeniowa przeznaczona na nadzorowanie pracy tego zespołu.

Architektura Komputerów...