Otázky k absolutoriu HW 1 - 5

1 Rozdělení počítačů, typy architektur, základní charakteristiky a parametry procesory, funkce a klasifikace procesoru. Funkce, základní části a funkční jednotky univerzálního procesoru.

Definice Počítač je složitý univerzální číslicový systém určený k samostatnému vykonávání požadované posloupnosti operací (výpočtů) nad údaji (které jsou zobrazeny číslicovým kódem v diskrétním tvaru) na základě předem připraveného programu (uloženého v paměti).

Von Neumannovo blokové schéma

Přirozené třídy počítačů Cena [tis. $] relat. výkon [MIPS] absol. výkon [FLOPS] Superpočítače > 1000 200 - 1000 100 - 1000 Středisk. poč. 500 - 1000 8 - 500 100 Servery 50 - 500 1 - 150 10 PC < 50 2 - 100

Rozdělení procesorů 1. Univerzální procesor (UP) Realizuje hlavní číselné a nečíselné operace počítače a zabezpečuje řízení jeho ostatních částí prostřednictvím interpretace instrukcí programu. Je součástí základní jednotky počítače. 2. Problémově orientovaný procesor (POP) Je to specializovaná jednotka určená pro zabezpečení speciálních funkcí nebo řešení speciálních úloh. Je charakterizovaná problémově orientovanými programovými prostředky.

Struktura univerzálního procesoru

Řídící část - Zabezpečuje časování a řízení posloupnosti činností uskutečňovaných při realizaci operací v operační části procesoru (vnitřní řízení procesoru). Operační část - Zabezpečuje vykonávání všech aritmetických a logických operací na základě instrukcí programu uloženého v paměti počítače Styková část - Organizuje styk procesoru s ostatními jednotkami počítače a přenos informací a dat mezi nimi.

2 Procesor, blokové schéma, základní části. Struktura řídící části procesoru. Popis, blokové schéma, funkce jednotlivých částí. Struktura a funkce A-L části procesoru. Popis, blokové schéma, jednotlivé části. Styková část procesoru. Blokové schéma, základní části. Sběrnice, typy a rozhraní.

Blokové schéma řídící části

Řídící část procesoru - Funkční řídící jednotka - je určená pro generování procesorových (vnitřních) a komunikačních (venkovních) řídících signálů. Současně slouží k vyhodnocení stavově-informačních signálů o procesech probíhajících při zpracování informací. - Obvodová řídící jednotka - je určena pro časování jednotlivých činností procesoru a celého počítače. Jejím základním prvkem je generátor hodinových impulzů. - Instrukční jednotka - je určena pro výběr instrukcí, dekódování instrukcí a přípravu pro vykonání příslušné operace. - Arbitrátor přerušení - je určen pro zpracování žádostí o přerušení a vyjímky.

Blokové schéma operační část

Operační část procesoru - Aritmeticko-logická jednotka (ALU) - je určena pro vykonávání aritmetických a logických operací. - Zápisníková paměť - plní funkci registrové paměti zdrojových a cílových operandů aritmetických a logických operací. - Posouvací obvod - uskutečňuje logický a aritmetický posuv, operace násobení a dělení, převody čísel a maskování operací. - Specializovaná jednotka - používá se pro zrychlené vykonávání dlouhých aritmetických operací (násobení, dělení, operace v pohyblivé řadové čárce a logické operace definované v příslušných instrukcích).

Blokové schéma stykové části

Styková část procesoru - Adresová jednotka - je určena pro výpočet fyzické adresy dat uložených v hlavní paměti počítače. - Rychlá vyrovnávací paměť - urychluje přístup procesoru do hlavní paměti počítače. - Sběrnice - řídí a organizuje přenos dat mezi procesorem a podsystémy počítače (paměťovým, vstupně-výstupním apod.).

Typy sběrnic Sériové sběrnice se nejčastěji používají pro intersystémovou (vnější) komunikaci, která se uskutečňuje pomocí elektrických, rádiových a optických signálů. Paralelní sběrnice je tvořena soustavou vodičů, budičů a přijímačů (tzv. obvodů rozhraní - interface), které umožňují komunikaci mezi více než dvěma jednotkami pomocí datových, adresových, řídicích a stavových signálů.

3 Aritmeticko-logická jednotka. Základní části, blokové schéma, stavově informační proměnné. (Mikroprogramy ALU, operace dvojkové aritmetiky v pevné řadové čárce - sčítání a odčítání.) Mikroprogramy ALU, násobení a dělení v pevné řadové čárce, aritmetické operace v pohyblivé řadové čárce, operace desítkové aritmetiky

Sériová sčítačka

Paralelní sčítačka

stavově-informační proměnné

V - přeplnění zobrazovacích řádů výsledku S - znaménko výsledku aritmetické operace Z - nulový výsledek

Násobení výsledný součin F = A * B je ve tvaru kde A bi je částečný součin Fi a 2i je váhový koeficient.

Dělení Zavedeme symboly: D dělenec d dělitel Q podíl R zbytek Máme vypočítat d, R tak, aby byla splněna rovnice D = Q .d + R, kde 0 <= |R| < d.

Aritmetika s pohyblivou čárkou Číslo X s pohyblivou řadovou čárkou X = MX.BEx zapíšeme jako dvojici (MX, EX), kde mantisa MX je ve dvojkovém doplňkovém kódu nebo v přímém kódu se znaménkem na nM bitech exponent EX je v kódu s posunutím 2nE-1 na nE bitech.

Základní aritmetické operace na dvojici čísel X, Y s pohyblivou čárkou jsou: X + Y = (MX.2Ex-EY + MY).2EY kde EX <= EY X - Y = (MX.2EX-EY - MY).2EY X * Y = (MX.MY).2EX+EY X : Y = (MX:MY).2EX-EY

Z obecného zápisu je zřejmé, jaké operace jsou zapotřebí. Pro sčítání a odčítání: 1. Vypočte se v pevné čárce rozdíl EY - EX 2. Posune se MX o EY - EX bitů doprava 3. Vypočte se v pevné čárce MX.2EX-EY + MY Pro sčítání, odčítání a násobení je zapotřebí provést normalizaci a zaokrouhlení výsledku V = (Mv Ev). Normalizovat výsledek znamená posouvat mantisu vlevo (vpravo) a podle toho zmenšovat (zvětšovat) exponent Ev tak dlouho, až se do sledovaného bitu (v0 nebo v1) dostane 1.

4 Instrukční cyklus. Popis, schéma. /Řetězení/

Struktura instrukčního cyklu

Zřetězené zpracování instrukcí (pipelining) Tento způsob vychází ze skutečnosti, že zpracování každé instrukce procesorem lze rozdělit do pěti základních fází: PF (Prefetch): výběr instrukce: další zpracovávaná instrukce se bere buď z paměti RAM, nebo z vyrovnávací cache paměti. DI (Decode I): dekódování instrukce: určí se délka a typ instrukce DA (Decode A): výpočet adresy: určí se adresa operandů, se kterými instrukce pracuje EX (Execution): provedení intstrukce: vlastní provedení instrukce WB (Write Back): zápis výsledků: zapíší se výsledky zpracované instrukce

Klasické zpracování instrukcí

Pipeline zpracování instrukcí

Superskalární zpracování (dvě fronty)

5 Tiskárny - rozdělení, funkce. Tiskárny LED, jazyk tiskáren.

Rozdělení tiskáren - s tiskovou hlavou (řetězové, jehličkové, tepelné, tryskové a s kolečkem) - bez tiskové hlavy (laserové a LED).

Tiskárna LED

ESC/P - pro jehličkové tiskárny - každý příkaz je uveden znakem ESC (27). Tento standard byl uveden firmou EPSON PCL - pro laserové tiskárny - Print Control Language. Tento standard byl uveden firmou HP a jednotlivé verze se označují čísly. PCL 4 je starší verze orientována bitmapově PCL 5 je orientována vektorově a umí komprimaci dat. PostScript - jazyk nejvyšší třídy používaný výhradně pro některé laserové tiskárny