Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC

Transkript

1 Informatika 2 Technické prostředky počítačové techniky - 2 Přednáší: doc. Ing. Jan Skrbek, Dr. - KIN Přednášky: středa Spojení: jan.skrbek@tul.cz tel.: Obsah: Sběrnicová struktura PC Procesory PC funkce, vlastnosti Interní počítačové paměti PC ROM RAM Paměti typu CACHE IN2-2 1

2 3. Počítač - stroj, který podle předem připravených instrukcí zpracovává data Základní části: centrální procesorová jednotka (schopná řídit se posloupností instrukcí a ovládat další části počítače) zařízení pro ukládání dat (paměť) zařízení pro vstup dat (např. klávesnice, myš, ) a výstup dat (např. monitor, tiskárna, ) Vstupy Paměť Výstupy Procesor ALU ŘADIČ Sběrnice John von Neumann koncepce počítače 2

3 Mikropočítač Vstupy Paměť Výstupy řídící sběrnice Procesor Mikroprocesor ALU ŘADIČ adresní sběrnice datová sběrnice 3

4 Procesor Řadič Aritmeticko - logická jednotka ALU datová sběrnice adresní sběrnice řídící sběrnice datová sběrnice - přenáší zpracovávaná data adresní sběrnice - zajišťuje vybírání správných adres nebo dat řídící sběrnice - přenos řídících a synchronizačních signálů napájení 4

5 Procesor Výkonnost procesoru ovlivňují následující základní faktory: Výkon procesoru parametr MIPS (Mega Instruction per Second) Vykonání instrukce procesoru vyžaduje jednotky až desítky taktů (strojových cyklů) Odpověď na otázku: Kolikabitový je počítač? délka slova - počet bitů, které může procesor v daném okamžiku zpracovat, často totožná s šířkou datové sběrnice (počet bitů, které mohou být v daném okamžiku předávány mezi komponenty počítače) taktovací frekvence - počet cyklů zpracování, které provede procesor za 1vteřinu soubor instrukcí 5

6 Mikroprocesor Druhy mikroprocesorů dle velikosti instrukční sady: CISC (Complete Instruction Set Computer) - vybavení procesoru co nejúplnější instrukční sadou (převládají u PC) RISC (Reduced Instruction Set Computer) - pouze základní instrukce a instrukce pro konkrétní aplikace (Workstation,..) Instrukční sada mikroprocesoru musí obsahovat instrukce pro přesuny dat mezi pamětí a registry, instrukce pro aritmetické a logické funkce, instrukce pro řízení programu a systémové instrukce. Součástí instrukční sady mikroprocesorů jsou i instrukce pro koordinaci ve víceprocesorovém prostředí a instrukce pro multimediální programy Další důležité parametry: vnitřní paměť CACHE - tzv. first level cache - velmi rychlá statická paměť RAM, integrovaná do mikroprocesoru co nejblíže ALU second level cache větší, vzdálenější od ALU, pomalejší Vícejádrový procesor je obvod obsahující několik jader procesorů a logiku sloužící k jejich vzájemnému propojení. 6

7 Mikroprocesor Systém přerušení: Přerušení - je signál řídící sběrnicde, který k mikroprocesoru vyšle (generuje) hardwarové zařízení nebo program Vektor přerušení - každé přerušení je identifikováno svým číslem. Vektor přerušení ukazuje na adresu v paměti, kde je uložen obslužný program přerušení. Před skokem na vektor přerušení uloží mikroprocesor svůj momentální stav do registrů zásobníku - možnost pokračování v činnosti po obsluze přerušení. architektura mikroprocesoru určuje způsob zpracování instrukcí: sekvenčně, tj. jedna za druhou, superskalárně, tzn. nezávisle na sobě. 7

8 Mikroprocesor Blokové schéma mikroprocesoru (Intel 8080) 8

9 Parametry mikroprocesorů Intel Pentium 4 Northwood (Intel Pentium uveden na trh v roce 1993, Pentium 4 v 11/2000) 55 milionů tranzistorů (32 nm technologie) 217 mm 2, spotřeba až 80 W interní cache 1. úrovně L1 8 kb zaintegrována i paměť cache L2 512 kb přenosová rychlost system bus: 6.4 GB/s (800 MHz) vnitřní frekvence: až 2,4 GHz napájecí napětí 1,5 V Neintelovské procesory: podmínka pro PC: Intel compatible 9

10 Intel Pentium 4 Processor 10

11 Vstupy Paměť Výstupy řídící sběrnice Mikroprocesor adresní sběrnice datová sběrnice 11

12 Počítačové paměti Charakteristické parametry vybavovací doba přenosová rychlost kapacita paměti zda se paměť po vypnutí počítače vymaže možnost pouze číst nebo také zapisovat 12

13 Vnitřní paměť ROM - Read Only Memory paměť pouze pro čtení uchování dat i po odpojení napájení pro uchování neměnných dat a programů ROM Paměť datová sběrnice adresní sběrnice řídící sběrnice BIOS - základní program pro otestování a nastavení počítače po zapnutí a instrukce pro zavedení operačního systému (Basic Input/Output System) napájení 13

14 ROM-BIOS [Basic Input/Output System] Základní program pro otestování a nastavení počítače po zapnutí a instrukce pro zavedení operačního systému. Jde o první program, který se v PC spouští při každém zapnutí. Jakmile se BIOS nastartuje, nejprve určí, které periferie jsou k PC připojené a zda jsou aktivní. Potom načte operační systém z privilegovaného média do paměti RAM a spustí jej. 14

15 ROM - Read Only Memory Vnitřní paměť Zaznamenání dat již při výrobě, nelze je již změnit Varianty: PROM (Programable ROM) - paměť lze JEDNOU naprogramovat v programátoru, nelze ji přepsat EPROM (Erasable PROM) - lze působením UV světla smazat a naprogramovat znovu EEPROM (Electrically EPROM) - elektricky mazatelná a přeprogramovatelná (po bytech) doba pamatování omezena na cca let Flash-PROM verze EEPROM - viz RAM, ale po odpojení napětí se nevymaže 15

16 Vnitřní paměť RAM (Random Access Memory) - paměť s libovolným přístupem umožňují čtení i zápis po odpojení napájení ztráta dat kritický parametr = vybavovací doba ROM RAM datová sběrnice adresní sběrnice řídící sběrnice napájení 16

17 Statická RAM uchování dat formou bistabilních klopných obvodů rychlá větší spotřeba dražší paměti typu cache Dynamická RAM Polovodičové paměti RAM bistabilní = obvod, který je schopen setrvávat stabilně v jednom ze dvou stavů, dokud není signálem zvenčí přinucen překlopit se do druhého stavu Hodnota výstupu 0 a 1 v závislosti na hodnotě naposledy přivedeného vstupu Pro každý bit své kapacity klopný obvod plus ovládací logika uchování dat formou vybíjených kondenzátorů nutnost obnovování zapsaných dat (refresh cycle) pomalejší menší spotřeba levnější operační paměti CMOS RAM malá spotřeba zápis parametrů BIOS napájena z baterie integrace hodin reálného času 17

18 Fyzická organizace operační paměti ROM základní díl paměti = paměťový modul 3 hlavní typy: - SIMM - DIMM - RIMM RAM datová sběrnice adresní sběrnice řídící sběrnice napájení přidávání devátého (paritního) bitu ECC (Error Chacking and Correcting) - samoopravný kód 18

19 cena kapacita, vybavovací doba Technické prostředky počítačové techniky Hierarchie pamětí Registry Cache Hlavní paměť Vyrovnávací paměť ROM Vnější paměť Nespřažená vnější paměť 19

20 procesor Paměť typu CACHE CACHE: rychlá statická RAM umožňuje uchování části obsahu pomalejší operační paměti (většinou dynamické RAM) přepisuje se do ní obsah části operační paměti, se kterou se častěji pracuje zrychluje činnost paměti počítače cache Převzetí adres z OP obsah do cache operační paměť sběrnice 20

21 CACHE: rychlá statická RAM umožňuje uchování části obsahu pomalejší operační paměti (většinou dynamické RAM) přepisuje se do ní obsah části operační paměti, se kterou se častěji pracuje zrychluje činnost paměti počítače procesor cache Paměť typu CACHE obsah do v cache operační paměť sběrnice 21

22 Paměť typu CACHE CACHE: rychlá statická RAM umožňuje uchování části obsahu pomalejší operační paměti (většinou dynamické RAM) přepisuje se do ní obsah části operační paměti, se kterou se častěji pracuje zrychluje činnost paměti počítače operační paměť procesor cache Převzetí adres z OP obsah do cache sběrnice 22