Számítógépek felépítése, alapfogalmak

Hasonló dokumentumok
Számítógépek felépítése, alapfogalmak

Bevezetés az informatikába

SZÁMÍTÓGÉPEK BELSŐ FELÉPÍTÉSE - 1

Adatok ábrázolása, adattípusok

Számítógépek felépítése

Processzor (CPU - Central Processing Unit)

Egyszerű RISC CPU tervezése

Operandus típusok Bevezetés: Az utasítás-feldolgozás menete

A mikroprocesszor felépítése és működése

VI. SZOFTVERES PROGRAMOZÁSÚ VLSI ÁRAMKÖRÖK

Számítógép felépítése

Számítógép architektúra

Bevezetés az informatikába

Informatika érettségi vizsga

Mikroprocesszor CPU. C Central Központi. P Processing Számító. U Unit Egység

találhatók. A memória-szervezési modell mondja meg azt, hogy miként

Digitális technika VIMIAA01 9. hét Fehér Béla BME MIT

Digitális rendszerek. Digitális logika szintje

Digitális technika VIMIAA01 9. hét

Jelfeldolgozás a közlekedésben

A mikroszámítógép felépítése.

Nagy Gergely április 4.

Informatika 1 2. el adás: Absztrakt számítógépek

Összeadás BCD számokkal

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Az informatika fejlõdéstörténete

Digitális technika II. (vimia111) 5. gyakorlat: Tervezés adatstruktúra-vezérlés szétválasztással, vezérlőegység generációk

Labor gyakorlat Mikrovezérlők

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 8

2. Számítógépek működési elve. Bevezetés az informatikába. Vezérlés elve. Külső programvezérlés... Memória. Belső programvezérlés

SZÁMÍTÓGÉP FELÉPÍTÉSE (TK 61-TŐL)

A 32 bites x86-os architektúra regiszterei

1. Az utasítás beolvasása a processzorba

A számítógép alapfelépítése

Labor gyakorlat Mikrovezérlők

7. Fejezet A processzor és a memória

A mikroprocesszor egy RISC felépítésű (LOAD/STORE), Neumann architektúrájú 32 bites soft processzor, amelyet FPGA val valósítunk meg.

Számítógép architektúrák I. Várady Géza

5. tétel. A számítógép sematikus felépítése. (Ábra, buszok, CPU, Memória, IT, DMA, Periféria vezérlő)

Autóipari beágyazott rendszerek CAN hardver

Adatelérés és memóriakezelés

1. Milyen eszközöket használt az ősember a számoláshoz? ujjait, fadarabokat, kavicsokat

A MiniRISC processzor

ATMEL ATMEGA MIKROVEZÉRLŐ-CSALÁD

Központi vezérlőegység

Digitális rendszerek. Utasításarchitektúra szintje

elektronikus adattárolást memóriacím

6. óra Mi van a számítógépházban? A számítógép: elektronikus berendezés. Tárolja az adatokat, feldolgozza és az adatok ki és bevitelére is képes.

1. Digitális írástudás: a kőtáblától a számítógépig 2. Szedjük szét a számítógépet 1. örök 3. Szedjük szét a számítógépet 2.

A számítástechnika fejlődése

Architektúra, megszakítási rendszerek

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

IT - Alapismeretek. Megoldások

Alapismeretek. Tanmenet

Utasításfajták Memóriacímzés Architektúrák Végrehajtás Esettanulmányok. 2. előadás. Kitlei Róbert november 28.

ELŐADÁS SZÁMÍTÓGÉP MŰKÖDÉSE FIZIKA ÉS INFORMATIKA

Előadó: Nagy István (A65)

Járműfedélzeti rendszerek I. 3. előadás Dr. Bécsi Tamás

Járműinformatika Beágyazott rendszerek

Digitális Rendszerek és Számítógép Architektúrák (BSc államvizsga tétel)

Közlekedés gépjárművek elektronikája, diagnosztikája. Mikroprocesszoros technika. Memóriák, címek, alapáramkörök. A programozás alapjai

7.hét: A sorrendi hálózatok elemei II.

DSP architektúrák dspic30f család memória kezelése

Dr. Oniga István DIGITÁLIS TECHNIKA 9

VEZÉRLŐEGYSÉGEK. Tartalom

SZÁMÍTÓGÉP ARCHITEKTÚRÁK

Digitális rendszerek. Mikroarchitektúra szintje

A Számítógépek hardver elemei

Bevezető előadás Mikrórendszerek összahasonlítása.dsp bevezető

Digitális technika VIMIAA02 9. hét

2017/12/16 21:33 1/7 Hardver alapok

TARTALOMJEGYZÉK. 1. BEVEZETÉS A logikai hálózatok csoportosítása Logikai rendszerek... 6

Mintavételes szabályozás mikrovezérlő segítségével

A számítógép fő részei

1. A Neumann-elvű számítógép felépítése

I+K technológiák. Beágyazott rendszerek Dr. Aradi Szilárd

SzA19. Az elágazások vizsgálata

Mechatronika és mikroszámítógépek

A Texas Instruments MSP430 mikrovezérlőcsalád

Ismerkedjünk tovább a számítógéppel. Alaplap és a processzeor

8. Fejezet Processzor (CPU) és memória: tervezés, implementáció, modern megoldások

IT - Alapismeretek. Feladatgyűjtemény

Az integrált áramkörök kimenetének kialakítása

Laptop: a fekete doboz

Hardverközeli programozás 1 1. gyakorlat. Kocsis Gergely

Multimédia hardver szabványok

1. Fejezet: Számítógép rendszerek. Tipikus számítógép hirdetés

Számítógép Architektúrák

Alaplap: közös kapcsolódási felület a számítógép részegységei számára

8. Fejezet Processzor (CPU) és memória: tervezés, implementáció, modern megoldások

Programozható Logikai Vezérlő

5-6. ea Created by mrjrm & Pogácsa, frissítette: Félix

Digitális technika VIMIAA02 9. hét Fehér Béla BME MIT

DSP architektúrák dspic30f család

1. Fejezet: Számítógép rendszerek

Digitális technika VIMIAA hét

Újrakonfigurálható eszközök

ARM Cortex magú mikrovezérlők

Laborgyakorlat Logikai áramkörök számítógéppel segített tervezése (CAD)

Mikroprocesszorok (Microprocessors, CPU-s)

Átírás:

2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas Szilárd, Krankovits Melinda SZE MTK MSZT kmelinda@sze.hu B607 szoba

Nem reprezentatív felmérés kinek van ilyen számítógépe? 2

Nem reprezentatív felmérés kinek van ilyen számítógépe? 3

Nem reprezentatív felmérés kinek van ilyen számítógépe? 4

Nem számítógépnek látszó számítógépek (beágyazott rendszerek) 5

Nem számítógépnek látszó számítógépek 6

Nem számítógépnek látszó számítógépek ABS TCS ESP ECU Engine Control Unit Kormánykerék alatti modul 7

Nem számítógépnek látszó számítógépek MICROCHIP PIC10F200 4 MHz / 1 MIPS 16 Byte adat memória 256 szó program memória 8

Nem számítógépnek látszó számítógépek 9

Mi is az a számítógép? Tágabb értelemben: bemenet (input) számítógép feldolgozás (processing) kimenet (ouput) Determinisztikus működés 10

Mi is az a számítógép? Szűkebb értelemben a következő felépítésű (architektúrájú) gépeket nevezzük számítógépnek: Neumann architektúra Harvard architektúra Módosított Harvard architektúra 11

Részegységek - hogyan oldunk meg egy feladatot matematika órán? Szükséges hozzávalók: papír ceruza, kéz számológép agy szem, fül, száj memória busz ALU CPU, CU processzor I/O (Speciális célú alkalmazásokban nem biztos, hogy minden részegységre szükség van) 12

Neumann elvek Neumann elvek (1945 First Draft of a Report on the EDVAC): Teljesen elektronikus működés Kettes számrendszer használata Soros utasítás végrehajtás Belső memória használata, tárolt program elve Univerzális gép 13

Számítógép - Neumann architektúra Neumann architektúra: Vezérlő egység (CU) Aritmetikai és logikai egység (ALU) Memória (program + adat) Input/output egység Busz 14

Számítógép - Harvard architektúra Elkülönített program és adat memória Nagyobb biztonság Kedvezőbb teljesítmény Lehetőség eltérő adat és program memória szervezésre Nem képes saját programját generálni Főleg kisméretű számítógépekben (mikrokontrollerekben) elterjedt 15

Számítógép - módosított Harvard architektúra Mentes a Neumann architektúra hiányosságaitól Képes a saját programját generálni és futtatni Esetleges hátrány: az adat és programmemória nem lehet különböző szervezésű Az általános célú számítógépekben széleskörűen használt felépítés (például a PC) 16

Számítógép - Memória működése 17

Számítógép - Memória működése = 1 bájt (8 vezeték) 18

Számítógép - Memória működése Probléma megoldása: multiplex kezelés (memóriacímek) Adatvezetékek közösek Memóriát címmel látjuk el 19

Számítógép - Memória működése Neumann elvek: Teljesen elektronikus Kettes számrendszer Kódolni kell a cím és adat értékeket is! 20

Számítógép - Memória működése Példa: w24512a 64Kx8bit RAM 21

Számítógép - Busz Busz Adat vezetékek Cím vezetékek Vezérlő jelek Átvitel Soros v. párhuzamos Szinkron v. aszinkron Sávszélesség [b/s] Késleltetés [s] 22

Central Processing Unit felépítése ALU ALU - Aritmetikai logikai egység: az egyik legfontosabb összetevő - a CPU számológépe Eredmény = OP1 művelet OP2 Gyakran megvalósított műveletek (CPU függő): +, -, (:,*), AND, OR, XOR, <<, >> (bit mozgatás), NOT (egy operandus) 23

Central Processing Unit felépítése Control Unit (CU) Feladata a működés időzítése, Fetch, Decode, Execute ciklus vezérlése. Működés: 24

CPU példa egy gépi utasításra Operandusok száma: 0,1,2 operandusú utasítások Címzési módok (mit tartalmaz az utasítás) Direkt (adat, memória) Indirekt Abszolút, relatív Ortogonális az utasításkészlet, ha minden utasítás minden regiszterrel és címzési móddal használható. 25

CPU utasításkészlet Az utasítások összességét utasításkészletnek (instruction set) nevezzük, amely jellemző az adott processzorra. Adat vagy memóriakezelő utasítások (regiszter vagy memória olvasása, írása, másolása) Aritmetikai utasítások (+, -, /, *, bitmanipulációs műveletek például: eltolás, negáció; összehasonlítás például: kisebb, nagyobb, egyenlő) Vezérlő utasítások (feltételes ugrás, feltétel nélküli ugrás) Egyéb (például energiagazdálkodást szabályzó utasítások) Két különböző megközelítés: RISC (Reduced instruction set computer) CISC (Complex instruction set computer) 26

CPU további építőelemek Regiszterek: kisméretű, gyorsan elérhető, tároló elemek a processzoron belül Általános célú regiszter szabadon használható adatok tárolására pl.: akkumulátor (AC) hány bites a CPU? Speciális célú regiszterek a benne található érték valamilyen speciális jelentéssel bír a CPU számára. Például: Program számláló (Program Counter, PC) Utasítás regiszter (Instruction Register, IR) Státusz regiszter Reset - indításkor a PC regiszter egy bizonyos meghatározott memóriacímre mutat (reset vector) például: Intel x86: FFFFFFF0H 27

CPU további építőelemek Multiplexerek: útválasztók, váltókapcsolók 28

Órajel A számítógépek általában szinkron, sorrendi digitális hálózatok, megfelelő működésükhöz szinkronizáló jelre van szükség. 29

Input / Output eszközök Feladatuk a számítógép és a környezet közötti kapcsolat megteremtése. A CPU szemszögéből alapvetően két fajta megközelítés létezik: Memóriába ágyazott I/O. Elérés az (adat) memória eléréséhez használt load, store utasításokkal. Ebben a processzor az adott I/O eszközt egy memória területnek látja. Dedikált I/O portok használata. Elérés dedikált (kimondottan erre szolgáló) in, out parancsokkal. 30

Számítógép felépítése PIC16f84 mikrokontroller (komplett számítógép) Harvard architektúra (14 bites utasítások, 8 bites adatok) (adat) memóriába ágyazott I/O 31

Összefoglalás Nem számítógépnek látszó számítógépek Számítógép fogalma Architektúrák, előnyök-hátrányok Részegységek (memória, busz, ALU, CU, I/O) felépítése és működése Kevés technikai részlet 32

Ajánlott irodalom, hasznos linkek Előadás diák, jegyzet kivonat a C100-ban Neumann elv http://web.mit.edu/sts.035/www/pdfs/edvac.pdf http://www.feltalaloink.hu/tudosok/neumannjanos/html/neujantal2.htm PIC16F84 http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/35007b.pdf X86 utasításkészlet http://en.wikipedia.org/wiki/x86_instruction_listings CPU/számítógép szimulátor http://ozark.hendrix.edu/~burch/socs/hymn/ 33

Feladattípusok zárthelyi dolgozathoz Az alábbiak közül mi tartozik a Neumann-elvek közé? soros utasítás-végrehajtás, teljesen elektronikus működés, kettes számrendszer használata, belső memória használata, tárolt program használata, univerzális gép Az alábbiak közül mi tartozik Harvard architektúra jellemzői közé? Mekkora a megcímezhető memória mérete, ha a címbusz N bit széles, és a memória bájtos szervezésű? Párosítsa a fogalmakat az ábra számmal jelölt részeihez! Cím, adat, operandus, utasítás, státusz, eredmény, ALU Hymn Simulator felépítése, utasítások kimenete. 36