Click here to load reader

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

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Technologie Informacyjne - Mikroprocesor · PDF file Federico Faggin Zawarcie wszystkich...

  • 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

Search related