Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Elementy komputera WE/WY WE/WY WE/WY WE/WY MAGISTRALA PROCESOR PAMIĘĆ

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Elementy komputera Procesor: narzędzie sterowania działaniem komputera; realizuje funkcje przetwarzania danych; wymienia dane z pamięcią główną i modułami wejścia wyjścia; rejestry Pamięć główna: (rzeczywista, podstawowa) przechowuje dane i programy, nietrwała, zbiór komórek opisanych kolejnymi numerami adresowymi, każda komórka – instrukcja lub porcja danych

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Elementy komputera Moduły wejścia/wyjścia: transfer danych między pamięcią lub procesorem a środowiskiem zewnętrznym (czyli różnymi urządzeniami zewnętrznymi), np. kontrolery dysków, bufory wewnętrzne (tymczasowe przechowanie danych) Magistrala systemowa: struktura i mechanizmy zapewniające komunikację między procesorem, pamięcią główną i modułami we/wy

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Rejestry procesora Komórki pamięci umieszczone wewnątrz procesora Najwyższy szczebel w hierarchii pamięci, najszybsze Przechowanie wyników obliczeń, adresów lokacji w pamięci operacyjnej, instrukcji Procesor wykonuje działania korzystając ze swoich rejestrów, dane są najpierw pobierane z pamięci do rejestrów a potem odsyłane Procesor posiada od jednego do kilkuset rejestrów (komputer osobisty - kilkanaście), jeden rejestr – do 128 bitów

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Rejestry procesora, podział ogólny Rejestry widoczne dla użytkownika: programując maszynowo lub w asemblerze można optymalizować wykorzystanie rejestrów (minimalizacja odwołań do pamięci głównej), języki wysokiego poziomu – brak bezpośredniego wpływu na pracę rejestrów (w niektórych można np. zażądać utrzymania danych w rejestrze) Rejestry sterowania i stanu – wykorzystywane przez procesor do sterowania jego działaniem i sterowania wykonaniem programów

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Rejestry procesora, podział ze względu na zastosowanie (1) Rejestry danych (widoczne): przechowanie danych, np. liczb całkowitych Rejestry adresów (widoczne): przechowanie adresów komórek pamięci głównej zawierających dane i instrukcje, Rejestr adresu pamięci: adres komórki pamięci, która ma być czytana lub zapisana w kolejnym kroku Rejestr bufora pamięci: dane do zapisania lub odczytane z pamięci

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Rejestry procesora, podział ze względu na zastosowanie (2) Rejestr adresu wejścia/wyjścia: opis określonego urządzenia Rejestr bufora wejścia/wyjścia: wymiana danych między procesorem a modułem wejścia/wyjścia Licznik rozkazów: zawiera adres rozkazu (instrukcji), który ma być pobrany i wykonany Rejestr rozkazów (instrukcji): zawiera aktualnie przetwarzaną instrukcję

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Wykonywanie rozkazów program – proces, przechowywany w pamięci zbiór rozkazów Rozkazy są kolejno pobierane z pamięci i wykonywane Cykl rozkazu – przetwarzanie pojedynczego rozkazu

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Wykonywanie rozkazów Adres rozkazu do wykonania – w liczniku rozkazów Instrukcja ze wskazanego adresu zapisana zostaje w rejestrze rozkazu Licznik rozkazu zwiększa swoją wartość o 1 – odczytujemy rozkaz z następnej komórki pamięci (chyba że procesor otrzyma inne polecenie)

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Kategorie rozkazów dla procesora Procesor – pamięć: przenoszenie danych Procesor – urządzenie we/wy: przekazywanie danych pomiędzy procesorem a urządzeniami zewnętrznymi (procesor – moduł we/wy) Przetwarzanie danych: operacje arytmetyczne lub logiczne na danych Sterowanie: zmiana kolejności wykonywania rozkazów, licznik rozkazów zmieni wartość nie o 1 a o tyle, ile wynika z rozkazu

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Przykładowy komputer, rozkazy, dane i komórki pamięci: 16 - bitowe

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Przykład: Do wartości przechowywanej w komórce o adresie 940 dodać wartość z komórki o adresie 941, wynik zapisać w komórce 941 (system heksadecymalny!) Startowa wartość licznika rozkazów: 300 Kody operacji: 1 – zapisz do akumulatora wartość z pamięci 2 – zapisz w pamięci zawartość akumulatora 5 – do wartości w akumulatorze dodaj zawartość pamięci

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Licznik rozkazów: 300 – adres pierwszego rozkazu. Zawartość komórki 300 - do rejestru rozkazów, wartość licznika wzrośnie o 1. (Wykorzystanie rejestru adresu pamięci i rejestru bufora pamięci – przechowanie adresu i zawartości czytanej komórki)

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Rejestr rozkazów: 1 – zapisz do akumulatora, 940 – adres komórki do odczytu

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Z komórki 301 pobierany jest do rejestru rozkazów rozkaz 5941, licznik rozkazów wzrośnie o 1

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Rejestr rozkazów: 5 – dodaj do wartości przechowywanej w akumulatorze, 941 – adres komórki z wartością do dodania

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Z komórki 302 pobierany jest do rejestru rozkazów rozkaz 2941, licznik rozkazów wzrośnie o 1

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Rejestr rozkazów: 2 – zapisz w pamięci wartość przechowywaną w akumulatorze, 941 – adres komórki z wartością do dodania

Procesor, pamięć, przerwania, WE/WY, … PSOiP Przykład: Do wartości przechowywanej w komórce o adresie 940 dodać wartość z komórki o adresie 941, wynik zapisać w komórce 941. Potrzebne były 3 cykle rozkazów (kroki 1 i 2, 3 i 4, 5 i 6). Nowsze procesory – bardziej złożone rozkazy, możliwość obsługi większej liczby adresów jednym rozkazem – mniej cykli