2004_week1_2

1/
eindhoven university of technology
2IC20:
Computersystemen
Week 1:
overzicht computersysteem-organisatie
faculty of Computer Science
1/
eindhoven university of technology
De “architectuur” van een computer
Besturingseenheid
Aritmetisch
logische
eenheid
Centrale
verwerkingseenheid
(CPU ofwel “de processor”)
I/O apparaten
Registers
Hoofdgeheugen
Schijf
Printer
De “bus”
faculty of Computer Science
2
1/
eindhoven university of technology
De “Central Processing Unit” (CPU)
 De besturingseenheid regelt alles
 instructies ophalen, decoderen en (laten) uitvoeren:
de “fetch-decode-execute” cyclus
 De aritmetisch logische eenheid (ALU)
voert berekeningen en logische functies uit
 De registers zijn snel (en klein) geheugen
 “programmateller” (PC) wijst instructies aan
 “instructieregister” (IR) bevat opgehaalde instructie
 algemene/speciale registers voor tussenresultaten
faculty of Computer Science
3
1/
eindhoven university of technology
Het “datapad”
Registers en ALU
“Hulpregisters”
 wel in hardware
 niet in programma
Absolute kern
van computer
 bepaalt snelheid
 bepaalt “kracht”
faculty of Computer Science
4
1/
eindhoven university of technology
De “fetch-decode-execute” cyclus
 Instructie afhandeling verdelen in stapjes:
1. Haal instructie uit geheugen (plaats: PC) in IR
2. Laat PC naar volgende instructie wijzen
3. Bepaal type instructie:
register/register of register/geheugen
4. (Bereken plaats van gegevens in geheugen)
5. (Haal gegevens uit geheugen in hulpregister)
6. Voer eigenlijke bewerking uit
7. (Schrijf resultaat naar geheugen)
8. Terug naar stap 1. voor volgende instructie
faculty of Computer Science
5
1/
eindhoven university of technology
Meer dan één manier om FDE te doen
 De hardware van de besturing bevat programma
 Dit micro-programma “interpreteert” instructies
 Instructie-set makkelijk uit te breiden/verbeteren
 Gigantisch complexe instructie-sets mogelijk
 Directe uitvoering ook mogelijk
 Instructieregister stuurt vrijwel alle operaties aan
 Instructie-set moet (relatief) eenvoudig zijn
 Besturing kan met “Finite State Machine” (o.i.d.)
 Allerlei combinaties zijn mogelijk!
faculty of Computer Science
6
1/
eindhoven university of technology
Het “geheugen” (Engels: “Memory”)
bevat programma’s en gegevens
 Basiseenheid van opslag: ‘Bit’ (0 of 1)
 Decimale getallen (0..9) op te slaan met 4 bits
 Inefficient: 4 bits kunnen 16 waarden opslaan!
Rekenen met decimale getallen niet meer standaard
 Geheugen opgedeeld in “cellen” (of “plaatsen”)
 Iedere cel een vast aantal bits: 2(aantal bits in cel) waarden
 Iedere cel een eigen nummer (“adres” genoemd),
0..(aantal cellen - 1)
 Adres is meestal binair getal: 2(adres bits) cellen
faculty of Computer Science
7
1/
eindhoven university of technology
Verschillende indelingen mogelijk
Al deze geheugens
bevatten 96 bits!
Wat is nu de beste?
faculty of Computer Science
8
1/
eindhoven university of technology
Verdere indelingen van geheugens
 Aantal bits in cel (nu) meestal macht van twee
 23 (8) is meest geliefde aantal bits/cel: “byte”
 Geheugen adresseerbaar per byte cel
 Cellen worden gegroepeerd in “woorden”
 bijv. 2, 4 of 8 bytes per woord = 16, 32 of 64 bits
 Met woorden lezen/schrijven van geheugen: sneller
 Met woorden rekenen in CPU: nauwkeuriger/sneller
faculty of Computer Science
9
1/
eindhoven university of technology
Volgorde van bytes in een woord
 Hoogste adres aan rechter uiteinde: big endian
 Laagste adres aan rechter uiteinde: little endian
faculty of Computer Science
10
1/
eindhoven university of technology
Meer dan een geheugen mogelijk
Hogere snelheid door meer geheugens
tegelijk te kunnen lezen en schrijven
(Basis) “Harvard” architectuur:
Programmageheugen
CPU
Gegevensgeheugen
“Modified Harvard” architectuur:
constante gegevens in programmageheugen
faculty of Computer Science
11
1/
eindhoven university of technology
De “practicumprocessor” gaat verder:
“Externe”
variabele
gegevens
(64 kilobyte)
“Special
Function
Registers”
(128 byte)
8 bits
CPU
Programma
+ constante
gegevens
(64 kilobyte)
“Interne”
variabele
gegevens
(256 byte)
In- en
uitvoer
256 BITS
direct te
adresseren
(2 x 128)
Siemens SAB-C504 chip
faculty of Computer Science
12
1/
eindhoven university of technology
Koppeling met “de buitenwereld”
Flexibiliteit door
uitwisselbaarheid
faculty of Computer Science
13
1/
eindhoven university of technology
“Devices” en “controllers”
 Nog meer flexibiliteit door functionele splitsing:
Uitwisselbare onderdelen
“Devices”
Buiten de “kast”
Binnen de “kast”
“Interface”
(min of meer) vaste onderdelen
faculty of Computer Science
14
1/
eindhoven university of technology
Invoer/uitvoer terminologie
“Device” is fysiek “ding” in buitenwereld
 “Buitenwereld” = buiten CPU en geheugen
 (Floppy) disk is “achtergrondgeheugen”
“Controller” koppelt device aan CPU
 Elektrische aanpassing en (“intelligente”)
besturing
“Interface” is afspraak voor koppeling
 Fysiek (stekker!), elektrisch en functioneel
 Gestandaardiseerd voor uitwisselbaarheid
faculty of Computer Science
15
1/
eindhoven university of technology
Controller “intelligentie” in gradaties
 Dom: niet veel meer dan elektrische aanpassing
 Buitenwereld afgebeeld op geheugenwoorden
 Beter: automatisch doorgeven activiteit
 Lopend programma onderbroken met “interrupt”
 Best: zelfstandige afhandeling van opdrachten
 Controller kan zelf in geheugen lezen en schrijven:
“Direct Memory Access”
 “Arbiter” nodig voor regeling toegang tot geheugen
 Na opdracht afhandling één interrupt
faculty of Computer Science
16
1/
eindhoven university of technology
Moderne PC splitst nog verder...
Dit hoort
NIET
bij de stof !
faculty of Computer Science
17
1/
eindhoven university of technology
Ter afsluiting
 IDaSS Practicum begint in week 2:
 Haal IDaSS programma op!
http://www.win.tue.nl/~michaelf/2IC20
 Bekijk “short-form manual”
 Assembly Practicum begint in week 5
 Haal practicumhandleiding en programmatuur op!
 Bestudeer hoofdstukken 1 en 2 uit handleiding
 Installeer programmatuur
 De “looplicht” demo doen mag, maar hoeft niet…
 Zelfstudie niet vergeten!
 hoofdstuk 1 en hoofdstuk 2 t/m sectie 2.4.1
faculty of Computer Science
18