A számítógép felépítése (funkcionális)

Az előadások a következő témára: "A számítógép felépítése (funkcionális)"— Előadás másolata:

1 A számítógép felépítése (funkcionális)
Bemeneti egység Központi egység Kimeneti egység INPUT CPU OUTPUT

2 A központi egység részei
Belső tárolók vagy memóriák Aritmetikai és logikai egység Vezérlő egység

3 Perifériák Csatlakozás (interface). Bemeneti (input) perifériák.
Kimeneti (output) perifériák. Háttértárolók.

4 A számítógép részei Ház és tápegység. Alaplap (motherboard).
Processzor. Memória-modulok. Videokártya. Hajlékonylemezes és merevlemezes tárolók. Billentyűzet.

5 Vezérlő egység ALU Regiszterek Belső sín Busz vezérlő Cím generáló

6 Speciális alkalmazások: hangkártya; modem-kártya; hálózati kártya.
A modulokat sínrendszer köti össze: adatsín (adattovábbítás); címsín (memóriacímzés); vezérlősín (vezérlőjelek továbbítása).

7 Számítógép-architektúrák (a hardver és a szoftver tervezési, felépítési módja)
CISC (Complex Instruction Set Computer= bonyolult utasításkészletű számítógép): Sok utasítás, akár néhány száz, közöttük több összetett. Bonyolult címzési módok lehetségesek, így viszont változó hosszúságúak az utasítások, ami nehezen optimalizálható. A gépi utasítások változó vagy több ciklusidőt igényelnek (gépi ciklus=az órajel két üteme között eltelt idő). Az assembly programozás egyszerűbb, mert a bonyolult utasítások bonyolult feladatokat oldanak meg. Csak a szükséges néhány regiszterrel rendelkezik. Ismertebb CISC processzorok (Intel 286/386/486, Pentium; Motorola 68000; DEC VAX).

8 RISC (Reduced Instruction Set Computer= csökkentett utasításkészletű számítógép):
Csak a legalapvetőbb utasítások léteznek gépi szinten. Sok regiszter van, ezért kevesebb a tárművelet, több a regiszterművelet, ezért gyors. Fix a kódhosszúság, ezért egyszerűek a címzési módok. Egyszerű és gyors a kódolás, így a ciklusok száma kicsi. Egy feladatra eső utasítások száma kevés, mert az operációs rendszerhez, ill. a compiler-ekhez tervezik. Az egyszerű utasítások egyforma hosszúságúak, azonos ciklusidejűek. A bonyolult feladatok programozása bonyolult, hosszú. Ismertebb RISC processzorok (DEC Alpha; HP PA-RISC; SUN SPARC; IBM PowerPC és RISC6000).

9 A megszakítási folyamat
A megszakítás (interrupt) egy változás a vezérlés menetében, amit általában nem a futó program kezdeményez, hanem a környezet vagy egy periféria. Ha a megszakítást maga a program kezdemé-nyezi, akkor szoftvermegszakításról vagy csapdáról (trap) beszélünk.

10 Az eszközvezérlő megszakítást kér a processzortól.
Az aktuális gépi ciklus befejezésekor a processzor nyugtázza a kérést. A nyugtázás után az eszközvezérlő kiadja a saját megszakítási vektorát. A processzor fogadja azt és elmenti. A processzor elmenti a programszámlálót és a legfontosabb regisztereket a verembe.

11 A processzor megkeresi a megszakítási vektorhoz tartozó kiszolgáló rutint.
A processzor lefuttatja a megszakítási rutint, melynek megszakítását csak magasabb prioritású esemény számára engedélyezi. A megszakítási rutin végrehajtása után a processzor visszaállítja a használt regisztereket és végrehajtja a „visszatérés a megszakításból” utasítást. A processzor visszaolvassa a veremből a mentett regisztereket a programszámlálóval együtt, és a program a megszakítást megelőző állapotba kerül.

12 A memória és kezelése A memória fajtái:
RAM (Random Access Memory = véletlen elérésű memória) Statikus (SRAM): gyors; frissítést nem igényel; a cache kialakítására használják. Dinamikus (DRAM): frissíteni kell; az operatív tár kialakítására használják. ROM (Read Only Memory = csak olvasható memória) PROM, EPROM, EEPROM. Flash (írható/olvasható; elektromosan törölhető; nem törlődik; digitális kamerákban használják).

13 A memóriakapacitás mértékegysége: byte, kbyte, Mbyte, …
A processzoron belüli memóriák: Regiszterek (regiszter-referenciás utasítá-sok által elérhető operandusok; a processzor belső állapotát leíró státusz információk; a végrehajtandó utasítás). Cache memória (az operatív tár egy darabját lemásolva gyorsítja a processzor működését). Az operatív tár.

14 A memória mint számozott rekeszek sora
Címzési módszerek és tárkezelési technikák: 2 A * . . . 2001 2002 2003 A memória mint számozott rekeszek sora Abszolút cím. Relatív cím (eltolás, logikai cím). Fizikai cím = betöltési cím + relatív cím.

15 Több felhasználót kiszolgáló, illetve több feladatot egyidejűleg kezelő rendszerek:
Partícionált tárkezelés: a tárat összefüggő (folytonos) részekre osztják. Problémák: mekkorák legyenek a partíciók (eltérő méretűek); hogyan töltsük be újra a felszabaduló helyeket. Áthelyezhető partíciók: időnként egy algoritmus szerint az operációs rendszer átrendezi a partíciókat.

16 Lapozásos technika: a futtatandó program címtartományát és a memóriát is azonos hosszúságú szeletekre bontják; a program lapjainak és a tár blokkjainak a kapcsolatát laptáblázatba írják; a proramozó nem ismeri a program helyét a tárban. Címzés: lapcím (vagy blokkcím) + a lapon belüli eltolás. Problémák: a laptáblázat kezelése; a lapméret optimalizálása; a futtatandó program minden lapjának a tárban kell lennie induláskor.

17 Lapigényléses tárkezelés: a programozó a memória méretétől független címtar-tománnyal rendelkezik; csak az éppen végrehajtandó utasítást és a hozzá tartozó adatokat tartalmazó lapok vannak egyidejűleg a memóriában. Szegmentált tárkezelés: a szegmensek különböző hosszúságúak lehetnek; kijelölhető a program helye a tárban; minden tárhivatkozásnál meg kell jelölni a szegmenst és az azon belüli címet. Virtuális tárkezelés: a lapkezeléses módszerek és a szegmentálás keverése; a szegmensek lapokból állnak.