Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1. přednáška 20. 2. 2014 -organizace přednášek a cvičení -úvodní informace, požadavky na posluchače -literatura -souvislost HW a SW, komponenty počítačového.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1. přednáška 20. 2. 2014 -organizace přednášek a cvičení -úvodní informace, požadavky na posluchače -literatura -souvislost HW a SW, komponenty počítačového."— Transkript prezentace:

1 1. přednáška organizace přednášek a cvičení -úvodní informace, požadavky na posluchače -literatura -souvislost HW a SW, komponenty počítačového systému -Top Level View, provádění programu -blokové schéma počítače (von Neumann, harwardská koncepce) -číselné soustavy -sběrnice (počítače, procesoru) -registry procesoru Studijní materiály najdete na adrese:

2 - přednáška – učebna A4/416, cvičení – počítačová laboratoř ÚAI pod vedením Ing. Krčka (?) - souvislost přednášek a cvičení - 2 požadavky k účasti na získání klasifikovaného zápočtu: 1. požadavek – doporučení od cvičícího 2. požadavek - vypracování literární práce na téma: Počítače v pozadí zničení světa... (forma literární práce – povídka) - získání klasifikovaného zápočtu: 2 ústní otázky Úvodní informace

3 Literatura Gary Nutt: Operating Systems, Third Edition. ISBN: William Stallings: Operating Systems: Internals and Design Principles (6th Edition, 2009) Andrew S. Tanenbaum: Operating Systems: Design and Principles (3rd Edition) Madnick, Donovan: Operační systémy. Praha Bach: Principy operačního systému UNIX. Praha Abraham Silberschatz: Operating System Concepts (7th Edition) Čada: Operační systémy. Praha Plášil: Operační systémy. Skriptum ČVUT, Praha … Podpůrné materiály pro přednášky

4 Souvislost hardware - software Process management Memory management I/O ControlFile Management CPU Main Memory I/O DevicesSecondary Storage Software Hardware

5 - hardware – poskytuje základní systémové zdroje (CPU, memory, I/O devices) - operační systém – řídí a koordinuje použití prostředků mezi různými procesy (programy) různých uživatelů - aplikační programy – definuje způsoby použití systémových zdrojů pro řešení uživatelských programů (compilers, database systems, video games, business programs) - uživatelé – lidé, stroje, jiné počítače Komponenty počítačového systému Computer Hardware Operating System Data Base MS-WORD Paint User 1User 2User n

6 Computer Components: Top-Level View - operační systém využívá HW zdroje, nabízí množinu služeb uživatelům - řídí procesor(y), primární a sekundární paměť, I/O kanály - procesor řídí operace počítače, provádí zpracování dat a instrukcí, pokud je jeden -> CPU (Central Processing Unit) - hlavní paměť (Main Memory) slouží k ukládání programu i dat, typicky je energeticky závislá (Real Memory, Primary Memory) - I/O moduly přenáší data mezi počítačem a externími zařízeními (disky, terminály, komunikační kanály,...) - systémová sběrnice (adresní, datová, řídící) slouží ke spojení procesoru a hlavní pamětí PCProgram Counter IRInstruction Register MARMemory Address Register MBRMemory Buffer Register I/O ARInput/Output Address Register I/O BRInput/Output Buffer Register

7 PC I/O BR I/O AR MBR MAR IR Execution unit CPU Buffers I/O module Instruction Data Main memory Computer Components: Top-Level View

8 Provádění programu PC obsahuje adresu první instrukce (300), instrukce (1940) je načtena do IR a PC je inkrementován, postup v sobě zahrnuje použití MAR a MBR, které nejsou zobrazeny Step1 - přesouvání mezi pamětí a registry procesoru, ukázka sečtení obsahu adresy 940 s obsahem adresy 941 a uložení výsledku na adresu 941, jsou potřeba tři instrukce a tři fáze načtení (fetch) a tři fáze provedení (execute) Další instrukce (5941) je načtena do IR z adresy 301 a PC je opět inkrementován Step3 První 4 bity (první hexadecimální číslo) v IR indikuje, že do AC se načte z paměti obsah adresy 940 (zbývajících 12 bitů) Step2 Původní obsah AC (0003) je sečten s obsahem adresy 941 (0002) a výsledek je uložen do AC Step4 Další instrukce (2941) je načtena z adresy 302 a PC je inkrementován Step5 Obsah AC (0005) je uložen na adrese 941 Step6 Start Halt Fetch Next Instruction Execute Instruction Fetch Stage Execute Stage

9 PC AC IR MemoryCPU registers Step PC AC IR MemoryCPU registers Step PC AC IR MemoryCPU registers Step PC AC IR MemoryCPU registers Step PC AC IR MemoryCPU registers Step PC AC IR MemoryCPU registers Step = 5 Provádění programu Fetch StageExecute Stage

10 John von Neumann -*1903 v Budapešti, v USA -maďarský matematik židovského původu -značnou měrou přispěl k oborům kvantové fyziky, funkcionální analýzy, teorie množin, ekonomiky, informatiky, numerické analýzy, hydromechaniky a statiky -od útlého věku známky geniality, jazykové nadání a neobyčejná paměť -celosvětově se prosadil v roce 1928 jako spolutvůrce matematické teorie her -v roce 1929 se stal spolu s Albertem Einsteinem zakládajícím členem Institut for Advanced Study v Princetonu -nejvýznamnější jsou jeho objevy jako průkopníka digitálních počítačů a operační teorie kvantové mechaniky, teorie her a buňkového automatu

11 Von Neumannova koncepce počítače -vznikla kolem roku základní moduly jsou procesor, operační paměť, vstupní a výstupní zařízení -platná s vyjímkami do dnešní doby -základní principy: sériové zpracování instrukcí jednotné uložení dat i programu univerzální struktura počítače (nezávislost na řešené úloze) binární prezentace údajů

12 Harwardská koncepce paměť dat ALU vstupy/výstupy registr instrukcí řadič paměť programu

13 Harwardská koncepce -návrh: Howard Aiken v 30. letech 20. století na Harvardské univerzitě -vývoj reléového počítače Harvard Mark 1 -instrukce na děrné pásce, data na elektro-mechanických deskách -použito také na Pensylvánské univerzitě pro ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) -již tehdy šlo o moderní koncepci, která nebyla realizována kvůli technickým prostředkům a proto byla použita von Neumannovská architektura -později bezproblémová realizace -typické oddělení paměti pro data a program (může být jiná šířka sběrnice, jiná technologie a rychlost pamětí, jiná velikost nejmenší adresovací jednotky) -větší technologická náročnost -vyšší rychlost provádění instrukcí (dvojí paměť umožňuje současný přístup k datům i instrukcím) -typickým představitelem jsou signálové procesory od Motoroly -pro zvýšení výpočetní výkonnosti se používá pipelining -přímý přístup do paměti je umožněn vícenásobným kanálem DMA -program nemůže přepsat sám sebe -nevyužitou paměť dat nelze použít pro instrukce a obráceně

14 Číselné soustavy Používané číselné soustavy: dekadická (desítková) binární (dvojková) oktalová (osmičková) hexadecimální (šestnáctková) - soustavy váhové 528 = 5* * * B = 1* * * * = 5* * *8 0 1AB5H = 1* * * * lepší orientace v binárních zápisech, hexadecimální vyjadřování - vzájemné převody

15 Sběrnice osobních počítačů - řídící, datová, adresní, šířka, rychlost ISA (Industry Standard Architecture, IBM, 1984), data 16 bitů adresa 24 bitů, 8 MHz => 5 MB/s, známá technická specifikace, vnášela omezení při komunikaci s periferiemi MCA (Microchanel, IBM, 1987), šířka 32 bitů, 10 MHz, má dvojnásobný počet adresních vodičů => 6x rychlejší než ISA, špatná marketingová strategie, není kompatibilní s ISA EISA (Compaq, 1986), 32 bitů, kompatibilní k ISA, 5x dražší Local Bus - zachovává ISA, lokální spojení procesoru a paměti, 50 MHz, 130 MB/s, omezení počtu periferií PCI (Peripherals Component Interconnect, IBM, 1992), 64 bitů, 132 MB/s, 84 pinů, bus mastering, sdílení IRQ, PCI-X 150 pinů (1.0, 2.0, 266 MHz, 2,1 GB/s, 533 MHz, 4,2 GB/s) AGP (Accelerated Graphics Port), pro graf. kartu 528 MB/s, 4x 108 pinů, 100 MHz, 8x – výkon 2GB/s USB sériová polyfunkční sběrnice, MB/s FireWire (50 MB/s), RS-485, I 2 C až 32 nízkorychlostních periferií

16 - PCI-Express, PCIe (známá i jako 3GIO, PCI-E), náhrada PCI, PCI-X a AGP - komunikace probíhá pomocí paketů sériově, umožňuje to zvyšovat frekvenci, nejsou potíže se synchronizací - původní návrh přinesla skupina AWG (Arapaho Work Group), konečný standard z dílny Dell, IBM a HP - možnost „hot-plug“ (výměna za provozu) - existují verze 1, 2 a 3 (PCIe v x 500 MB/s jednosměrně, 4x, 8x a 16x (2 GB/s, 4 GB/s a 8 GB/s)) - není dost rychlá pro použití jako paměťová sběrnice - verze jsou kompatibilní PCI Express

17

18 - FSB (Front Side Bus) je fyzická obousměrná datová sběrnice, která přenáší veškeré informace mezi procesorem a severním můstkem -některé procesory mají L2 nebo L3 vyrovnávací paměti, které jsou k procesoru připojeny přes BSB. Tato sběrnice a vyrovnávací paměť se připojují rychleji než přístup do paměti přes FSB -šířka pásma FSB je dána šířkou sběrnice a kmitočtem (1600 MB/s) -čipset je spojovacím bodem pro všechny ostatní sběrnice v systému (PCI, AGP, paměť) - pomalá FSB může zpomalovat rychlý procesor (procesor čeká na data z paměti) - frekvence, se kterou procesor pracuje, je určena použitím násobičky kmitočtu FSB (550 MHz – CPU, 100 MHz – FSB, multiplier – 5,5x) - frekvence FSB bývá stovky MHz Sběrnice procesoru

19 CPU Northbridge Southbridge IDE SATA USB Ethernet Audio CMOS Chipset Front Side Bus Memory Bus Memory Slots PCI Bus Cables and ports leading off-board Super I/O Graphics card slot High-speed graphics Bus AGP or PCIX Internal Bus Serial Port Parallel Port Floppy Disk Keyboard Mouse Low Pin Count Bus Flash ROM (BIOS) PCI Slots PCI Bus I/O controller hub) (memory controller hub) Clock Generator Onboard graphics controler

20 Registry procesoru - registr (viditelné pro uživatele (minimalizace potřeby paměti, využívání všech dostupných registrů, znalost instrukcí assembleru,...), řídící a stavové (control) (používání při privilegovaných přístupech,...) ) - kompatibilita procesorů - uživatelské – pro data, pro adresy (index, segment, stack) - řídící a stavové – PC (Program Counter), IR (Instruction Register), PSW (Program Status Word) AH, AL střadač, akumulátor BH, BL bázový registr CH, CL čítač DH, DL datový registr SP stack pointer BP base pointer SI source index DI destination index CS code segment DS data segment SS stack segment ES extra segment FLAGS registr příznaků IP instruction pointer


Stáhnout ppt "1. přednáška 20. 2. 2014 -organizace přednášek a cvičení -úvodní informace, požadavky na posluchače -literatura -souvislost HW a SW, komponenty počítačového."

Podobné prezentace


Reklamy Google