Výpočtová technika III

Prezentace na téma: "Výpočtová technika III"— Transkript prezentace:

1 Výpočtová technika III
Prezentácia vysvetľujúca princíp počítača Výpočtová technika III Programovateľné automaty Operačný program Vzdelávanie Opatrenie Premena tradičnej školy na modernú Aktivita 2.2 – Spracovanie učebných textov a vzdelávacích materiálov Multimediálna pomôcka pre predmet: „Priemyselná informatika“

2 Čo je to počítač? >> Zopneme spínač >>
SPOLOČNÉ NAPÁJANIE +5V Zopnutý spínač predstavuje Logickú 1 Vypnutý spínač predstavuje Logickú 0 Tento stav signalizuje sigálny prvok Log 1 svieti Log 0 nesvieti Pridáme zdroj napätia a kontakty spínača Počítač v podstate je len elektrický obvod. A máme základný obvod počítača! >> Základom pre prenos dát v počítači je Drôt Ale potrebujeme ho elektricky zapojiť. Pridáme signálny prvok +5V V uzavretom okruhu spustil sa prúd SPOLOČNÁ ZEM >>

3 8 bitový počítač a DÁTOVÁ ZBERNICA
8 bitový počítač používa 8 drôtov na „DÁTOVEJ ZBERNICI“ >> DÁTOVÁ ZBERNICA 7 6 5 4 3 2 1 Túto schému teraz zjednodušíme a nahradíme ju Klávesnicou a Displejom Pre každý drôt zbernice môžeme vytvoriť 8 nezávislých obvodov napájaných z jednoho zdroja >> +5V >>

4 Oddelovače zberníce >> Ná Dátovú zbernicu
napájame všetky 8 bitové zariadenia paralelne, ale komunikovať medzi sebou môžu súčasne len dve! >> Z toho dôvodu použijeme zariadenie nazývané oddelovač zbernice, ktorý prepustí signály z jednej strany na druhú ak riadiaci vstup UZEMNÍME –> tzv. riadenie „nulou“ >> DÁTOVÁ ZBERNICA KLÁVESNICA +5V Toto riadenie zveríme RIADIACEJ JEDNOTKE >>

5 Riadiaca jednotka >> RIADIACA RIADIACA ZBERNICA JEDNOTKA
RDK WRD DÁTOVÁ ZBERNICA KLÁVESNICA +5V >>

6 Princíp riadiacej jednotky
Takto sa postupne vykonajú všetky mikroriadky danej inštrukcie. Ich počet závisí od samotnej inštrukcie. Posledný riadok inštrukcie ovláda STOP generátora hodín. >> DEKODÉR 1 z N ČÍTAČ Vložením POČIATOČNEJ HODNOTY do sústavy ČÍTAČ - DEKODÉR 1 z N sa na odpovedajúcom výstupe DEKODÉRA objaví riadiace napätie +5V Hodinový takt na vstupe +1 ČÍTAČA následne krokuje posun riadiaceho napätia na následujúce výstupy v poradí ako za sebou nasledujú. >> Riadiaci vodič označený STOP zablokuje hradlo cez ktoré prechádzajú inkrementačné impulzy generátora hodín. >> WRD STOP +5V POČ. HODNOTA +5V Riadené zariadenie sa ZAPLO >> zapíš Prechodom na nasledovný riadok sa riadené zriadenia zase vypnú. >> +1 Výstupy ovládajúce spínače vyvedené na RIADIACU ZBERNICU GEN. HODIN & Riadiaca jednotka sa znovu spustí až sa na vstupe objaví počiatočná hodnota nasledovnej inštrukcie. STOP >>

7 Pamäťový prvok - register
je pamäťový prvok s 8 bitmi každý pre jeden bit dátovej zbernice >> Počítač vykonáva činnosť kombináciou pstupnosti riadiacich signálov RDK , WR_A , RD_A , WRD >> RIADIACA JEDNOTKA RIADIACA ZBERNICA WR_A RD_A Vstup aj výstup do registra je oddelený oddelovačmi zbernice >> DÁTOVÁ ZBERNICA Riadenie zabezpečuje Riadiaca jednotka signálmi WR_A a RD_A >> RDK WRD 1 KLÁVESNICA 5 +5V A >>

8 Pamäťový prvok - RAM >> >> Adr.reg. +5V
ADRESNÁ ZBERNICA 16 Adr.reg. WRH WRL RDA Nasleduje ukážka spolupráce jednotlivých prvkov počítača Zaadresovanie 8 bitovej bunky v RAM Výber obsahu Odoslanie operandu na port displeja. >> RDM WRM RIADIACA ZBERNICA RJ ADRESNÝ REGISTER zvyčajne má dvojnásobný počet bitov než dátová zbernica, preto sa naplňuje dvomi prenosmi 8 bitových dát WRH – high – horný bajt WRL – low – dolný bajt >> DÁTOVÁ ZBERNICA 8 RAM je pole 8 bitových buniek adresovaných pomocou dekódera adries. Na výstupe sa objaví obsah jedinej bunky. Na zápis a čítanie slúži DÁTOVÁ ZBERNICA oddelená oddelovačmi riadenými Riadiacou jednotokou. >> Niektoré registre počítača slúžia na adresovanie pamätí a ich výstup sa napája na 16 bitovú ADRESNÚ ZBERNICU a takých zberníc môže byť aj viac. >> Dekodér adresy RAM WRD 1 >> >>

9 Aritmeticko logická jednotka
>> >> >> >> Údaje z pracovných registrov sa prenesú do pomocných registrov v ALJ a po vykonaní operácií sa výsledok z výstupu ALJ prenesie do registra Acc >> RIADIACA ZBERNICA RJ ALJ je jednotka zabezpečujúca matematické operácie nad binárnymi číslami SÚČET ROZDIEL resp. LOGICKÉ OPERÁCIE >> DO+ WR_A RDR_A WR_B RDR_B OUT_C IN_A IN_B DÁTOVÁ ZBERNICA 3 2 Riadiaca jednotka súčasne otvára výstup registra B a vstup registra B`ALJ - aby preniesla dáta >> ALJ A` B` Riadiaca jednotka súčasne otvára výstup registra Acc a vstup registra A` ALJ - aby preniesla dáta >> 1 1 1 Riadiaca jednotka súčasne otvára výstup C` ALJ a vstup registra A – aby preniesla výsledné dáta >> + - Riadiaca jednotka vyvolá operáciu + >> 5 C` Acc = Acc + B >> Acc B >> VÝSLEDOK

10 Inštrukčný cyklus podľa Von NEUMANA a Register inštrukcií
Inštrukčný cyklus má tieto etapy: PC register zaadresuje inštrukciu v RAM OPERAČNÝ KÓD, ktorý je v prvom slove inštrukcie, sa cez DÁTOVÚ ZBERNICU prenesie do Registra inštrukcii. DEKÓDUJE sa OpK v RJ a podľa toho sa generujú riadiace signály na jej výstupe t.j. - RIADIACEJ ZBERNICI . Obsah PC registra sa inkrementuje (+1). Ak je inštrukcia viac slovná inkrementácia sa opakuje a operandy v inštrukcii sa „aktivujú“ t.j. umiestňujú do Operačným kódom určených miest. Po načítaní (aktivovaní) všetkých slov inštrukcie PC ukazuje na nasledovnú inštrukciu. Aktivovaná inštrukcia sa s nad operandmi vykoná. Nasleduje test prerušovacieho systému, ktorý medzi dvomi po sebe nasledujúcimi inštrukciami hlavného programu, resp. podprogramu obsluhy prerušenia s nižšou prioritou, umožňuje spustiť podprogram obsluhy žiadosti o prerušenie. >> ADRESNÁ ZBERNICA 16 PROGRAM COUNTER (PC) – čítač programu je adresný register používaný aj v HARWARDSKEJ tak aj vo VON NEUMANOVEJ koncepcii. Pred začiatkom Inštrukčného cyklu ukazuje na bunku programovej pamäti ROM – pri Harwardskej koncepcii resp. RAM – pri koncepcii VonNeumanovej obsahujúcej nasledovnú inštrukciu ktorá sa BUDE VYKONÁVAŤ po dokončení práve vykonávanej inštrukcie >> V počítačoch Von NEUMANOVEJ koncepcie je register ovládajúci Riadiacu jednotku (RJ) REGISTER INŠTRUKCIÍ ( RI ) napojený na DATOVÚ ZBERNICU. Počas Inštrukčného cyklu sa z miesta v RAM pamäti ktoré adresuje PC register prenesie prvé slovo inštrukcie obsahujúce jej OPERAČNÝ KÓD (OpK) t.j. kód ovládajúci nasledovné kroky RJ >> Program Counter WRH WRL RDA Dekodér adresy RAM RDM WRM Nasleduje prvý krok inštrukčného cyklu 1. Zaadresovanie inštrukcie a jej prenesenie do REGISTRA INŠTRUKCIÍ ( RI ) >> RIADIACA ZBERNICA V počítačoch koncepcie Von NEUMANA PROGRAM a DATA zdielajú ten istý priestor v RAM pamäti, ktorú nazývame aj OPERAČNÁ PAMäŤ . ( RANDOM ACCESS MEMORY – t.j. pamäť s náhodným prístupom, ktorá po vypnutí počítača stráca svoj obsah ) >> RJ RD_RI WR_RI RI DÁTOVÁ ZBERNICA 8 1 1 Inštrukčný cyklus vstupuje do fázy dekódovania OpK >> >>

11 Inštrukčný cyklus HARWARDSKEJ konfigurácie
Inštrukčný cyklus má tieto etapy: PC register zaadresuje inštrukciu v ROM OPERAČNÝ KÓD nachádzajúci sa v prvom slove inštrukcie sa cez PRIAME SPOJENIE ROM na RI prenesie na vstup RJ. DEKÓDUJE sa OpK inštrukcie v RJ a podľa toho sa generujú riadiace signály na jej výstupe t.j. - RIADIACEJ ZBERNICI . Obsah PC registra sa inkrementuje. Ak je inštrukcia viac slovná inkrementácia sa opakuje a operandy v inštrukcii sa umiestňujú do Op.kódom určených miest. Po načítaní (aktivovaní) všetkých slov PC ukazuje na nasledovnú inštrukciu. Aktivovaná inštrukcia sa nad danými operandmi vykoná. Nasleduje test prerušovacieho systému, ktorý medzi dvomi po sebe nasledujúcimi inštrukciami hlavného programu, resp. obsluhy prerušenia s nižšou prioritou, umožňuje spustiť podprogram obsluhy žiadosti o prerušenie. >> PROGRAM COUNTER (PC) – čítač programu je adresný register používaný aj v HARWARDSKEJ tak aj vo VON NEUMANOVEJ koncepcii. Pred začiatkom Inštrukčného cyklu ukazuje na bunku programovej pamäti ROM – pri Harwardskej koncepcii resp. RAM – pri koncepcii VonNeumanovej obsahujúcej nasledovnú inštrukciu ktorá sa BUDE VYKONÁVAŤ po dokončení práve vykonávanej inštrukcie >> ADRESNÁ ZBERNICA 16 V počítačoch HARWARDskej koncepcie je register ovládajúci Riadiacu jednotku (RJ) REGISTER INŠTRUKCIÍ ( RI) napojený priamo na ROM cez multiplexor umožňujúci prenos buď inštrukcie do RI (vid. RDMI read memory instruction) resp. DÁTOVÚ ZBERNICU (vid. RDMD read memory data ) Do neho sa počas Inštrukčného cyklu prenesie z pamäti prvé slovo inštrukcie obsahujúce jej OPERAČNÝ KÓD (OpK) t.j. kód ovládajúci nasledovné kroky RJ >> Program Counter WRH WRL RDA Dekodér adresy EEPROM RDMD WROM RDMI EXT.ZB V počítačoch koncepcie HARWARD PROGRAM sa nachádza v ROM (EEPROM) DATA sa nachádzajú: premenné v RAM konštanty v ROM ( READ ONLY MEMORY – t.j. pamäť z ktorej možno len čítať EEPROM – elektricky preprogramovateľná ROM ) >> RIADIACA ZBERNICA RJ RD_RI WR_RI RI DÁTOVÁ ZBERNICA 8 Nasleduje prvý krok inštrukčného cyklu 1. Zaadresovanie inštrukcie a jej prenesenie do REGISTRA INŠTRUKCIÍ ( RI ) >> 1 1 Inštrukčný cyklus vstupuje do fázy dekódovania OpK >> >>

12 Stavové slovo programu PSW – Program Status Word
Bez filozófie stavového slova by počítače nikdy nevedeli MYSLIEŤ za človeka. Výsledok matematických operácií +/- nastavujú príznaky stavového registra. Tieto stavy vyhodnotia podmienené skokové inštrukcie ktoré umožňujú vetviť programy. ČLOVEK Pri rozhodovaní porovnáva hodnoty v mysli! POČÍTAČ Ak sa chce rozhodnúť urobí rozdiel hodnôt a podľa príznakov výsledku (=0, >0, <0) sa rozhoduje kde bude v programe pokračovať.

13 Autor: Ing. JANOUŠEK Jaroslav
učiteľ Výpočtovej techniky na SPŠE Košice Komenského 44 Košice Slovakia