Architektura systemów komputerowych



Pobieranie 0.61 Mb.
Strona1/7
Data28.01.2018
Rozmiar0.61 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7



1

HISTORIA URZĄDZEŃ LICZACYCH:



  • Liczydło

  • 18 wiek – sumator:

  • 1842 – Pascal – sumator szeregowy, dodawanie cyfra po cyfrze

  • 1871 – G. W. Leibnitz – sumator równoległy – sumowanie cyfr odbywało się jednocześnie – możliwe obliczenia prostych iloczynów

  • 19 wiek:

  • 1812 – Babbage – model maszyny różnicowej, obliczenia tablic funkcji matematycznych

  • 1833 – Babbage – projekt maszyny analitycznej – idea sterowania sekwencyjnego – karty dziurkowane, zrealizowane z powodu trudności finansowych niskiego stanu techniki

  • 1877 – USA – sumator klawiszowy

  • 20 wiek:

  • 1920 – arytmometr elektryczny

  • 1944 – Mark1 – maszyna licząca oparta na przekaźnikach elektromagnetycznych – sponsorowana przez IBM

  • Bell5 – Bell telecom

  • 1946 – USA – ENIAC (początek informatyki): 17000 lamp elektronowych, zegar 100khz, 5000 dodawań na sekundę, sterowanie sekwencyjne, system dziesiętny, pamięć do przechowywania liczb

  • 1945 – UAS – maszyna sekwencyjna ze sterowaniem wewnętrznym (wymienny program w pamięci wraz z danymi

  • 1947 – 1949 – EDSAC i EDVAC – wg. koncepcji Neumanna

Komputery pierwszej generacji:

  • lampowe

  • programowanie w języku wewnętrznym (0,1)

  • 1951 – UNIVAC – system dziesiętny, pamięć rtęciowa

  • 1953 – IBM701 – system dwójkowy, pamięć elektrostatyczna

  • 1958 – UMC1 – skonstruowany na Politechnice Warszawskiej, produkowany seryjnie, pierwszy komputer w Lublinie

  • Komputery drugiej generacji:

  • 1949 – pierwszy tranzystor i kompozycja oparta na nich, pamięć na rdzeniach ferrytowych, powstają pierwsze translatory

  • 1955 – TRADIC – zbudowany na tranzystorach

  • 1956 – TX0 – programowalny komputer ogólnego przeznaczenia

  • 1958 – Seymon Cray – CDC1608 – superkomputer tranzystorowy

  • 1962 – Odra1003 – polski komputer tranzystorowy, pamięć ferrytowa

  • 1959 – IBM seria 7000 – 64-bitowe słowo, pierwszy raz użyto zwrotu ARCHITEKTURA KOMPUTERA (jest to funkcjonalny wygląd komputera przeznaczony dla jego użytkowników – definicja z 1964 r.)

  • Komputery trzeciej generacji:

  • komputery na układach scalonych SSI, MSI, (zmniejszenie rozmiarów i poboru mocy, zwiększenie niezawodności), konsola operatora (klawiatura, monitor), systemy operacyjne, rozwój algorytmicznych języków programowania, podział na hardware i software

  • 1958 – pierwszy obwód scalony (Texas Instruments)

  • 1954 – FORTRAN - język programowania IBM

  • 1960 – PDP1 – pierwszy mikrokomputer wyprodukowany przez DEC

  • 1965 – PDP8

  • 1967 – nowa seria Odra 1300 w Polsce we współpracy z ICL

  • Komputery czwartej generacji:

  • oparte na układach scalonych LSI, VLSI, procesor jest pierwszym układem scalonym, rozpowszechnianie się pamięci operacyjnych, dyski elastyczne, rozwój oprogwamowania

  • 1969 – UNIX dla PDP

  • 1970 – Pascal

  • 1971 – Intel 4004 – 4 bitowy

  • 1974 – Intel 8080 i Motorola 68000

  • 1976 – Apple1 i superkomputer Cray1 o architekturze wektorowej

  • 1977- Microsoft

  • 1978 – Intel 8086 – 16 bitwy

  • 1980 ZX80

PARAMETRY KOMPUTERA:



  • Mips – mega instruction per second

  • Mtlops – mega floaming point operations (ilość operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę)

  • Superkomputer to system komputerowy o najwyższej z pośród dostępnych w danym czasie maszyn o mocy obliczeniowej

  • Komputery piątej generacji – koniec lat 80-tych

  • Rozwój technik komputerowych następuje w kierunkach:

  • szukanie nowych architektur komputerów, RISC, potokowe, wieloprocesorowe i inne

  • dalsza budowa superkomputerów i sieci komputerowych

  • szybki rozwój technik minikomputerów

Generacje komputerów:

  • zerowa:

  • maszyny mechaniczne i elektromechaniczne

  • pierwsza:

  • od 1946 roku – maszyny lampowe

  • druga;

  • lata 50-te – maszyny tranzystorowe

  • trzecia:

  • lata 60-te – układy SSI i MSI

  • czwarta:

  • lata 70-te – LSI i VLSI

  • piąta:

  • koniec lat 80-tych

Klasyczna koncepcja komputera (Von Neumann):
Procesor Pamięć

Urządzenia zewnętrzne


Użytkownik


  • Informacje w komputerze:

  • informacje (dane i rozkazy) w komputerze są przedstawiane w postaci słów binarnych

  • słowo binarne – dowolny skończony, uporządkowany ciąg symboli 0 lub 1 (bitów)

  • długość słowa bitowego określa ilość znaków we słowie

  • w komputerze długość słowa wpływa zwykle na długość jego wszystkich rejestrów

  • Procesor – uniwersalny układ cyfrowy przetwarzający informacje

  • przetwarza informacje wykonując na niej elementarne operacje

  • instrukcje – rozkaźniki

  • ciąg instrukcji- program

  • w celu wykonania przetwarzania informacji do procesora należy dostarczyć dane WE oraz program

Uproszczony model procesora:

LR adres pamięci



A
ALU wynik operacji

B


BR dekoder

LR – licznik rozkazów

RL – rejestr rozkazów

ALU – jednostka arytmetyczno – logiczna

A, B – rejestry z argumentami ALU (A – akumulator)

Dekoder – dekoder kodu rozkazowego



  • Elementy procesora:

  • licznik rozkazów (wskaźnik instrukcji) – rejestr procesora zawierający adres komórki pamięci, w której przechowywany jest kod rozkazu przeznaczonego do wykonania

  • jednostka arytmetyczno – logiczna (ALU) – uniwersalny układ cyfrowy przeznaczony do wykonywania operacji arytmetycznych i logicznych

  • rejestry procesora są dostępne programowi

  • A – akumulator – rejestr, który zawiera 1 z operandów wykonywanej operacji i do którego jest zazwyczaj wynik operacji

  • B – uniwersalny rejestr roboczy – zawiera drugi operand

  • Dekoder (dekoder rozkazów) – układ procesora przeznaczony do rozpoznania kodu rozkazów i wytworzenia wewnętrznych i zewnętrznych sygnałów sterujących

  • pamięć operacyjna – uporządkowany ciąg n słów binarnych (komórek pamięci) o równej długości (np. 8), w której przechowywane są dane, wyniki oraz kody instrukcji tworzących program

  • każda komórka pamięci posiada swój adres

  • podanie adresu ma WE adresowe umożliwiające dostęp do danej komórki pamięci

  • w 1 cyklu pracy można zapisać lub odczytać z pamięci tylko 1 słowo

Struktura pamięci n słów binarnych:


Adres bitów

0

1



2

3

4



5

n=5


n=4

n=3


n=2

n=1






O/Z


W. adres – wejściowe adresowe

O/z – sygnał sterujący dostępem W w zależności od O Z pamięć jest odczytywana lub zapisywana


  • Czas wykonania instrukcji:

  • całkowity czas wykonania instrukcji

  • cykl – czas każdego dostępu do pamięci komputera

  • długość instrukcji jest zwykle różna dla różnych rozkazów

  • cykl instrukcji zawiera zwykle 1 lub kilka cykli maszynowych

  • najszybciej wykonują się rozkazy nie zawirające cyklu maszynowego (bez odwołan co pamięci)

  • Język wewnętrzny komputera:

  • lista rozkazów – zestaw wszystkich instrukcji maszynowych (rozkazów), jakie potrafi wykonać procesor

  • binarna postać listy rozkazów wraz z podstawowymi cechami architektóry komputera tworzy język wewnętrzny komputera


LR 00



LR – pamięć

Dekoder LR

Wykonania BR

Kolejne cykle pobrania

LR = LR1

LR – LR1

Nie Tak



  • Główne cechy komputera (wg Neumanna):

  • 3 główne bloki funkcjonalne – procesor, pamięć operacyjna, urządzenia WE, WY

  • praca pod kontrolą sekwencyjnego wpisanego programu

  • program i dane zapisane są w pamięci operacyjnej

SYSTEMY LICZBOWE:



  • Dane w procesie przetwarzania informacji:

  • dane stanowią reprezentację informacji

  • w procesie przetwarzania danych wykonywane są określone działania, bez odwoływania się do ich znaczenia

  • podstawowym rodzajem przetwarzania danych są dane liczbowe

  • Co to jest liczba ?

  • liczbą naturalną nazywa się te cechy zbioru, która określa ilość (liczność) elementów w zbiorze

  • pojęcie liczby jest więc pojęciem abstrakcyjnym, ponieważ w żadnym stopniu nie zależy od innych szczególnych cech elementu zbioru

  • pierwszy materialny zapis liczby z przed 30000lat odkryto w Czechach (na Morawach) w 1837 roku – były to kości wilka, na których nacięto poprzeczne karby

  • Zasady numeracji – przedstawianie liczb:

  • addytywna (z łac. Addto – dodawanie) - kilka podstawowych znaków (cyfr) oznaczających wybrane liczby, a wtedy pozostałe liczby oznacza się powtarzając wybrany znak potrzebną ilość razy

  • subtraktywna (z łac. Subtractio – odejmowanie) – zestawienie cyfry oznaczającej liczbę mniejszą przed większą oznaczającą różnicę liczb

  • multiplikatywna

  • Systemy pozycyjne:

  • w starożytnym Babilonie pierwszy raz pojawiła się numeracja pozycyjna, była oparta na stosowaniu 2 znaków (- oznaczał 1 i 60, <10 i 600)

  • z indyjskich cyfr brahmi powstały nowoczesne cyfry – indyjskie dewanagari (boskie pismo) – stosowane w układzie dziesiętnym – pochodzą od nich arabskie i europejskie dziesiętne systemy pozycyjne (pierwsze świadectwo 7 wiek)

  • Dziesiętny system pozycyjny:

  • służy do zapisu liczb naturalnych:

  • N(10) = n-1-i * 10n-1-i = an-1 * 10n-1 + an-2 * 10n-2 + ... + a1(10) + a0 = an-1 * an-2 + ... + a1 * a0(10)



  • np.: 2046(10) = 2* 103 + 0 * 102 + 4 * 101 + 6 * 100, gdzie: a 3 = 2, a 2 = 0, a 1 = 4, a 0 = 6




  • System pozycyjny o podstawie naturalnej p>1:

  • jeżeli p>1 jest dowolną ustaloną liczbą naturalną, to każdą liczbę naturalną można przedstawić:

  • N(p) = a n-1-i * pn-1-i = an-1 * pn-1 + an-2 * pn-2 + ... +a1 p+ a0 = an-1 * an-2 * ... * a1 a0(p)

  • Ułamki:

  • jeżeli p>1 to każda formuła o przedstawionej postaci przedstawia pewną m-pozycję liczby taką, że: 0

  • u(p) = ai * pi = a-1 * p-1 + a-2 * p-2 + ... + a-n+1 * p-n+1 + a-n * p-n = 0, a-1 * a-2 ... a-n+1 * a-n(p)

  • Liczba wymierna w systemie pozycyjnym o podstawie p>1:

-formuła przedstawia (n + m) liczbę wymierną zapisaną w pozycyjnym systemie o podstawie p:

N, M(p) = ai * pi = an-1 * an-2 ... a1 * a0, a-1 * a-2 ... a-m+1 * a-m + p


Pobieranie 0.61 Mb.

Share with your friends:
  1   2   3   4   5   6   7




©operacji.org 2020
wyślij wiadomość

    Strona główna