Komputer, procesor, rozkaz. ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW Dr inż. Tadeusz POPKOWSKI A.D. 2008

KOMPUTER to urządzenie elektroniczne przetwarzające informacje według zbioru instrukcji, zwanego programem. Dane wejściowe - wprowadzane w postaci znaków, reprezentowanych w maszynie w systemie binarnym. Zasadnicze elementy funkcjonalne architektury komputera: * procesor centralny (CPU) Komputer wyposażony jest w pamięć operacyjną (RAM), w której dane są przechowywane jako stany obwodów elektronicznych. Pamięć pomocnicza ma zwykle postać dysków magnetycznych lub CD-ROM. Istnieją także różne peryferyjne urządzenia wejścia i wyjścia, jak klawiatura, monitor, taśma magnetyczna , drukarka itp.

Architektura, a organizacja. Architektura komputera odnosi się do tych atrybutów systemu, które są widoczne dla programisty. Atrybuty te mają bezpośredni wpływ na logiczne wykonywanie programu. Atrybutami architektury są: lista rozkazów, liczba bitów reprezentująca dane, mechanizmy wejścia i wyjścia, metody adresowania. Organizacja komputera odnosi się do jednostek operacyjnych i ich połączeń, które stanowią realizację architektury.

Struktura organizacyjna komputera. Każdy budowany obecnie komputer jest realizacją maszyny John von Neumanna, stąd komputery te charakteryzują trzy cechy: Dane i rozkazy są przechowywane w tej samej pamięci umożliwiającej zapis i odczyt. Zawartość pamięci jest adresowana przez wskazanie miejsca, bez względu na rodzaj zawartych tam danych. Wykonywanie rozkazów realizowane jest w sposób szeregowy - sekwencyjny (poza określonymi szczególnymi przypadkami), rozkaz po rozkazie. jednostka sterująca jednostka wykonawcza sterowanie słowo 0 słowo 1 … słowo N out in adres wejście wyjście słowo danych CPU PROCESOR MAGISTRALA PAMIĘĆ

Procesor. Procesor (ang. processor) - urządzenie cyfrowe sekwencyjne potrafiące pobierać dane z pamięci, interpretować je i wykonywać jako rozkazy. Wykonuje on bardzo szybko ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora. Procesor wykonywany jest zwykle jako układ scalony (struktura VLSI) zamknięty w hermetycznej obudowie posiadającej złocone wyprowadzenia. Złoto jest konieczne, aby zmniejszyć pojemności pasożytnicze połączeń oraz rezystancji połączeń. Jego sercem jest monokryształ krzemu, na który naniesiono techniką fotolitografii szereg warstw półprzewodnikowych. Tworzą one sieć od kilku do kilkudziesięciu milionów tranzystorów. Połączenia wykonane są z metalu (aluminium, miedź). Ważnym parametrem procesora jest rozmiar elementów tworzących jego strukturę. Im są one mniejsze tym niższe jest zużycie energii, napięcie pracy oraz wyższa częstotliwość pracy. Współczesne procesory wykonywane są w technologii pozwalającej na uzyskanie elementów o rozmiarach mniejszych niż 90 nm pracujących z częstotliwością 2 GHz.

Schemat blokowy procesora Pentium III.

Działanie procesora. Program składa się z zestawu rozkazów przechowywanych w pamięci. Procesor realizuje proces wykonywania programu w dwu etapach. W pierwszym etapie procesor odczytuje rozkaz z pamięci. W drugim kroku procesor realizuje rozkaz. Wykonanie pojedynczego rozkazu jest nazywane cyklem rozkazu i dzieli się na cykl pobierania i wykonania. Wykonywanie programu może być przerwane tylko w określonych sytuacjach: wyłączenie maszyny, pojawienie się błędu lub wystąpienie w programie rozkazu zatrzymania. Na początku cyklu rozkazu procesor pobiera rozkaz z pamięci, o tym który to ma być rozkaz decyduje licznik programu (PC). Po uruchomienia komputera licznik PC zaczyna kolejno podawać adresy komórek pamięci zawierających rozkazy. Pobrany rozkaz jest wprowadzony do rejestru rozkazu (RR). Rozkaz ten posiada formę kodu binarnego określającego działanie, które ma podjąć komputer. Po interpretacji rozkazu następuje jego wykonanie.

ETAPY WYKONANIA ROZKAZU Cykl rozkazowy. Cykle procesora: F - pobranie kodu rozkazu z pamięci (op-code fetch). D - dekodowanie rozkazu (instruction decode) i wytworzenie adresu argumentu (adress generation) R - odczyt argumentów z pamięci (memory read) E - wytworzenie wyniku (execute) W - zapamiętanie go w pamięci lub rejestrze procesora (memory /register write) ETAPY WYKONANIA ROZKAZU Powyższe cykle procesora składają się na jeden cykl pamięci (rozkazowy).

..PAMIĘĆ.. IR dekoder MAR SP R MBR/R ALU SR MAG PC dane ..PAMIĘĆ.. IR dekoder MAR SP R MBR/R ALU CR sterowanie SR MBR/R MAG PC EU CU MU adres sterowanie

Dziękuję za uwagę c.d.n. Koniec.