35POS 2007. Počítačové systémy. 3 CPU, paměťový podsystém



Podobné dokumenty
Počítač jako prostředek řízení. Struktura a organizace počítače

Paměti a jejich organizace

Paměti. Paměť je zařízení, které slouží k ukládání programů a dat, s nimiž počítač pracuje

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 10

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

Parametry pamětí vybavovací doba (tj. čas přístupu k záznamu v paměti) = 10 ns ms rychlost toku dat (tj. počet přenesených bitů za sekundu)

Strojový kód. Instrukce počítače

Základy informatiky. 2. Přednáška HW. Lenka Carr Motyčková. February 22, 2011 Základy informatiky 2

Procesor. Procesor FPU ALU. Řadič mikrokód

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

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ. MEIII Paměti konstant

Počítačová sestava paměti, operační paměť RAM

Princip funkce počítače

Systém adresace paměti

3. Počítačové systémy

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

Pohled do nitra mikroprocesoru Josef Horálek

Paměť počítače. dočasná / trvalá. Parametry pamětí : kapacita ( udává kolik dat se do paměti vejde )

Technické prostředky počítačové techniky

Paměti počítače ROM, RAM

Cílem kapitoly je seznámit studenta s pamětmi. Jejich minulostí, současností a hlavnímu parametry.

Architektury počítačů a procesorů

Operační systémy. Jednoduché stránkování. Virtuální paměť. Příklad: jednoduché stránkování. Virtuální paměť se stránkování. Memory Management Unit

Hardware. Ukládání dat, úložiště. Mgr. Jan Veverka Střední odborná škola sociální Evangelická akademie

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

PROCESOR. Typy procesorů

MATURITNÍ OTÁZKY ELEKTROTECHNIKA - POČÍTAČOVÉ SYSTÉMY 2003/2004 TECHNICKÉ VYBAVENÍ POČÍTAČŮ

Profilová část maturitní zkoušky 2014/2015

DUM č. 10 v sadě. 31. Inf-7 Technické vybavení počítačů

2.10 Vnější paměti. Střední průmyslová škola strojnická Vsetín. Ing. Martin Baričák. Název šablony Název DUMu. Předmět Druh učebního materiálu

Paměťový podsystém počítače

Základní pojmy. Program: Algoritmus zapsaný v programovacím jazyce, který řeší nějaký konkrétní úkol. Jedná se o posloupnost instrukcí.

2.9 Vnitřní paměti. Střední průmyslová škola strojnická Vsetín. Ing. Martin Baričák. Název šablony Název DUMu. Předmět Druh učebního materiálu

Činnost CPU. IMTEE Přednáška č. 2. Několik úrovní abstrakce od obvodů CPU: Hodinový cyklus fáze strojový cyklus instrukční cyklus

Počítač jako elektronické, Číslicové zařízení

Akademický rok: 2004/05 Datum: Příjmení: Křestní jméno: Osobní číslo: Obor:

2. Struktura a organizace počítače.

Cílem kapitoly je seznámit studenta s pamětmi. Jejich minulostí, současností, budoucností a hlavními parametry.

Přednáška. Správa paměti II. Katedra počítačových systémů FIT, České vysoké učení technické v Praze Jan Trdlička, 2012

Mezipaměti počítače. L2 cache. L3 cache

Přidělování paměti II Mgr. Josef Horálek

OPS Paralelní systémy, seznam pojmů, klasifikace

Architektura počítačů

Paměti Josef Horálek

Architektura počítače

Operační systémy 1. Přednáška číslo Struktura odkládacích zařízení

Historie. Děrné štítky

Vstupně - výstupní moduly


Základní principy konstrukce systémové sběrnice - shrnutí. Shrnout základní principy konstrukce a fungování systémových sběrnic.

MSP 430F1611. Jiří Kašpar. Charakteristika

SKŘÍŇ PC. Základní součástí počítačové sestavy je skříň.

Server je v informatice obecné označení pro počítač, který poskytuje nějaké služby nebo počítačový program, který tyto služby realizuje.

PA152. Implementace databázových systémů

Základní deska (1) Parametry procesoru (2) Parametry procesoru (1) Označována také jako mainboard, motherboard

Operační systémy 2. Struktura odkládacích zařízení Přednáška číslo 10

Osobní počítač. Zpracoval: ict Aktualizace:


Kódování signálu. Problémy při návrhu linkové úrovně. Úvod do počítačových sítí. Linková úroveň

Témata profilové maturitní zkoušky

Základní pojmy informačních technologií

Paměti počítače 9.přednáška

VY_32_INOVACE_2_3_INF_KN. Datová úložiště

Struktura a architektura počítačů (BI-SAP) 11

Pokročilé architektury počítačů

Řízení IO přenosů DMA řadičem

Praktická cvičení- teoretická průprava

Úvod SISD. Sekvenční výpočty SIMD MIMD

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Technické vybavení Paměťová média Ing. Jakab Barnabáš

Kubatova Y36SAP procesor - control unit obvodový a mikroprogramový řadič RISC Y36SAP-control unit 1

Témata profilové maturitní zkoušky

HW počítače co se nalézá uvnitř počítačové skříně

Pár odpovědí jsem nenašla nikde, a tak jsem je logicky odvodila, a nebo jsem ponechala odpověď z pefky, proto je možné, že někde bude chyba.

Principy komunikace s adaptéry periferních zařízení (PZ)

Dělení pamětí Volatilní paměti Nevolatilní paměti. Miroslav Flídr Počítačové systémy LS /11- Západočeská univerzita v Plzni

Disková pole (RAID) 1

Název školy: Základní škola a Mateřská škola Žalany

Optické paměti. CD-ROM Technology CD-ROM je obdobou technologie používané v technice CD.

Základní deska (1) Označována také jako mainboard, motherboard. Deska plošného spoje tvořící základ celého počítače Zpravidla obsahuje:

Základní jednotka procvičování

Počítačové mechaniky. Autor: Kulhánek Zdeněk

Mikrokontroléry. Doplňující text pro POS K. D. 2001

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Strojový kód k d a asembler procesoru MIPS SPIM. MIPS - prostředí NMS NMS. 32 ks 32bitových registrů ( adresa registru = 5 bitů).

Identifikátor materiálu: ICT-1-08

Disková pole (RAID) 1

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Pojem architektura je převzat z jiného oboru lidské činnosti, než počítače.

Seznámení s mikropočítačem. Architektura mikropočítače. Instrukce. Paměť. Čítače. Porovnání s AT89C2051

Přidělování zdrojů (prostředků)

Architektury CISC a RISC, uplatnění v personálních počítačích

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

Principy činnosti sběrnic

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

PB002 Základy informačních technologií

Disková pole (RAID) 1

Registrový model HDD

Mgr. Renáta Rellová. Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

Transkript:

35POS 2007 Počítačové systémy 3 CPU, paměťový podsystém 1

Operační a řídicí podsystém - CPU Operační podsystém - řeší operace (ALU + reg.) Řídicí podsystém - řídí výkon operací (PC,IR,AR,Σ,DOZ,ŘÍZ) Paměťový podsystém - program, data (pam + AR, vyr.p., zásobník) 2

Operační a řídicí podsystém - CPU Operační jedn. - řeší operace Řadič - řídí výkon operací OPER 1,2 - registry operandů ALU - paralel.binární ALU DEK.AR - dekadická korekce STAV.R - výsledek oper. - stav REGISTRY / STŘADAČ - zápisník IR - instr.reg. AR - adres.reg. PC - program.čitač INKR - inkrement PC S - modifikace adr. 3

Operační a řídicí podsystém - CPU Modifikace struktury CPU Počítače CISC počítače se složitým souborem instrukcí komplexní instrukce řešené na µp úrovni výh - malé prgm., malá paměť, vše uvnitř nev - složité, dlouhý formát, drahé Počítače RISC počítače s redukovaným souborem instrukcí málo jednoduchých instrukcí a adresování pevná délka instr., obvodový řadič (ne µp) výh - jednoduchost, rychlost, pipeline nev - delší prgm., větší paměť, přístup na sb. Signálové procesory jako RISC s uživatelskými obvodovými bloky - uživ.instrukce (FFT, obraz,.) 4

Operační a řídicí podsystém - CPU Modifikace struktury CPU dle Flynna MIMD multiprocesorová SISD se spec. funkčními bloky 5

Operační a řídicí podsystém - CPU Modifikace struktury CPU dle Flynna SIMD Array procesor MISD Pipeline procesor 6

Operační a řídicí podsystém Operační a řídicí podsystém 8086 7

Operační a řídicí podsystém - CPU Operační a řídicí podsystém 8086 Řídicí: pipeline IR provázáno 8

Paměťový podsystém Hierarchická organizace paměti : Ukládání programů a dat -> velká kapacita -> ekonomie/1 bit 1. Z hlediska systémového užití a) vnitřní paměti -přímo spojené s obvody počítače operační - programy, data, mezivýsledky zápisníková - mezivýsledky aritmetiky (rychlá) vyrovnávací - vyrovnání rychlosti při přenosu řídící - pro záznam mikroprogramů b) vnější paměti - pam. velkých objemů dat - nejsou bezpr. zprac., nízká cena/1bit, slož. přístup 9

Paměťový podsystém 2. Podle způsobu uchování informace statické - data jsou v mediu na stabilním místě dynamické - pohyb dat (zpožď.linka) x dyn.ram!! 3. Podle charakteru výběru adresový výběr - podle místa asociativní výběr - podle příznaku 4. Podle posloupnosti výběru postupný - páska, zásobník, FIFO, LIFO cyklický - disk, linky libovolný - adresový výběr existence vybavovací doby -proměnná / stálá 5. Podle fyzikálního principu feritové, ultrazvukové, optoelektronické, elektronické, tenké magn.vrstvy, bublinkové 10

Paměťový podsystém Parametry pamětí: buňka - lokace - její velikost (bit, byte (B), slovo (W), dvojn.slovo (DW),...poč.bitů) kapacita - max. množství informace - v KB (1024 B = 2 10 B) v MB (2 20 B), v GB (2 30 B), v TB (2 40 B) rychlost - vybavovací doba - t od pož. do zač. přenosu - doba cyklu - t do zprac. dalšího požadavku - rychlost toku dat (u vnějších) - množství dat/čas energetická závislost - závislé na napájení (polovodičové) - nezávislé na napájení (feritové aj.) - část. závislé - záložní zdroj spolehlivost uchování - pasivní ochr., autokorekce (kódy) typy (polovod.) s adr. výběrem - RAM (RWM), ROM, EPROM, PROM, EEPROM 11

Operační paměť Určení OP: pro program, data, mezivýsledky aj. Buňka (pam.místo) - nejmenší adr. jednotka inf. (byte, slovo...) Adresa - identifikace pam. místa, pro n bitů -> 2 n adres Komunikace s OP: adresový registr - adresa místa s nímž probíhá komunikace datový registr - vyr. paměť procesoru pro data RD/WR 12

Operační paměť Přístup k OP : Pomocné bity (metabity) paritní jedn. kontrola správnosti dat, další bity (oprava) ochrana obsahu proti zápisu - RO rozlišení programu a dat - (OS) 0/1 -> prgm / data 13

Operační paměť Kontrola a oprava chyb obsahu paměti Bezpečnostní kódy -umožňují detekovat nebo i opravit chybu znázornění na krychli, D soused. vrcholů = 1. 1 chyba v kódu přemístí vrchol na sousední => sousední vrcholy se nesmí v kódu využívat - Hammingovy kódy Kód pro indikaci 1 chyby - vzdálenost 2 K chyb - " K+1 Kód pro opravu 1 chyby - " 3 indikace 2 chyb K chyb - " 2K+1 indikace 2K chyb 14

Operační paměť Kódy pro indikaci 1 chyby - kód. vzdál. 2 přidání paritního bitu - sudá/lichá par. kód 2 z 5 Kód pro opravu 1 chyby - kód. vzdál. 3 Kontroluje se parita tří oblastí (včetně paritního bitu) 8 4 2 1 P1 P2 P3 Oblast parity P1 * * * * Oblast parity P2 * * * * Oblast parity P3 * * * * 15

Operační paměť Příklad: 8 4 2 1 P1 P2 P3 0 0 1 0 1 1 0 - sudá parita Nevýhoda - není schopný detekovat neopravitelnou chybu - snaží se vždy opravit libovolně chybné slovo pozor na poměr významových a kontrolních bitů 16

Operační paměť Ochrana paměti Účel: - v jednoprog. režimu - bránit zápisu a skoku do OS - v multiprog. režimu - totéž + skok do cizí oblasti OS pro přístup k OP zavádí režimy činnosti: režim uživatelský - ochranu nelze ovládat, narušení se projeví jako přerušení obsluhované OS režim OS (privilegovaný) - ovládání ochrany je možné, analyza narušení + obsluha - rozšíření: v uživatelském režimu nelze použít I/O instrukce - pouze v privilegovaném -> kontrola OS nad I/O 17

Operační paměť Způsob ochrany: Mezními registry Metabity Nevýhoda: souvislý blok pam. Ochrana: brání: MW, JMP, I/O, HLT nebrání: RD, nepřímé adresaci Pomocné bity pro rozlišení programů navzájem nebo programů a dat 18

Operační paměť Maskami Po blocích / stránkách Maska: A ef = N S.2 d +A ins 2 d - rozsah str. má tolik bitů kolik je stránek - určuje: 1 - stránku lze používat 0 - stránka je chráněná Vykonání instrukce se připustí projde-li komparace Podle klíčů Klíč - číslo stránky v binárním tvaru Program má paměť klíčů, která se porovnává s číslem akt. str. 19

Zásobník Zásobníková organizace paměti - STACK, PUSHDOWN, LIFO zvláštní nebo vyhrazená část paměti s : - co nejkratšími instr. - bez adresní části Definice: lineární inf. struktura, operace vkládání a vybírání položek na téže straně struktury (na vrcholu zás.) Realizace : 1 položka - dno zásobníku poslední pol. - vrchol zásobníku 1. souvislý úsek paměti jemuž se přidělí ukazatel zásobníku (SP) - obsahuje adr. první volné nebo poslední obsazené buňky zásobníku (vrchol) 20

Zásobník 2. nesouvislý úsek p. - položky jsou řetězené pomocí ukazatelů Základní operace PUSH - vložení položky + inkrement SP POP - výběr položky + dekrement SP Úspora adresace - úspora všech adres - postupné vybírání POP A operandů ze zás., výsledek do zásobníku POP B aritmetika ze zásobníkem A+B=C PUSH C 21

Asociativní paměť Výběr a zápis do paměti se provádí podle obsahu - příznak Dojde-li ke shodě klíče a příznaku buňky -buňka se aktivuje. Vyhledávání nezávisí na fyz. uložení dat v p. Asociativní buňka obsahuje komparátor. 22

Asociativní paměť Organizace kombinované paměti adresová / asociativní Může nastat shoda příznaku a klíče v několika buňkách. Adresy shody se zaznamenávají do registru adr. ekviv. a buňky se postupně zpracovávají. 23

Vyrovnávací paměť Paměti typu FIFO -mezi dvě jednotky s rozdílnou rychlostí zpracování dat - HW nebo simul. v OP do VP - data nahrávána ze zdroje dat (I/O resp. z CPU) z VP - data vybírána CPU resp. jedn. I/O. Dva ukazatele dat - ukazatel pro zápis - ukazatel pro čtení (nemůže předběhnout) realizují se - jako kruhové použití - jako dvoubránové (zrychluje přístup k datům) - spolupráce CPU a jednotek I/O 24

Zápisník Zápisníková paměť množina registrů, adresování vnitřně přes řadič CPU Nejrychlejší, doč. paměť operandů, mezivýsledků, výsledků Význ. reg. je střadač - cíl výsledků - další funkce (posuv, testy ) Vlastnosti: - vazba na stav.reg. CPU - jednoduché vyhodnoc. výsledku -různé implicitní použití 25

CACHE Rychlá vyrovnávací paměť mezi zdrojem a cílem dat (obv. OP a CPU) Mezi OP a CPU (cca 10x rychl.). Přesun z OP do CACHE po str. Každé slovo označeno č. str. a adr. ve str. asociativní klíč Asoc. pam. + řadič - převod adr. z CPU na adr. CACHE - rozhod. o přesunech z OP do CACHE Funkce: - adr. z CPU - asoc. pam. + řadič prohledá CACHE - najde adr. => přesune data do CPU - nenajde adr. => přenos správné stránky z OP do cache a násl. přenos dat do CPU. CACHE plná - výměna str. CACHE je transparentní -přístup zajišťuje hardware, požití i jinde (HD..) 26

Přídavné velkokapacitní paměti FLASH paměť - varianta EEPROM paměti nahrazující disk Vlastnosti: - symetr. blok. arch. (typ. 64KB bloky) - kapacita (~ 10 2 MB) - vysoká rychl. (~ 70ns) - blok. mazání obsahu - bytový přepis obsahu - powerdown mód - režimy funkce pam. zápisem příkazů -vnitřní automat (CUI) interpretuje příkazy - zápis/mazání obsahuje také cykl verifikace RAM disky - polovodičové paměti s řadičem a baterií (~ 10 2 MB) - připojitelné na diskové rozhraní, stavebnicové 27

Diskové (sekundární) paměti Periferní zařízení. Velký obsah, nepracuje se bezprostředně. Magnetický disk Kovový disk s mediem po obou stranách Každý disk má 2 přestavitelné hlavy - (spodní, horní strana) - povrchy povrch - 2 stopa - 10 až 100 sekt/stopu (FAT, NTFS) sektor - 128 B až 4 KB sekvenčně index - 1 díra + soft nebo spec.stopa několik disků tvoří sadu Pružný disk (FDD) - jeden disk, umělá hmota, kapacita ~ 1MB, 300ot/min Hard disk (HDD) - (Winchester) sada, nevýměnné, kap.~ GB, 10 3 ot/m přestavení: mezi stopami ~ ms, přes celý disk ~ 50ms vybavovací doba: 10ms-100ms přenosová rychlost: ~ MB /s (i stovky) 28

Diskové (sekundární) paměti Optický disk Laser + optická vrstva (velká, rozlišitelnost) CD - spirála, stopa (200*10 3 sekt), sektor (3KB), rámec (100/sektor), polykarbonát, doba přístupu < 500 ms, kapacita 650MB CD - ROM, lisované CD - WORM, propálení laserem CD - RW, změna krystal. strukt., přepisovatelné PD - RW (Panasonic), přepisovatelné (opt/magn) DVD RW, kapacita několik GB, jeden nebo dva povrchy 29

Archivní paměti Magnetická páska 13 mm, 2m/s, 9 stop (8+par.), 10 5 zn/s, fáz.modulace, zápis po blocích Blok: 18 až 2048 znaků, za blokem 2 znaky CRC kontroly, EOB Mezibloková mezera - bez záznamu - pro rozjezd nebo dojezd Soubor - skupina bloků, ukončení EOF, vyhledávání - čítání EOF (adr) Vybavovací doba: několik ms až několik minut Kapacita: několik TB Optické paměti Holografický záznam - 2 paprsky ( referenční a datový ) - interference. Informace po celé ploše, kapacita ~TB, vybavovací doba ~ ms 30

Virtuální paměť Smyšlená - velké požadavky na paměť -> využití vnějších pam. Pomalé - vytváří se HW pro virtuální paměť - rychlá paměť (vyrovnávací) + vnější pomalá (kapacita) Adresování: virtuální adresou - odpovídá jí fyzická adresa Program požaduje virtuální adresu Přepočet virt. adresy na fyzickou Fyzická paměť Z, A tabulka OS Virtuální paměť str. S přepočet v asociativní Operační paměť str. S* S->S*->S paměti jako u cache, Cache paměť str. S transparentní Při naplnění rychlé pam. se stránky vymění, nepoužívané se vracejí 31

Paměťový podsystém 8086 cache zápisník vyrovnávací operační zásobník sekundární 32

Paměťový podsystém PENTIUM cache 33