Chapt 02 Shqip

Pergatiti: Roland Vasili – Bazuar në Slidet e Kip Irvine

Leksione 3 dhe 4

Arkitektura e Proçesoreve Intel IA-32


2

Çeshtjet që do shqyrtohenÇeshtjet që do shqyrtohen

• Koncepte të përgjithshme

• Arkitektura e Proçesorëve IA-32

• Menaxhimi i Kujteses në IA-32

• Komponentët e një Mikrokompjuteri në IA-32

• Sistemi i Hyrje-Daljes(Input-Output)


3

Koncepte të përgjithshmeKoncepte të përgjithshme

• Konstruksioni themelor i një mikrokompjuteri• Cikli i ekzekutimit të një instruksioni• Leximi nga Kujtesa• Si ekzekutohen programet


4

Konstruksioni themelor i një mikrokompjuteriKonstruksioni themelor i një mikrokompjuteri

• Sahati(clock) sinkronizon operimet e CPU-së• Njësia e kontrollit(CU) koordinon sekuencën e hapave të ekzekutimit• ALU kryen përpunime aritmetike dhe logjike


5

Sahati(Sahati(ClockClock))

• Sinkronizon të gjitha operimet e CPU-së dhe BUS-it• Cikli(i sahatit) i makinës mat kohen e një operimi të

vetëm• Sahati(clock) përdoret për të shkaktuar ndodhi(events)

one cycle

1

0


6

Në vazhdimNë vazhdim







7

Cikli i ekzekutimit të Cikli i ekzekutimit të InstruInstruksksionionitit

• Fetch• Dekodo• Operandët Fetch• Ekzekuto• Ruaj daljen


8

PipePipezimzim Shumë-Fazor(Shumë-Fazor(Multi-StageMulti-Stage))

• Pipezimi bën të mundur që proçesorët të ekzekutojnë instruksionët në paralel

• Ekzekutimi i instruksioneve ndahet në stade të fundme

Shembull i një proçesori të papipezuar.

Shumë cikle të shpërdorura.


9

EEkzkzeekkutiutimi i mi i PipePipezuarzuar

• Përdorim më eficient i cikleve, levizje më e madhe instruksionesh:

Për k gjendje dhe n instruksione, numri i cikleve të nevojshme është:

k + (n – 1)


10

CCikiklele të Shpërdorura të Shpërdorura ( (të të pipepipezuarazuara))

• Kur një nga stadet kërkon dy ose më shumë cikle sahati, ciklet e sahatit përsëri shpërdorohen.

Për k gjendje dhe n instruksione, numri I cikleve të nevojshme është:

k + (2n – 1)


11

Proçesorë Proçesorë SupersSuperskkalaralar

Një proçesor superscalar ka pipëza shumëfishe ekzekutimi. Në figurën që vijon, vini re që Stadi S4 ka pipëza nga e majta dhe e djathta (u dhe v).

Për k gjendje dhe n instruksione, numri I cikleve të nevojshme është:

k + n


12

Leximi nga KujtesaLeximi nga Kujtesa

• Për të lexuar nga kujtesa nevojiten cikle shumëfishe makine, për arsye se reagon shumë më ngadalë se CPU-ja. Hapat janë:• adresa vendoset në linjën(bus) e adresave • Read Line (RD) vendoset në nivel të ulet• CPU pret bjë cikël për të reaguar kujtesa• Read Line (RD) bëhet 1, duke treguar që të dhenat ndodhen në

linjën e të dhenave(data bus)

Cycle 1 Cycle 2 Cycle 3 Cycle 4

Data

Address

CLK

ADDR

RD

DATA


13

Kujtesa e Fshehtë(Kujtesa e Fshehtë(Cache MemoryCache Memory))

• Kujtesë RAM me shpejtësi të lartë shumë e shtrenjtë brenda dhe jashtë CPU-së.• Level-1 cache: brenda CPU-së

• Level-2 cache: jashtë CPU-së

• Cache hit: kur të dhenat që do lexohen ndodhen në kujtesën e fshehtë(cache)

• Cache miss: kur të dhenat që do lexohen nuk ndodhen në kujtesën e fshehtë(cache).


14

Si ekzekutohet një programSi ekzekutohet një program


15

MultitaskingMultitasking

• OS mund të ekzekutojë shumë programe njëkohësisht.

• Shumë fije ekzekutimi të të njëjtit program.• Ndihmesa Scheduler i jep një sasi të dhenë kohe prej

kohës së disponueshme të proçesorit(CPU) secilit program që ekzekutohet.

• Kalimi i menjëhershëm nga një detyrë në tjetrën• jep iluzionin se të gjitha programet ekzekutohen

njëkohësisht

• proçesori duhet të suportojë “task switching”.


16

Arkitektura e Proçesorëve Arkitektura e Proçesorëve IA-32IA-32

• Mënyrat e operimit• Ambjenti themelor i ekzekutimit• Njësia e pikës së lëvizshme(Floating-point Unit)• Historia e Mikroproçesorëve Intel


17

MMënyra ënyra OperiOperimimi

• Mënyra e Mbrojtur(Protected mode)• Mënyra natyrale(Windows, Linux)

• Mënyra Reale e adresimit(Real-address mode)• mund të përdoret për ekzekutimin e një programi MS-

DOS që i nevojitet akses direkt te kujtesa e sistemit dhe paisjet hardware

• Mënyra Menaxhim Sistemi (System management mode)• Menaxhim energjie, siguria e sistemit, diagnoza

• Mënyra Virtuale 8086 (Virtual-8086 mode)• hibride e Mënyrës së Mbrojtur

• çdo program ka kompjutërin e vet 8086


18

Ambjenti themelor i Ambjenti themelor i eekzkzeekkutiutimitmit

• Kujtesë e adresueshme• Regjistrat me përdorim të përgjithshëm• Regjistrat Index dhe Base• Përdorim i Specializuar regjistri• Flamujtë e gjendjes (Status flags)• Regjistrat Floating-point, MMX, XMM


19

Kujtesë e Kujtesë e AdresAdresueshmeueshme

• Në Protected mode• 4 GB

• 32-bit adresa

• Në mënyrat Real-address dhe Virtual-8086• 1 MB hapësirë

• 20-bit adresa


20

Regjistrat me përdorim të përgjithshëmRegjistrat me përdorim të përgjithshëm

CS

SS

DS

ES

EIP

EFLAGS

16-bit Segment Registers

EAX

EBX

ECX

EDX

32-bit General-Purpose Registers

FS

GS

EBP

ESP

ESI

EDI

• vendndodhje magazinash me shpejtësi të lartë brenda CPU-së

• shpejtësi shumë më e lartë nga kujtesat konvencionale


21

AAksksesiesimi mi PPjesor ijesor i Reg Regjjistristraveave

• Përdoret emër 8-bit, emër 16-bit, ose emër 32-bit• Aplikohet te EAX, EBX, ECX, dhe EDX


22

RegRegjjistristrat at Index dIndex dhehe Base Base

• Disa regjistra kanë vetëm një emër 16-bit për gjysmën e tij të ulët:


23

Disa Përdorime të Disa Përdorime të SpecializSpecializuaruar RRegegjjistristri i (1 (1 nganga 2) 2)

• General-Purpose• EAX – accumulator• ECX – numëruesi i ciklit• ESP – stack pointer• ESI, EDI – index registers• EBP – extended frame pointer (stack)

• Segment• CS – code segment• DS – data segment• SS – stack segment• ES, FS, GS – segmente shtesë


24

• EIP – instruction pointer• EFLAGS

• status and control flags

• çdo flag është një bit i vetëm binar

Disa Përdorime të Disa Përdorime të SpecializSpecializuaruar RRegegjjistristri i ((22 nganga 2) 2)


25

Flamujtë e Gjendjes(Flamujtë e Gjendjes(Status FlagsStatus Flags))• Carry

• aritmetikë pa shenjë jashtë rangut• Overflow

• aritmetikë me shenjë jashtë rangut• Sign

• rezultati është negativ• Zero

• rezultati është zero• Auxiliary Carry

• Mbartje nga biti 3 te biti 4• Parity

• Shuma e 1-biteve është numër çift


26

RegRegjjistristratat Floating-Point, MMX, XMM Floating-Point, MMX, XMM

• Tetë 80-bit regjistra të dhenash floating-point

• ST(0), ST(1), . . . , ST(7)

• Përdoret për gjithë aritmetikën me pikë të levizshme(floating-point)

• Tetë regjistra 64-bit MMX

• Tetë regjistra 128-bit XMM për veprime single-instruction multiple-data (SIMD)


27

HistorHistoria e ia e Mi Mikkroproroproççesoresorëve ëve IntelIntel

• Intel 8086, 80286• Familja e proçesorëve IA-32• Familja e proçesorëve P6• CISC dhe RISC


28

MiMikkroproroproççesoresorët e Parë ët e Parë IntelIntel

• Intel 8086/8088• IBM-PC ka përdorur 8088• 1 MB RAM e Adresueshme• 16-bit regjistra• 16-bit data bus (8-bit për 8088)• Njësi e veçantë floating-point (8087)


29

IBM-ATIBM-AT

• Intel 80286• 16 MB RAM e Adresueshme• Kujtesë e Mbrojtur• Shumë herë më e shpejtë se 8086• paraqitet IDE bus architecture• 80287 floating point unit


30

Intel IA-32 FamilyIntel IA-32 Family

• Intel386• 4 GB RAM e Adresueshme, 32-bit

regjistra, faqimi (kujtesa virtuale)

• Intel486• instruction pipelining

• Pentium• superscalar, 32-bit address bus, 64-bit

internal data path


31

Familja Familja Intel P6Intel P6

• Pentium Pro• Teknika të avancuara optimizimi në microcode

• Pentium II• MMX (multimedia) instruction set

• Pentium III• SIMD (streaming extensions) instructions

• Pentium 4 and Xeon• Intel NetBurst micro-architecture, e akorduar për

multimedia


32

CISC dCISC dhehe RISC RISC

• CISC – complex instruction set• set i madh instruksionesh• operime high-level• kërkon microcode interpreter• shembuj: familja Intel 80x86

• RISC – reduced instruction set• i thjeshtë, instruksione atomic• set i vogël instruksionesh• të ekzekutuar direkt nga hardware• shembuj :

• ARM (Advanced RISC Machines)

• DEC Alpha (tani Compaq)


33








34

Menaxhimi i Kujteses në IA-32Menaxhimi i Kujteses në IA-32

• Mënyra Reale e Adresimit(Real-address mode)• Llogaritja e Adresave Lineare• Protected mode• Modeli Shumë-segmentesh• Faqimi(Paging)


35

Mënyra Reale e Adresimit(Real-address Mënyra Reale e Adresimit(Real-address mode)mode)

• Maksimalisht 1 MB RAM e adresueshme• Programet Aplikative mund të aksesojnë

çdo hapësirë të kujtesës• Single tasking• E suportuar nga sistemi operativ MS-DOS


36

Kujtesë e Kujtesë e SegmentSegmentuaruar

Adresimi i kujtesës së segmentuar: adresa absolute (linear) është një kombinim i një vlere 16-bit segmenti e shtuar një ofseti 16-bit

Ad

resa

line

are

një segment


37

Llogaritja e Llogaritja e AAdresave dresave LLineareineare

• Një adresë segmenti të dhenë, shumëzojeni me 16 (shtoni një zero hexadecimal), dhe shtojeni ate te ofseti

• Shembull: konvertoni 08F1:0100 në një adresë lineare

Vlera e rregulluare Segmentit : 0 8 F 1 0

Shto ofsetin: 0 1 0 0

Adresa Lineare: 0 9 0 1 0


38

Rradha JuajRradha Juaj. . .. . .

Cila adresë lineare i korrespondon adresës me segment/offset 028F:0030?

028F0 + 0030 = 02920

Përdorni gjithmonë shënimin hexadecimal për adresat.


39

Rradha JuajRradha Juaj. . .. . .

Cila adresë segmenti i korrespondon adresës lineare 28F30h?

Many adresa të ndryshme segment-offset mund të prodhojnë adresën lineare 28F30h. Për shembull:

28F0:0030, 28F3:0000, 28B0:0430, . . .


40

Mënyra e Mbrojtur(Mënyra e Mbrojtur(Protected ModeProtected Mode)) (1 (1 nganga 2) 2)

• 4 GB RAM e adresueshme • (00000000 to FFFFFFFFh)

• Çdo programi i jepet nje ndarje kujtese që është e mbrojtur nga programet e tjera

• E ndërtuar për multitasking• Suportohet nga Linux & MS-Windows


41

• Tabela përshkrimi për Segmentin• Struktura e Programit

• Hapësirë kodi, të dhenash, dhe stive

• CS, DS, SS segment descriptors

• global descriptor table (GDT)

• Programet MASM përdorin modelin e kujtesës flat të Microsoft

Mënyra e Mbrojtur(Mënyra e Mbrojtur(Protected ModeProtected Mode)) (1 (1 nganga 2) 2)


42

Flat Segment ModelFlat Segment Model

• Single global descriptor table (GDT).• Të gjitha segmentet planifikohen te e gjithë hapësira e

adresave 32-bit


43

Multi-Segment ModelMulti-Segment Model

• Çdo program ka një local descriptor table (LDT)• mban descriptor për çdo segment të përdorur nga programi


44

Faqimi(Faqimi(PagingPaging))

• Suportohet direkt nga CPU• Ndan çdo segment në blloqe 4096-byte të quajtura

faqe• Shuma e të gjitha programeve mund të bëhet më e

madhe kujtesa natyrale• Një pjesë e programit që ekzekutohet ndodhet në

kujtesë, dhe një pjesë në disk• Virtual memory manager (VMM) – ndihemsë e

Sistemit Operativ që menaxhon ngarkimin dhe shkarkimin e faqeve

• Page fault – emetohet nga CPU kur faqja duhet të ngarkohet nga disku


45








46

Komponentët e një Mikrokompjuteri në IA-32Komponentët e një Mikrokompjuteri në IA-32

• Motherboard• Dalja Video• Kujtesa• Portat e Hyrje-Daljes(Input-output)


47

MotherboardMotherboard

• CPU socket• External cache memory slots• Main memory slots• BIOS chips• Sound synthesizer chip (me opsion)• Video controller chip (me opsion)• IDE, parallel, serial, USB, video, keyboard, joystick,

network, dhe mouse connectors• PCI bus connectors (karta zgjeruese)


48

Intel D850MD MotherboardIntel D850MD Motherboard

dynamic RAM

Pentium 4 socket

Speaker

IDE drive connectors

mouse, keyboard, parallel, serial, and USB connectors

AGP slot

Battery

Video

Power connector

memory controller hub

Diskette connector

PCI slots

I/O Controller

Firmware hub

Audio chip

Burimi: Intel® Desktop Board D850MD/D850MV Technical Product Specification


49

Video OutputVideo Output

• Video controller• mbi motherboard, ose mbi expansion card• AGP (accelerated graphics port technology)*

• Video memory (VRAM)• Video CRT Display

• përdor skanim raster• horizontal retrace• vertical retrace

• Monitorë Direkt dixhital LCD• Nuk ka nëvojë të përdor skanim raster


50

SShembullhembull Video Controller (ATI Corp.) Video Controller (ATI Corp.)

• 128-bit 3D graphics performance powered by RAGE™ 128 PRO

• 3D graphics performance

• Intelligent TV-Tuner with Digital VCR

• TV-ON-DEMAND™

• Interactive Program Guide

• Still image and MPEG-2 motion video capture

• Video editing

• Hardware DVD video playback

• Video output to TV or VCR


51

KujtesaKujtesa

• ROM• read-only memory

• EPROM• erasable programmable read-only memory

• Dynamic RAM (DRAM)• e lirë; duhet rifreskuar në menyrë konstande

• Static RAM (SRAM)• e shtrenjtë; përdoret për cache memory; nuk ka nevojë

për rifreskim• Video RAM (VRAM)

• dual ported; i optimizuar për constant video refresh• CMOS RAM

• complimentary metal-oxide semiconductor• Informacion për nisjen e sistemit


52

PortPortat e Hyrje-Daljes(at e Hyrje-Daljes(Input-OutputInput-Output))

• USB (universal serial bus)• lidhje inteligjente high-speed me paisje

• deri në 480 megabits/sekondë

• USB hub lidh shumë paisje(devices)

• enumeration: compjuteri pyet paisjet

• suporton lidhje të nxehta(hot connections)

• Paralel• kabëll i shkurtër, high speed

• zakonisht për printera

• transferim bidirectional, parallel të dhenash


53

PortPortat e Hyrje-Daljes(at e Hyrje-Daljes(Input-OutputInput-Output))((vazhdimvazhdim))

• Serial• RS-232 serial port

• një bit njëherësh

• Përdor kabëll të gjatë dhe modeme

• Programmohet në gjuhë assembly


54








55

Nivelet e Hyrje-Daljes(Nivelet e Hyrje-Daljes(Input-OutputInput-Output levels) levels)

• Niveli 3: Thërret një funksion librarie (C++, Java)• e lehtë të bëhet; i abstraktuar nga hardware; detajet fshihen• përformancë më e ulët

• Niveli 2: Thërret një funksion të sistemit operativ• Specifik te SO; i pavarur nga paisja(device-independent)• përformancë mesatare

• Niveli 1: Thërret një funksion BIOS (basic input-output system)• Nëvojiten dije mbi hardware• Zakonisht përformancë e mirë

• Niveli 0: Komunikon direkt me hardware• Mund të mos lejohet nga disa sisteme operative


56

Afishimi i një Vargu me KAfishimi i një Vargu me Karaaraktktereree

Kur një HLL program afishon një varg karakteresh, kanë vend hapat që vijojnë:


57

Nivelet e Programimit ASM Nivelet e Programimit ASM

Programet ASM mund të kryejnë hyrje-dalje në secilin nga nivelet që vijojnë:


58

SummarySummary

• Njësia Qendrore e Përpunimit (CPU)• Njësia Aritmetike Logjike (ALU)• Cikli i ekzekutimit të Instruksionit• Multitasking• Floating Point Unit (FPU)• Seti Kompleks i Instruksioneve• Menyra Reale(Real mode) dhe Menyra e

Mbrojtur(Protected Mode)• Komponentët e Motherboard-it• Tipe Kujtese• Input/Output dhe nivelet e aksesit


59

42 69 6E 61 72 7942 69 6E 61 72 79

Documents

Chapt 02 Shqip