Z{kladní struktura počítače Cílem této kapitoly je sezn{mit se s různými strukturami počítače, které využív{ výpočetní technika v současnosti. Klíčové pojmy: Von Neumannova struktura počítače Von Neumannova struktura počítače Principy pr{ce počítače a z{kladní stavbu navrhl v roce 1945 americký matematik John von Neumann. Tato struktura je s určitými obměnami z{kladem počítačů dodnes. Pravidla stanoven{ von Neumannem: 1. Počítač se skl{d{ z řadiče, aritmetickologické jednotky, paměti, vstupního a výstupního zařízení. 2. Struktura počítače je nez{visl{ na řešeném problému. 3. V paměti jsou data uložen{ společně s instrukcemi programu. 4. Paměť je rozdělena na buňky stejné velikosti, ke kterým se přistupuje prostřednictvím adresy. 5. Program je tvořen posloupností instrukcí. 6. Pořadí prov{dění instrukcí je sekvenční ( postupné) s vyjímkou instrukcí skoku. 7. Instrukce, data a adresy jsou kódov{ny bin{rně. 15/9/2011 Z{kladní struktura počítače 1
Von Neumannovo schéma obsahuje tyto moduly: - Operační paměť uchov{v{ aktu{lně zpracov{van{ data, programy, výpočty. - ALU Arithmetic-Logic Unit (aritmeticko-logick{ jednotka) je výpočetní jednotka, tj. prov{dí všechny matematické výpočty a logické operace. Obsahuje sčítačky, n{sobičky (pro aritmetické výpočty) a kompar{tory (pro porovn{ní). - Řadič je jednotka, kter{ řídí činnost všech č{stí počítače. Zasíl{ ostatním č{stem počítače řídicí sign{ly a naopak od ostatních č{stí počítače přijím{ zpět jejich stavy a chybov{ hl{šení. - Vstupní zařízení určen{ pro vstup programu a dat. - Výstupní zařízení určen{ pro výstup výsledků, které program zpracoval. Princip činnosti počítače podle von Neumannova schématu: 1. Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení (prostřednictvím ALU) načte program, který bude prov{dět výpočet. 2. Rovněž se do operační paměti umístí data, se kterými bude program pracovat. 3. Jednotka ALU provede výpočet. Při výpočtech využív{ operační paměť k ukl{d{ní mezivýsledků. 4. Po ukončení výpočtu jsou výsledky (prostřednictvím ALU) odesl{ny na výstupní zařízení. Dnešní počítače se od tohoto klasického schématu mohou v některých podrobnostech odlišovat. Mohou pracovat s více procesory ( CPU) a také zpracov{vat více programů paralelně tzv. multitasking. Tím je efektivně využitý strojový čas. Program se do paměti nemusí zavést celý. Načte se č{st programu a další č{sti se mohou načíst až v případě potřeby. D{le existují V/V ( I/O) zařízení, kter{ data čtou i zapisují. Příklad upraveného blokového schématu počítače 15/9/2011 Z{kladní struktura počítače 2
Tok údajů Řídicí sign{ly Struktura počítače s mikroprocesorem J{drem počítače je z{kladní jednotka ( zpravidla z{kladní deska) obsahující procesor ( mikroprocesor), paměti, sběrnice, jednotky řízení sběrnic a jednotky rozhraní. Počítač se skl{d{ ze z{kladní jednotky a periferních jednotek, ke kterým patří především pevný disk ( HDD), monitor, kl{vesnice a myš. Z{kladní jednotka obsahuje taktovací gener{tor, který taktuje č{sti z{kladní jednotky různými frekvencemi. Nejvyšší frekvencí je taktov{n procesor ( např. 3,06GHz), několikr{t menší rychlostí systémov{ sběrnice ( např. 533 MHz)a nejpomaleji sběrnice pro připojení periferií. Počítač použív{ systémové ( operační) a uživatelské programy. V paměti ROM na z{kladní desce je uložen BIOS ( z{kladní vstupně výstupní systém), který umožňuje komunikaci mezi hardwarem a softwarem. Operační systém je načten do paměti RAM. Uživatelské programy a data jsou uloženy na vnějších pamětech a podle potřeby načít{ny do operační paměti. K přenosu dat mezi z{kladní jednotkou počítače ( operační pamětí RAM) a periferními zařízeními slouží systémov{ rozhraní ve formě z{suvných karet pro 15/9/2011 Z{kladní struktura počítače 3
jednotlivé periferní jednotky nebo skupiny periferních jednotek nebo pro připojení do sítě. Procesor je s ostatními jednotkami spojen systémovou sběrnicí, kter{ se skl{d{ z datové sběrnice ( např. 64 bitové), adresové sběrnice ( např. 32 bitové) a řídicí sběrnice ( např. 16 bitové). Počet paralelních vodičů je označov{n jako šířka sběrnice. Procesor adresuje paměť adresou poslanou po adresové sběrnici, sign{lem přes řídicí sběrnici určí, zda se jedn{ o čtení nebo z{pis a po datové sběrnici přenese data. Shrnutí: Ve výpočetní technice se používají dvě z{kladní koncepce stavby počítače von Neumannova a Harvardsk{, kterou se nebudeme zabývat. Použité zdroje informací: *1+ ANTOŠOVÁ, M. - DAVÍDEK, V. Číslicov{ technika: učebnice. 1.vyd. České Budějovice, KOPP, 2004. 286 s. ISBN 80-7232-206-0. 15/9/2011 Z{kladní struktura počítače 4
*2+ NAVRÁTIL,P. S počítačem nejen k maturitě 1.díl. 7.vyd. Kralice na Hané, Computer Media, 2009. 176s. ISBN 978-80-7402-020-9. *3+ BLATNÝ, J. a kol. Číslicové počítače. 1.vyd. Praha, SNTL, 1980. 496s. *4+ JANSEN, H. a kol. Informační a telekomunikační technika. 1.vyd. Praha, Europa-Sobotales cz.s.r.o, 2004. 400s. ISBN 80-86706-08-7. [5] PINKER, J. Mikroprocesory a mikropočítače. 1.vyd. Praha, BEN, 2004. 160 s. ISBN 80-7300-110-1. [6] http://cs.wikipedia.org/ 15/9/2011 Z{kladní struktura počítače 5