lerning

Nevodiče, elektrony vázány ke svým atomům, nemohou se pohybovat. Vodiče, elektrony mohou přeskakovat od jednoho atomu k druhému. Polovodiče, elektrická vodivost závisí na vnějších nebo vnitřních podmínkách a dá se změnou těchto podmínek snadno ovlivnit. Základem polovodičových prvků je obvykle krystal křemíku SI. Registry procesoru, čítač instrukcí, IP, instruction pointer, adresa prováděné instrukce v paměti. Registr instrukcí RE obsahuje instrukci načtenou z paměti. Stavové slovo procesoru, FLEK registre, registr příznaků, kde se jednotlivé byty nastavují podle výsledku operace. Střadač, S, obsahuje výsledek provedené instrukce. Index registr, INT, slouží pro modifikaci adresy, přičtení k adrese. Transistor, dvojice přechodů PN, PNPANPN. CPU, Central Processing Unit, zahrnuje, procesor, cache, sběrnici, někdy i RAM. Řadič, načítá strojové instrukce, dekóduje je a řídí činnost procesorů při jejich provádění. Mikrooperace, dílčí operace, například zvýšení obsahu čítače, načtení operandu z hlavní paměti, generování řídících signálů pro ALU, nutná k provedení instrukce. Používá mikrokód, mikroprogram, program, který řídí činnost řadiče. Říkáme, že strojové instrukce jsou mikroprogramem interpretovány a řadič je realizován jako mikroprogramem řízený procesor. CISC rovná se mikroprogramový řadič, obsahuje úplnou sadu strojových instrukcí, potřebují více času. RISC rovná se hardvérově realizovaný řadič, pouze rychlé a jednoduché instrukce, omezená sada instrukcí, větší spotřeba paměti, úspěšné v mobilních zařízeních a superpočítačích. ALU provádí operace s čísly v pevné řádové čárce a bytové logické operace. Operace s čísly provádí, ČPČ, koprocesorem, provádí program. Obvody v ALU, hradla realizující funkce NON, AND a OR, komparátor, testování schody, ekvivalence, vstupů. Sčítačka, sčítání vstupů v doplňkovém kódu, skládá se s N jednobitových sčítaček. Jednobitovou sčítačku lze popsat dva bůlovskými funkcemi. Jednobitová sčítačka, kombinační obvod se vstupy I, V, C a výstupy C a C plus jeden obvod posuvu, shifter, bytový posuv vlevo či vpravo. Paměť počítače. Paměť je zařízení, které slouží k ukládání programů a dat, s nimiž počítač pracuje. Lze rozdělit do tří základních skupin. Registry, paměťová místa na čipu procesoru, používány pro krátkodobé uchování právě zpracovávaných informací. Vnitřní, interní, paměti osazené uvnitř základní jednotky, pomocí polovodičových součástek, právě zpouštěné programy. Vníží, externí, za pomoci výměných médií v podobě disků či magnetických pásek, záznam na magnetickém nebo optickém principu, dlouhodobé uchování informací a zálohování dat. Organizace vnitřní paměti. Vnitřní paměť se skládá z binárních buňek, ty jsou lineárně uspořádány. Jejich pořadové číslo rovná se adresa, díky ní jsou elektronické obvody schopny přečíst obsah. Paměťová buňka rovná se nejmenší samostatně adresovatelná jednotka paměti. RAM paměť. Paměť s náhodným přístupem, dva základní druhy, RVM, Read Write Memory, to jest paměť určená pro zápis a čtení dat ROM, Read Only Memory, paměť určená ke čtení dat, obsah lze měnit jen zvláštným a omezeným způsobem. ROM rovná se uložení BIOSu. PROM, Programmable ROM, obsah pamětí lze jednou, destruktivně, nastavit. EPROM, Erasable PROM, obsah pamětí lze opakovaně nastavit, smazání, paměti pomocí UV záření. EEPROM, Electrically Erasable PROM, obsah pamětí lze opakovaně měnit l, polem, nutné speciální zařízení. FLASH, obsah lze měnit bez nutnosti speciální zařízení, většinou EEPROM či FLASH. Paměti SRAM, static, uchovávají informaci v sobě uloženou podobu, kdy jsou připojeny ke zdroji napájení. Paměti DRAM, dynamic, informace je uložena na kondenzátoru, nutnost provádět refresh. Struktura pamětí počítače, hlavní, operační, paměť je tvořena čipy typu DRAM. Mezi paměť, cache je velmi rychlý paměťový zásobník, typ SRAM, dočasné ukládání dat pro procesor. L1 cache, přímo v procesoru, cache datová a instrukční, desítky KB. L2 cache, na základní desce nebo také v procesoru, stovky KB až několik MB. L3 cache, procesor ji nemusí obsahovat vždy, velikost zřádově MB. Cache s přímým zobrazením, určitý blok je vždy uložen do stejného řádku cache tabulky, pro výběr řádku je třeba dekodér velikosti PX2P. Asociativní cache, blok může být uložen do libovolné řádky cache tabulky, celé číslo bloku rovná setek. Cache s omezenou asociativitou, mezistupněm mezi předešlými cache blok může být uložen jen v jedné skupině, výběr skupiny je přímý, dekodér. System adresace paměti, adresa, fyzická, přenesena na adresní zběrnici, fyzicky adresuje hlavní paměť. Logická, má jí k dispozici proces k adresaci přiděleného adresového prostoru. Efektivní, vzniká modifikací operandu segmentovými registry. Obvyklý postup překladu adres, operand větší než efektivní větší než logická, virtuální větší než fyzická. Adresový prostor, lineární, souvislá, lineární, posloupnost efektivních adres. Segmentový, posloupnost segmentů efektivních adres, mohou mít různou velikost a vzájemně se překrývat. Virtuální, je-li proces větší než fyzická paměť v počítače. Stránkování paměti, virtuální prostor rozdělen na stránky, fyzický rozdělen na stejně velké úseky, rámy, frames, operační systém procesu namapuje jen určitý počet stránek, proces použije virtuální adresu mimo namapovaný prostor rovná se větší než výpadek stránky. Operační systém často mapuje procesu stránky až, když dojde k výpadku. Procesory, bez dynamického překladu adres, adresa se ukládá přímo do adresového buffer. S dynamickým překladem adres, vložena jednotka dat, dynamics address translation, dat překládá logickou adresu na fyzickou. TLB Cache U chovávání právě načtené řádky tabulky stránek jsou procesory vybaveny rychlou vyrovnávací pamětí. Čtení, zápis do paměti probíhá následovně. Adresová jednotka hledá zobrazení adresy stránky na adresu rámů v TLB Cache. Nenajde-li v TLB, hledá v tabulce stránek. Je-li známa fyzická adresa, hledá jí obsah v cache paměti. Není-li v cache, obrátí se na hlavní paměť. Přerušovací systém Přerušení znamená přechod na vykonávání obsluhy přerušení, součást OS. Po ošetření přerušení se procesor vrací k vykonávání původního strojového kódu. Od modulů připojených ke sběrnici může přijít více žádostí o přerušení na jednou rovná se větší než přerušovací systém musí obsahovat řadič přerušení. Víceúrovňový přerušovací systém Systém vybírá přerušující moduly podle předem stanovené priority. Za určitých okolností je třeba některá přerušení maskovat nastavením masky přerušení nebo zvýšením úrovně, na které pracuje procesor. Moduly žádají o přerušení signálem INT potvrzení INTA. Některé procesory mají nemaskovatelné přerušení, přerušení technikou. Řetězení modul blíže k procesoru má vyšší prioritu. Samostatné žádosti řadič zažádá procesor o přerušení signálem INT, procesor může měnit prioritu modulů. Zběrnice a komunikace po zběrnici Zběrnice rovná se komunikační cesta, soustava vodičů, která spojuje dvě či více zařízení. Pouze jedno ze zařízení vloží na zběrnici data, pokud vyšle data více zařízení současně, data jsou zničena. Paralelní zběrnice využívá více vodičů k přenosu více bytů současně, při ISA-PCI. Sériová zběrnice přenáší data po jednom bytu, při I2C-SPI. Připojování obvodů ke společné zběrnici Obvody s otevřeným kolektorem, nekomunikující zařízení nevysílá žádná data ani neinterferuje s ostatními. Třístavové obvody, paralelní zběrnice mají své výstupy ve stavu vysoké impedance, tím umožňují ostatním používat zběrnici. Typy přenosů po zběrnici, paralelní přenosy, synchronní přenos, data jsou přenášena současně s hodinovým signálem. Rychlé, ale vyžaduje hodně vodičů. A synchronní přenos, data jsou přenášena bez hodinového signálu, používají start a stop byty. Méně vodičů, ale pomalejší. Sériové přenosy, synchorní sériový přenos, rychlý přenos mezi master a slave zařízeními pomocí hodinového signálu a datových vodičů. Používá dva vodiče a umožňuje komunikaci mezi více zařízeními. A synchronní sériový přenos, data přenášena s použitím start a stop bytů. Half-duplex a full-duplex přenosy. Half-duplex, data mohou být přenášena v obou směrech, ale nesoučasně. Full-duplex, data mohou být přenášena v obou směrech současně, pří. Ethernet, broadcast a multicast přenosy. Broadcast, data jsou vysílána z jednoho zařízení a přijímána všemi ostatními. Multicast, data jsou vysílána z jednoho zařízení specifické skupině zařízení. Přímý přístup do paměti DMA. DMA, data jsou přenášena přímo mezi pamětí a zařízeními bez zásahu cpu. Rychlý a efektivní přenos. Adresace I.O. modulu. Paměťově mapované I.O. moduli. I.O. moduli se adresují jako buňky hlavní paměti. Oddělené, izolované I.O. moduli. K odlišení adresy HP a I.O. modulu se používá řídící signál. Nejdůležitější stavy. Online zařízení je v provozu. Offline zařízení je mimo provoz. Busy zařízení plní jinou činnost, je třeba čekat. Rýdy zařízení je schopno plnit nový požadavek. Způsoby řízení přídavných zařízení. Programové řízení. Procesor opakovaně čte stavový registr I.O. modulu, dokud není zařízení ve stavu rýdy. Řízení pomocí přerušení. Procesor vydá příkaz I.O. modulu k načtení dat z vnějšího zařízení do datového registru. I.O. kanál, řízen kanálovým programem, využívá samostatní procesor, který může měnit formát přenášených dat. Technologie výroby integrovaných obvodů. Unipolární transistory. MOSFET s indukovaným kanálem, hodivým kanálem. Kanál typu N rovná se NMOS. Kanál typu P rovná se PMOS. Integrované obvody. Integrovaný obvod, čip, je čtvrcová destička křemíku v pouzdru s určitým počtem nožiček, pinů. Stupeň integrace čipu. SSI, Small Scale Integration, od 1 až 10 hradel. MSI, Medium Scale Integration, od 10 až 100 hradel. LSI, Large Scale Integration, od 100 až 10000 hradel. VLSI, Very Large Scale Integration, 100 000 hradel plus. Technologie integrovaných obvodů. TTL, Transistor-Transistor Logic, vypolární transistory, velmi rychlé malé paměti. ECL, Emitter Suppled Logic, vypolárními transistory, rychlé paměti RVM. Limity v konstrukci obvodů. Morův zákon rovná se přibližně každých 18 měsíců se zdvojnásobuje počet transistorů, které tvoří jeden čip, dnes jsou jich na běžném čipu desítky až stovky milionů. Současné technologie. Značky transistorů MOS s vodivým kanálem, MOS s induktovaným kanálem, křemíkový wafer. Nastupující technologie. Nanotechnologie, především se zabývá strukturami, v nichž geometrický rozměr je v úrovni stonům a menší. Cílem je tak napodobení evolučních postupů přírody precizním skládáním jedné molekuly k druhé. Paralelní systémy, paralelně zpracovává více samostatných úloh, procesů nebo úlohu automaticky rozdělí do menších částí a ty zpracovává. Bytový paralelismus zvyšuje šířku datové cesty při přechod z 8-bytových na 16-bytové procesory. Instrukční paralelismus umožňuje provádění více instrukcí současně. Hrubozrná granularita na úrovni procesů, jednodušší implementace, méně efektivní. Jemnozrná granularita na úrovni příkazů, do systému vstupuje jeden nebo více toků dat.