Technologie Informacyjne - Mikroprocesor · PDF file Federico Faggin Zawarcie wszystkich podzespoów wchodzcych w skad CPU w jednym chipie dao pocztek ery mikroprocesorów. Federico

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Technologie Informacyjne Mikroprocesor

Adam Krasuski

Szkoła Główna Służby Pożarniczej Zakład Informatyki i Łączności

November 7, 2016

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

1 Model von Neumanna

2 ALU

3 CPU

4 Cykl rozkazów

5 Kodowanie rozkazów

6 Programowanie

7 Mikroprocesor

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Programowanie wczesnych komputerów

Programowanie wczesnych komputerów (np. ENIAC) polegało na fizycznym przełączaniu przewodów.

Pamięć była wykorzystywana tylko do przechowywania danych przetwarzanych przez program.

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

John von Neumann (1903 - 1957)

inżynier chemik, fizyk, matematyk i informatyk

Obecne komputery realizują model zaproponowany przez Johna Von Neumanna w 1946 r.:

- Procesor (Central Processing Unit CPU) wykonuje program zbudowany ze skończonej, zdefiniowanej dla danej architektury listy rozkazów.

- Program oraz dane są przechowywane w pamięci.

Komputer według Johna Von Neumanna

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

We/Wy

magistrala sterująca

magistrala adresowa

magistrala danych

Elementy systemu mikroprocesorowego

MikroprocesorPamięć Układy Wejścia-Wyjścia

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Magistrale

Wszystkie moduły są połączone za pośrednictwem magistral, które służą do przesyłania:

- danych, - adresów, - sygnałów sterujących

magistrala danych

magistrala adresowa

magistrala sterująca

Szyna główna

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Schemat blokowy komputera

Układy We/wy Pamięć

Program

Dane

Mikroprocesor

Układ sterowania

ALU

Rejestry

Dane

Sterowanie

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Arithmetic Logic Unit

ALU

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Rejestry przesuwające

R0 R1

R0 R1

OUT

IN

IN

OUT

R

L

SHR

SHL

8 bit in

8 bit in

8 bit out

8 bit out

CI

CI

CO

CO

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

y a b

EXOR

a b y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

y a b

równe a większe

równe a większe

00011111 00100000a

b

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

EXOR

OR

AND

NOT

E

E

E

E

E

E

E

3x8

SHL

ADD

SHR

Z

a

b y

op

ci

co

a większe równe

zero

ALU

ALU op

ci b a y

coa większe równe zero

000 ADD Dodaj 001 SHR Przesuń w prawo 010 SHL Przesuń w lewo 011 NOT Zaprzeczenie 100 AND Iloczyn 101 OR Suma 110 XOR Exclusive or 111 CMP Porównaj

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

CPU

ALU

MAR

R1 R2 R3R0

R A

M

bus 1

TMP

A B

ACC

s e s e s e s e

CU Układ

sterowania

s

e s

e s

op

co a> eq z

s

źródło: na podstawie [1]

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Zegar

Clock

clk clk d

clk clk d clk e

clk s

Clock clk clk e clk s

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Stepper Stepper

krok 1

krok 2

krok 3

krok 4

krok 5

krok 6

krok 7

clk reset

clk

krok 1

krok 2

krok 3

krok 4

krok 5

krok 6

krok 7

źródło: na podstawie [1]

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

CU

Stepper clk

clk s

clk e reset

źródło: na podstawie [1]

1 2 3 4 5 6 7

Clock

RAM ACC R0 R1 R2

R3

R0 R1 R2 R3

TMP RAM ACC MAR

do ALU

bus1

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

CU

Stepper clk

clk s

clk e reset

źródło: na podstawie [1]

1 2 3 4 5 6 7

Clock

RAM ACC R0 R1 R2

R3

R0 R1 R2 R3

TMP RAM ACC MAR

do ALU

bus1

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

CPU

ALU

MAR

R1 R2 R3R0

R A

M

bus 1

TMP

A B

ACC

s e s e s e s e

CU Układ

sterowania

s

e s

e s

op

co a> eq z

s

źródło: na podstawie [1]

IRIAR s e s

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Cykl rozkazowy mikroprocesora

Pobierz rozkaz

Zwiększ licznik rozkazów

Zdekoduj rozkaz

Wykonaj rozkaz Faza wykonania

Faza pobrania

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

CU

źródło: na podstawie [1]

Stepper clk

clk s

clk e reset

1 2 3 4 5 6 7

Clock

IAR RAM ACC ACC

IAR MAR

do ALU

bus1 IR

IR s

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Cykl rozkazów

MAR

IARACC

ALU

IR

bus1 1

MAR

IARACC

ALU

IR

bus1

MAR

IARACC

ALU

IR

bus1

1 2

3

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Kodowanie rozkazów - ALU

Operacja

000 - ADD 001 - SHL 010 - SHR 011 - NOT 100 - AND 101 - OR 110 - XOR 111 - CMP

Rejestr Instrukcji

Rejestr A

00 - REG 0 01 - REG 1 10 - REG 2 11 - REG 3

Rejestr B

00 - REG 0 01 - REG 1 10 - REG 2 11 - REG 3

Instrukcja ALU

1

28=256 rozkazów

ADD REG1 REG2 1 000 01 10

10000110

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Kodowanie rozkazów - inne

0 - ŁADUJ 1 - ZAPISZ

Rejestr Instrukcji

Rejestr A

00 - REG 0 01 - REG 1 10 - REG 2 11 - REG 3

Rejestr B

00 - REG 0 01 - REG 1 10 - REG 2 11 - REG 3

Instrukcja ŁADUJ/ZAPISZ

0

LD REG1 REG2 0 000 01 10

00000110

0 0

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

CU

źródło: na podstawie [1]

Stepper clk

clk s

clk e reset

1 2 3 4 5 6 7

Clock

IAR RAM ACC ACC

IAR MAR

do ALU

bus1 IR

IR s

U kład

kom binacyjny

Adam Krasuski Technologie Informacyjne

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

CPU

ALU

MAR

R1 R2 R3R0

R A

M

bus 1

TMP