1. přednáška 5. 2. 2013 organizace přednášek a cvičení úvodní informace, požadavky na...
Post on 31-Dec-2015
31 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
1. přednáška5. 2. 2013
- organizace přednášek a cvičení- úvodní informace, požadavky na posluchače- literatura- souvislost HW a SW, komponenty počítačového systému- Top Level View, provádění programu- blokové schéma počítače (von Neumann, harwardská koncepce)- číselné soustavy- sběrnice (počítače, procesoru)- registry procesoru
Studijní materiály najdete na adrese:
http://www.uai.fme.vutbr.cz/~vdumek/
- přednáška – učebna A4/416, cvičení – počítačová laboratoř ÚAI - souvislost přednášek a cvičení- 2 požadavky k účasti na získání klasifikovaného zápočtu:
1. požadavek - doporučení od cvičícího2. požadavek - vypracování literární práce na téma:
Počítače v pozadí zničení civilizace ...(forma literární práce – povídka)
- získání klasifikovaného zápočtu (zkoušky): 2 ústní otázky
Úvodní informace
LiteraturaGary Nutt: Operating Systems, Third Edition. ISBN: 0201773449
William Stallings: Operating Systems: Internals and Design Principles (7th Edition, 2011)
Andrew S. Tanenbaum: Operating Systems: Design and Principles (3rd Edition)
Madnick, Donovan: Operační systémy. Praha 1981.
Bach: Principy operačního systému UNIX. Praha 1993.
Abraham Silberschatz: Operating System Concepts (7th Edition)
Čada: Operační systémy. Praha 1994.
Plášil: Operační systémy. Skriptum ČVUT, Praha 1989.
http://www. …
Podpůrné materiály pro přednášky
http://www.uai.fme.vutbr.cz/~vdumek
Souvislost hardware - software
Process management
Memory management
I/O Control File Management
CPU Main Memory
I/O Devices Secondary Storage
Software
Hardware
- hardware – poskytuje základní systémové zdroje (CPU, memory, I/O devices)
- operační systém – řídí a koordinuje použití prostředků mezi různými procesy (programy) různých uživatelů
- aplikační programy – definuje způsoby použití systémových zdrojů pro řešení uživatelských programů (compilers, database systems, video games, business programs)
- uživatelé – lidé, stroje, jiné počítače
Komponenty počítačového systému
Computer Hardware
Operating System
Data Base MS-WORD Paint
User 1 User 2 User n...............
Computer Components: Top-Level View
- operační systém využívá HW zdroje, nabízí množinu služeb uživatelům- řídí procesor(y), primární a sekundární paměť, I/O kanály- procesor řídí operace počítače, provádí zpracování dat a instrukcí, pokud je jeden -> CPU (Central Processing Unit)- hlavní paměť (Main Memory) slouží k ukládání programu i dat, typicky je energeticky závislá (Real Memory, Primary Memory)- I/O moduly přenáší data mezi počítačem a externími zařízeními (disky, terminály, komunikační kanály, ...)- systémová sběrnice (adresní, datová, řídící) slouží ke spojení procesoru a hlavní pamětí
PC Program CounterIR Instruction RegisterMAR Memory Address Register
MBR Memory Buffer RegisterI/O AR Input/Output Address RegisterI/O BR Input/Output Buffer Register
PC
I/O BR
I/O AR
MBR
MAR
IR
Executionunit
CPU
Buffers
I/O module
InstructionInstructionInstructionInstructionInstructionInstruction
DataDataDataDataDataData
Main memory
Computer Components: Top-Level View
Provádění programu
PC obsahuje adresu první instrukce (300), instrukce (1940) je načtena do IR a PC je inkrementován, postup v sobě zahrnuje použití MAR a MBR, které nejsou zobrazenyStep1
- přesouvání mezi pamětí a registry procesoru, ukázka sečtení obsahu adresy 940 s obsahem adresy 941 a uložení výsledku na adresu 941, jsou potřeba tři instrukce a tři fáze načtení (fetch) a tři fáze provedení (execute)
Další instrukce (5941) je načtena do IR z adresy 301 a PC je opět inkrementován
Step3
První 4 bity (první hexadecimální číslo) v IR indikuje, že do AC se načte z paměti obsah adresy 940 (zbývajících 12 bitů)
Step2
Původní obsah AC (0003) je sečten s obsahem adresy 941 (0002) a výsledek je uložen do ACStep4
Další instrukce (2941) je načtena z adresy 302 a PC je inkrementován
Step5
Obsah AC (0005) je uložen na adrese 941
Step6
Start Halt Fetch Next Instruction Execute Instruction
Fetch Stage Execute Stage
194059412941
00030002
...
300
1940
PCACIR
300301302
940941
Memory CPU registers
Step 1
194059412941
00030002
...
30100035941
PCACIR
300301302
940941
Memory CPU registers
Step 3
194059412941
00030002
...
30200052941
PCACIR
300301302
940941
Memory CPU registers
Step 5
194059412941
00030002
...
30100031940
PCACIR
300301302
940941
Memory CPU registers
Step 2
194059412941
00030002
...
30200055941
PCACIR
300301302
940941
Memory CPU registers
Step 4
194059412941
00030005
...
30300052941
PCACIR
300301302
940941
Memory CPU registers
Step 6
3 + 2 = 5
Provádění programu
Fetch Stage Execute Stage
Blokové schéma počítače
- John von Neumann (1903 - 1957), americký matematik maďarského původu- teorie her, logika, funkcionální analýza- koncepce počítače, která pro některé počítače platí do dnešní doby- sériové zpracování instrukcí- jednotné uložení dat i programu- univerzální struktura počítače (nezávislost na řešené úloze)- binární prezentace údajů
Harwardská koncepce
harwardská koncepce předpokládá existenci dvou oddělených pamětí a sběrnic (data/program)- umožňuje paralelní čtení instrukce při běhu programu- princip pipeline
paměť dat
ALU vstupy/výstupy
registr instrukcí
řadič
paměť programu
Číselné soustavy
Používané číselné soustavy: dekadická (desítková)binární (dvojková)oktalová (osmičková)hexadecimální (šestnáctková)
- soustavy váhové
528 = 5*102 + 2*101 + 8*100
1101B = 1*23 + 1*22 + 0*21 + 1*20
0574 = 5*82 + 7*81 + 4*80
1AB5H = 1*163 + 10*162 + 11*161 + 5*160
- lepší orientace v binárních zápisech, hexadecimální vyjadřování- vzájemné převody
Sběrnice osobních počítačů
- řídící, datová, adresní, šířka, rychlost
ISA (Industry Standard Architecture, IBM, 1984), data 16 bitů adresa 24 bitů, 8 MHz => 5 MB/s, známá technická specifikace, vnášela omezení při komunikaci s periferiemiMCA (Microchanel, IBM, 1987), šířka 32 bitů, 10 MHz, má dvojnásobný počet adresních vodičů => 6x rychlejší než ISA, špatná marketingová strategie, není kompatibilní s ISAEISA (Compaq, 1986), 32 bitů, kompatibilní k ISA, 5x dražšíLocal Bus - zachovává ISA, lokální spojení procesoru a paměti, 50 MHz, 130 MB/s, omezení počtu periferiíPCI (Peripherals Component Interconnect, IBM, 1992), 64 bitů, 132 MB/s, 84 pinů, bus mastering, sdílení IRQ, PCI-X 150 pinů (1.0, 2.0, 266 MHz, 2,1 GB/s, 533 MHz, 4,2 GB/s) AGP (Accelerated Graphics Port), pro graf. kartu 528 MB/s, 4x 108 pinů,100 MHz, 8x – výkon 2GB/s
- PCI-Express, PCIe (známá i jako 3GIO, PCI-E), náhrada PCI, PCI-X a AGP - komunikace probíhá pomocí paketů sériově, umožňuje to zvyšovat frekvenci, nejsou potíže se synchronizací- původní návrh přinesla skupina AWG (Arapaho Work Group), konečný standard z dílny Dell, IBM a HP- možnost „hot-plug“ (výměna za provozu)
- existují verze 1, 2 a 3 (PCIe v. 2.0 1x 500 MB/s jednosměrně, 4x, 8x a 16x (2 GB/s, 4 GB/s a 8 GB/s))- není dost rychlá pro použití jako paměťová sběrnice- verze jsou kompatibilní
PCI Express
Jádro 1
Jádro 2
CPUPaměť cache první úrovně (na čipu)
Samostatná paměť cache druhé úrovně
BACK SIDE BUS
Operační paměť
Řadič HD
PCI sběrnice
Grafická sběrnice
USB
FRONT SIDE BUS
- čipová sada umožňuje připojení procesoru ke sběrnici- kmitočet FSB a BSB podle použitého procesoru (400 MHz v roce 2007)- podle nové architektury (místo FSB) máme northbridge a southbridge- northbridge – zajišťuje komunikaci s grafikou a pamětí (se systémově náročnějšími prvky)- southbridge – zajišťuje komunikaci s periferiemi, prostřednictvím PCI je spojen s northbridge- v čipové sadě je prvek, který umí transformovat sběrnici procesoru na PCI
L2
L1
Sběrnice procesoru
Registry procesoru
- registr (viditelné pro uživatele (minimalizace potřeby paměti, využívání všech
dostupných registrů, znalost instrukcí assembleru, ...), řídící a stavové (control) (používání při privilegovaných přístupech, ...))- kompatibilita procesorů- uživatelské – pro data, pro adresy (index, segment, stack)
- řídící a stavové – PC (Program Counter), IR (Instruction Register), PSW (Program Status Word)
AH, AL střadač, akumulátorBH, BL bázový registrCH, CL čítačDH, DL datový registr
SP stack pointerBP base pointerSI source indexDI destination index
CS code segmentDS data segmentSS stack segmentES extra segment
FLAGS registr příznakůIP instruction pointer
top related