Αρχιτεκτονική Υπολογιστών

Transcript

1 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Οργάνωση Βασικές Πηγές: Αρχιτεκτονική Υπολογιστών: μια Δομημένη Προσέγγιση, Α. Tanenbaum, Vrije Universiteit, Amsterdam. Περιβάλλον Προσομοίωσης Hades, University of Hamburg Computer Systems: A Programmer's Perspective, Bryant, O' Hallaron, Carnegie Mellon University. Σύνθεση: Κ.Γ. Μαργαρίτης, Πανεπιστήμιο Μακεδονίας, Τμήμα Εφαρμοσμένης Πληροφορικής.

2 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Οργάνωση Λογικά Κυκλώματα Δίαυλοι, Ελεγκτές Παράδειγμα: Pentium 4 Αναπαράσταση Πληροφορίας

3 Λογικές Πύλες και Άλγεβρα Boole (1) (a) Πύλη NOT. (b) Πύλη NAND. (c) ΠΥΛΗ NOR.

4 Λογικές Πύλες και Άλγεβρα Boole (2) The symbols and functional behavior for the five basic gates.

5 Ολοκληρωμένα Κυκλώματα Ένα ολοκληρωμένο SSI με 4 πύλες NAND.

6 Πολυπλέκτες Πολυπλέκτης 8 εισόδων.

7 Αποκωδικοποιητές Αποκωδικοποιητής 3-σε-8.

8 Συγκριτές Συγκριτής 4 bits.

9 Προγραμματιζόμενες Λογικές Διατάξεις (PLAs) PLA με 12 εισόδους και 6 εξόδους. Τα μικρά τετράγωνα είναι συνδέσεις που μπορεί να διακοπούν.

10 Ολισθητές Ολισθητής 1-bit αριστερά/δεξιά.

11 Αθροιστές (a) Πίνακας αληθείας πλήρους αθροιστή. (b) Κύκλωμα πλήρους αθροιστή.

12 Αριθμητικές Λογικές Μονάδες (1) Μια 1-bit ALU.

13 Αριθμητικές Λογικές Μονάδες (2) Οκτώ 1-bit ALUs συνεδεδεμένες σε μια 8-bit ALU. Δεν φαίνονται τα σήματα INVΑ και ΕΝΑ, ΕΝΑΒ.

14 Ρολόγια (a) Ρολόι. (b) Διάγραμμα χρονισμού. (c) Ασύμμετρο διάγραμμα χρονισμού.

15 Κυκλώματα Μανδάλωσης (Latches) και Δισταθή Κυκλώματα (Flip-Flops) Κύλώμα Χρονισμού. Κύκλωμα Μανδάλωσης. Δισταθές κύκλωμα D.

16 Καταχωρητές Καταχωρητής 8-bit.

17 Μνήμη RAM Μνήμη 4 λέξεων των 3 bits η κάθε μια.

18 Οργάνωση Μνήμης Εναλλακτικοί τρόποι οργάνωσης μνήμης 512 Mbits.

19 Μνήμη ROM Μνήμη ROM 16 λέξεων των 8 bits η κάθε μια.

20 Ολοκληρωμένα κυκλώματα CPU Συνδεσμολογία τυπικού ολοκηρωμένου κυκλώματος CPU. Τα βέλη δηλώνουν είσοδο ή έξοδο.οι μικρές διαγώνιες γραμμές σημαίνουν πολλαπλές γραμμές.

21 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Οργάνωση Λογικά Κυκλώματα Δίαυλοι, Ελεγκτές Παράδειγμα: Pentium 4 Αναπαράσταση Πληροφορίας

22 Δίαυλοι (1) Τυπικό σύστημα υπολογιστή με πολλαπλούς διαύλους.

23 Δίαυλοι (2) Παραδείγματα masters και slaves σε διαύλους.

24 Εύρος Διαύλων Μεγέθυσνη Διαύλου Διευθύνσεων (backward compatibility).

25 Χρονισμός Διαύλου (1) Χρονισμός Ανάγνωσης σε σύγχρονο δίαυλο.

26 Χρονισμός Διαύλου (2) Ορισμός μερικών σημαντικών σημάτων.

27 Ασύγχρονοι Δίαυλοι Λειτουργία ασύγχρονου διαύλου.

28 Διαιτησία Διαύλου (1) (a) Κεντρικός διαιτητής διαύλου ενός επιπέδου. (b) Ο ίδιος δαιτητής με δύο επίπεδα.

29 Διαιτησία Διαύλου (2) Αποκεντρωμένη διαιτησία.

30 Ελεγκτής Διακοπών (2) Ελεγκτής Διακοπών 8259A.

31 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Οργάνωση Λογικά Κυκλώματα Δίαυλοι, Ελεγκτές Παράδειγμα: Pentium 4 Αναπαράσταση Πληροφορίας

32 Pentium 4 (1) Η φυσική συνδεσμολογία του Pentium 4t.

33 Pentium 4 (2) Το chip Pentium 4 της Intel, 2003.

34 Λογική Συνδεσμολογία του Pentium 4 Τα ονόματα σε κεφαλαία είναι επίσημα, τα υπόλοιπα είναι περιγραφές.

35 Μητρική Πλακέτα Τυπικού PC 1. Pentium 4 socket P Support chip 3. Memory sockets 4. AGP connector 5. Disk interface 6. Gigabit Ethernet 7. Five PCI slots 8. USB 2.0 ports 9. Cooling technology 10. BIOS Η καρδιά κάθε προσωπικού υπολογιστή είναι ένα τυπωμένο κύκλωμα η μητρική πλακέτα (motherboard) : Intel D875PBZ board.

36 Δίαυλοι Pentium 4 Δομή Διαύλων του Pentium 4.

37 Διοχέτευση στο Δίαυλο Μνήμης του Pentium 4 Block Μεταφορά. Καθυστέρηση από τη μνήμη

38 Διαιτησία Διαύλου PCI Ο Δίαυλος PCI χρησιμοποιεί κεντρική διαιτησία.

39 Λειτουργίες Διαύλου PCI Οι τρείς πρώτοι κύκλοι αποτελούν μια λειτουργία ανάγνωσης, μετά υπάρχει ένας άεργος κύκλος, και στη συνέχεια μια λειτουργία εγγραφής.

40 Δίαυλος Universal Serial Bus (USB) Ο κεντρικός διανομέας USB στέλνει πλαίσια κάθε 1 ms.

41 Διασύνδεση Συσκευών (Parallel I/O) Το ολοκληρωμένο κύκλωμα 8255A PIO.

42 Αποκωδικοποίηση Διευθύνσεων (1) EPROM, RAM, και PIO σε χώρο διευθύνσεων 64 KB.

43 Αποκωδικοποίηση Διευθύνσεων (2) Πλήρης αποκωδικοποίηση διευθύνσεων.

44 Αρχιτεκτονική Υπολογιστών Οργάνωση Λογικά Κυκλώματα Δίαυλοι, Ελεγκτές Παράδειγμα: Pentuim 4 Αναπαράσταση Πληροφορίας

45 ASCII (1) ASCII: χαρακτήρες 0 31.

46 ASCII (2) ASCII: χαρακτήρες

47 Θεσιακά Συστήματα Αρίθμησης (2) Ο αριθμός 2001 στο δυαδικό, οκταδικό, δεκαδικό και δεκαεξαδικό.

48 Μονάδες Μέτρησης (1) Μονάδες μέτρησης (δεκαδικό σύστημα).

49 Μονάδες Μέτρησης (2) 20 = 1 21 = 2 22 = 4 23 = 8 24 = = = = = = = 1024 Kilo 220 = 1024*1024 Mega 230 = 1024*1024*1024 Giga 240 = 1024*1024*1024*1024 Tera 250 = 1024*1024*1024*1024*1024 Peta

50 Μετατροπές (1)

51 Μετατροπές (2) Δεκαεξαδικό Δυαδικό - Οκταδικό.

52 Μετατροπές (3) Μετατροπή του δεκαδικού 1492 σε δυαδικό με συνεχείς διαιρέσεις.

53 Μετατροπές (4) Μετατροπή του δυαδικού σε δεκαδικό με συνεχείς πολλαπλασιαμούς.

54 Αρνητικοί Δυαδικοί Αριθμοί (1)

55 Αρνητικοί Δυαδικοί Αριθμοί (2)

56 Αρνητικοί Δυαδικοί Αριθμοί (3) 2w +2w 1 Two s complement 0 2w 1 Unsigned 0 2w 1 2w Unsigne w 1 d w 1 0 2w 1 Two s complement

57 Δυαδική Αριθμητική (1) Πρόσθεση στο συμπλήρωμα του 1 και του 2.

58 Δυαδική Αριθμητική (2) x+y +2w Case 4 Positive overflow x +t y +2w 1 +2w w 1 2w 1 Case 3 Case 2 Case 1 2w Negative overflow

59 Κινητή Υποδιαστολή The real number line can be divided into seven regions.

60 IEEE Floating-point Standard 754 (1) Παραδείγματα Κανονικοποίησης (βάση 2).

61 IEEE Floating-point Standard 754 (2) Παραδείγματα Κανονικοποίησης (βάση 16).

62 IEEE Floating-point Standard 754 (3) (a) Απλή Ακρίβεια. (b) Διπλή Ακρίβεια.

63 IEEE Floating-point Standard 754 (4) Χαρακτηριστικοί αριθμοί.

64 IEEE Floating-point Standard 754 (5) Χαρακτηριστικοί αριθμοί.