Rozdelenie počítača, CPU, ALU, Motherboard, Radič ...
Rozdelenie a vývoj počítačov
historický vývoj
- 1938 - zosc Z1
- 1943 - MARK I
- 1945 - UNINAC 1948 - tranzistor -> polovodiče
- 1948 - tranzistor -> polovodiče
- 1958 - SAPO
generácia počítačov
- IO - Integrované obvody
- (5. generácie - umelá inteligencia)
mikroprocesory
- programovateľný log. automat umiestnený v jednom IO
- 1971 - Intel I-4004
- 1972 - I8008
- 1974 - I8080 -> mikropočítače
- 1978 - I8086 -> IBM PC / XT -> MSDOS
- 1985 - IBM PC / AT (I80286)
- Pentium
- Apple II - M68000
Rodělení počítačov
- mikropočítače
- minipočítače
- strediskové počítače (mainframe)
- superpočítače
- základná štruktúra počítačov
- 1945 - John Von Neumann
Von Neumannova koncepcia počítača
pravidlá:
- Počítač sa skladá z riediacich, aritmetická logické jednotky (ALU), pamäte, vstupného a výstupného zariadenia
- Štruktúra počítača je nezávislá na riešenom probléme
- V pamäti sú dáta uložené spoločne s inštrukciami programu
- Pamäť je rozdelená na bunky rovnakej veľkosti ku ktorým sa pristupuje prostřednictvým pamäti
- Program je tvorený postupnosťou inštrukcií
- Poradie vykonávanie inštrukcií je sekvenčná
- Inštrukcie, dáta a adresy sú kódované binárne
Harwardská štruktúra počítača
- predpokladá existenciu dvoch oddelených pamätí a zberníc
- umožňuje paralelné inštrukcie pri behu programu
- princíp pipeline
Základná doska (motherboard, mainboard)
- doska plošných spojov s mnohými elektronickými obvodmi a konektory pre pripojenie ďalších periférií počítača
Základná doska je určená:
- typ mikroprocesora
- Typ zbernice a rýchlosť (takt)
- Typ, rýchlosť a max. Veľkosť pamäťových modulov
- Počet a typ rozširujúcich slotov (PCIExpress, PCIx)
- typ BIOSU
- EIDE, SATA
- Integrovaná vstupno výstupné rozhranie (V / V, I / O)
- Integrovaný USB controler
- Other stuff (ďalšie integrované diely)
chipset
- el obvody slúžiace pre komunikáciu prvkov na základnej doske
Mechanická úprava základnej dosky
- Prepojky (jumpery)
- Spínače (switche)
Základné typy dosiek:
- ATX - AMD, INTEL - viac ventilátorov
- BTX - Pentium - lepšie chladená -> stačí 3 ventilátory
Prvky na základnej doske:
- Pätica mikroprocesorov
- Napájacie konektory ventilátorov mikroprocesorov
- Pätica (banky) po umiestnení operačnej pamäte
- napájací konektor
- Konektory integrovaného rozhrania EIDE
- Prídavný napájací konektor ATX 12V
- sloty PCIExpress
- sloty PCIx
- Blok integrovaných I / O konektorov 2x PS / 2, USB, integrovaná zvuk. karta, sieť. karta, graf. karta, sériové a paralelná bloky, game port, IEEE ...
- Rozhranie integrované graf. karty ak je
- Integrovaný obvod čipsetu
- Napájacie konektory pre ventilátor čipsetu
- Konektor integrovaného rozhrania game port
- Napájacie konektory pre doplnkový ventilátor skrine
- Konektory integrovaných rozhranie SATA
- Panel konektorov pre pripojenie LED diód skrine
- Konektor integrovaného sériového rozhrania COM1, COM2
- Obvody integrovaných prvkov
- Konektory integrovaných rozhranie USB
- Konektor AUX - Power pre dodatočné napájanie zákl. dosky
BIOS (Basic Input Output System)
- základné I / O systém, ktorý slúži na komunikáciu HW s OS
- program - firmware
- ROM - Read Only Memory
- flash ROM: - AMI, ploemix, AWARD (energeticky nezávislá)
- Setup - CMOS - ktorá je energeticky závislá (batérie)
Procesory CPU
- zákl. jednotka počítača
- log. automat na spracovanie informácií
- procesor obsahuje - ALU - aritmetická logickú jednotku
- radič - riadiaca časť
- registre - rýchle pamäte
rozdelenie CPU
- CISC (Complete instructioon set computer) - úplná sada inštrukcií
- univerzálne
- v osobných počítačoch
- RISC (Reduced instruction set computer) - obmedzená sada inštrukcií
- jednoduchšia konštrukcia
- rýchlejší
- lacnejšie
- jednoúčelové
- použitie servery
laserové tlačiarne
v osobných počítačoch
- servery
- laserové tlačiarne
- v osobných počítačoch
- rýchlosť - taktovacia frekvencia [Hz] ~ GHz
- efektivita mikrokódu - Počet krokov potrebných na vykonanie operácie
- numerický koprocesor - jednotka zaisťujúce operácie v pohyblivej rádovej čiarke
- Počet inštrukčných kanálov - koľko operácií sa môže vykonať v jednom takte procesora
- Šírka slová - maximálny počet bitov ktoré môže CPU spracovať počas jednej operácie
- Šírka prenosu dát - daná počtom bitov dátovej zbernice
- maximálny počet bitov, ktoré môžu byť prenesené behom jednej operácie z alebo do procesora
- Interná cache pamäť (L2) - vyrovnávacia pamäť
- pamäť medzi operačnou pamäťou a CPU
- porovnanie dát z RAM do CPU, čím väčšie, tým kratšiu dobu CPU čaká
- Veľkosť adresované pamäte - maximálna veľkosť operačnej pamäte, ktorá je prístupná procesora, ktorú dokáže adresovať
- * Počet jadier * - počet CPU v jednom integrovanom obvode
(1-3 -> inštrukčnej cyklus)
inštrukcie
- Predpis na vykonanie nejakej (väčšinou jednoduché) činnosti realizovateľný priamo technickým vybavením počítača (napr. Pripočítanie jedničky, uloženie hodnoty do pamäte a pod.)
- Prenos všetkých údajov sa vykonáva po vnútornej zbernici a preto sa tejto štruktúre hovorí zbernicová
Aritmetická logická jednotka (ALU)
- vykonáva všetky aritmetické a logické operácie
- spracováva sa paralelne
Blokové schéma ALU
- základný register v procesore
- vykonáva sa v ňom zákl. výpočty
- výsledok zo střadače sa uloží do operačnej pamäte
Priamo na výstup (monitor)
Do zápisníkovej pamäti ako medzivýsledok
- operačnej pamäte
- Priamo na výstup (monitor)
- Do zápisníkovej pamäti ako medzivýsledok
- operácie v ALU sa vykonáva v dvoch taktoch Obsah střadače sa prenesie do
pomocného registra A a do pomocného registra B sa z operačnej pamäte
prenesie pomocný operand
Obsah registra A sa sčíta s obsahom registra B a výsledok sa prenesie do střadače
- Obsah střadače sa prenesie do pomocného registra A a do pomocného registra B sa z operačnej pamäte prenesie pomocný operand
- Obsah registra A sa sčíta s obsahom registra B a výsledok sa prenesie do střadače
zápisníkovej pamäť
- uložená priamo v procesore, tvorená registre a slúži na ukladanie medzi výsledkov operácií
- u niektorých CPU nahradená jednoúčelovými alebo univerzálnymi registre
Zásobníková pamäť (stack)
- ukazovateľ zásobníka SP
- LIFO - (last in first out) zásobník (napr u pištole - Posledná vnútri prvý vonku)
- zásobník (napr u pištole - Posledná vnútri prvý vonku)
- FIFO - (first in first out) front (prvý vo vnútri prvej vonku)
- front (prvý vo vnútri prvej vonku)
Register podmienok (podmienkový príznaky) Flags
- hodnote indikátora bity
- OV (over flow) - pretečenie
- Z (zero) - nulový výsledok
- C (Carry) - prenos do vyššieho rádu
- AC (Auxillary carry) - prenos pri operácii s BCD číslami
- S (sign) - poznaménkový bit
- P (parity) - parita - počíta párny, nepárny počet jednotiek
Radič
- bloková schéma radiče
Úlohy radiče:
- Dekódovanie typu inštrukcie
- Určenie adresné časti inštrukcie a zaistenie prenosu operandu
- Zaistenie prenosu dát medzi jednotlivými registrami - MOV = presun z C do A presun z registra A do registra B .. A -> C
faze 1
___ ___
____| |____| |___
faze 2
___ ___ ___
____| |__| |__| |___
Delenie radičov:
- Pevné radiče - RISC počet obmedzených inštrukcií
- Mikroprogramovaný radič = Cis - vykonáva každú inštrukciu ako
postupnosť jadnodušších mikroinstrukcí
- Mikroprogram
Prekladač:
- Kompilátor - preloží celý program do stroj. kódu počítača, potom sa môže spustiť
- Interpreter - prekladať program inštrukciu po inštrukciu a zároveň ich vykonáva
Typy inštrukcií:
- aritmetické
- Logické
- Posuvy a rotácie
- presuny
- inštrukcie skokov - nepodmienený - JMP adresa
- podmienečný - JNZ adresa
- riadiaci inštrukcie
- I / O inštrukcia
Článok pre vás napísal David Jančík
Autor je vášnivý programátor. Nezná slovo "nelze", nebojí se zkoušet nepoznané a pronikat do nových technologií.