KONSTRUKCE POČÍTAČE Flashcards
1
Q
ZÁKLADNÍ KONSTRUKČNÍ CELKY POČÍTAČE
A
- Počítač se skládá z logických obvodů. Ty mohou být sekvenční či kombinační. U kombinačního obvodu závisí pouze na současném vstupu, zatímco u sekvenčního obvodu závisí na současném i minulém vstupu
- Základní historické komponenty počítačů jsou historicky:
- Elektromagnetické relé - spínací či rozpínací.
- Elektronky - Vakuová trioda, pokud je na mřížce velký elektrický odpor, elektrony jí neprochází.
- Tranzistor - Založeny na polovodičích; příkladem je tranzistor MOSFET, jež je v rámci integrovaných obvodů nejvíce využívaný
- Integrovaný obvod - integrovaný obvod obsahuje tranzistory; veličiny na vstupu bývají pouze 1 či 0
- Obnovovače („čističe“) hodnoty signálu:
- NAND
- NOR
- Kombinační – kombinace elementárních logických obvodů; vstup závisí pouze na současném vstupu
- Polosčítačka
- Sčítačka
- Komparátor
- Posouvací obvod
- Dekodéry
- Sekvenční obvody - obvody se zpetnou vazbou (pamětí); vstup závisí i na předchozích vstupech
- Klopný obvod S-R
- Paralelní registr
- Sériový registr
- Střadač
- Čítač
- Násobička
- Obnovovače („čističe“) hodnoty signálu:
- Základní historické komponenty počítačů jsou historicky:
2
Q
ZÁKLADNÍ KONSTRUKČNÍ CELKY POČÍTAČE - Architektura
A
- Počítače mohou být založeny na dvou primárních architekturách:
- Von Neumannova - Využívá ji naprostá většina moderních počítačů
- Používá společnou paměť pro instrukce (procesy) I data
- Zpracování je sekvenční
- Harvardská - Používána jen pro velmi speciální účely
- Má oddělenou paměť pro procesy a data
Zpracování je paralelní - tedy rychlejší
3
Q
ZÁKLADNÍ KONSTRUKČNÍ CELKY POČÍTAČE - Základní stavba počítače
A
- Vstupní zařízení - pro vkladání vstupních dat (klávesnice, myš)
- Výstupní zařízení - Pro převod výsledků do tvaru srozumitelného pro člověka (monitor, sluchátka atd.)
- Paměť - Pro uchování dat programu, I/O dat a mezi výsledků
- Procesor
- Řadič - řídící jednotka - vybírá instrukce programu z operační paměti a podle nic ovládá ostatní časti počítače
- ALU - aritmeticko-logická jednotka - provádí operace na datech
- Registry
- Cache - vyrovnávací paměť
- Sběrnice - slouží k přenosu dat, adres a instrukcí mezi jednotlivými prvky
4
Q
PRINCIP PROGRAMOVÉHO ŘÍZENÍ POČÍTAČE
A
- Počítačový program je tvořen sekvencí instrukcí.
- Instrukce - příkaz k elementární operaci, která má být provedena počítačem
- Instrukce jsou prováděny procesorem sekvenčně v pořadí, v jakém jsou v programu zapsány. Sekvence může být přerušena např. v případě volání podprogramů či podmíněného a nepodmíněného skoku- Struktura instrukce je následující:
- Proces zpracování jedné instrukce, neboli instrukčního cyklu je následující:
- Výběr operačního kódu z paměti
- Dekódování instrukce
- Výběr operandu / adresy operandu z paměti
- Provedení instrukce
- Zápis výsledku do paměti
5
Q
PROCESORY A JEJICH TECHNOLOGIE
A
- Procesor nebo CPU (Central Processor Unit) - je synchronní zařízení řízené řadičem.
- Procesor se skládá z:
- Řadiče - neboli řídící jednotky
- Vybírá instrukce programu z operační paměti a podle nich ovládá jednotlivé části počítače
- Řízení je prováděno pomocí tzv. Řídících signálů, které jsou zasílány jednotlivým částem počítače
- Reakce na řídící signály jednotlivých modulů jsou poté zasílány zpět řadiči pomocí tzv. stavových hlášení
- ALU - aritmeticko-logická jednotka
- Provádí následující:
- Obvodové řízení - Buď bere instrukce dekódované řadičem a přímo je provádí (pro každou instrukci má určený obvod)
- Mikroprogramové řízení - Druhou možností je že spouští příslušný mikrokód (tedy každý instrukce se převede na řadu mikroinstrukcí)
- Svou činností ALU modifikuje data obsažené v registrech
- Výkonnost ALU se vyjadřuje počtem vykonaných instrukcí za sekundu - MIPS a MFLOPS
- Provádí následující:
- Registry - Malé, ale rychlé paměťové buňky v mikroprocesoru
- Slouží pro ukládání vstupů, mezivýsledků, výstupů atd.
- Existují registry instrukční, datové, adresové, bitové
- Cache - neboli vyrovnávací paměť
- Urychluje přenost dat mezi hlavní pamětí a procesorem
- Je rychlejší než-li hlavní paměť, ale podstatně menší
- Obsahuje kopii částí hlavní paměti; procesor data hledá nejprve v cache, až poté je čte z hlavní paměti; poté data ukládá do cache
- I/O jednotka - spojuje procesor se zbytkem počítače. Umožňuje přesun dat a instrukcí z hl. Paměti do registru řadiče a ALU; obsahuje cache
- Řadiče - neboli řídící jednotky
- Vícejádrové procesory
- Hyperthreading – fyzický procesor je schopen pracovat jako dva logické procesory – zdvojení - Procesor se skládá z:
6
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - SSD disky
A
- Paměťové médium sloužící jako náhrada za pevný disk
- Je výrazně rychlejší a spolehlivější než-li HDD
- Je ovšem I na stejnou kapacitu výrazně dražší a má omezenou životnost
7
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - Důležité parametry paměti
A
- Kapacita - množství dat, jež můžeme do paměti uloži
- Vybavovací doba - Doba od příkazu ke čtení ke chvíle kdy jsou data k dispozici
- Rychlost toku dat - Množství informací, jež lze přečít zapsat za jednotku času
8
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - Hierarchie paměti
A
- Vnitřní paměti
- Vnější - informace jsou uloženy ve větších blocích neboli v sektorech, než u vnitřní paměti
- Výhodami tohoto typu paměti jsou nízké náklady, energetická nezávislost, přenosnost média
- Nevýhodami je především delší vybavovací doba
9
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - Typy pamětí podle materiálu a fyzických principů
A
- Magnetické - Informaci uchovává směr magnetizace
- Optické - využívají optických vlastností materiálu (CD a DVD)
- Polovodičové - Využívají tranzistorů
- Data jsou uložena do bistabilních klopných obvodů - SRAM
- Formou uchování elektrického náboje (DRAM) - Magnetooptické - V principu magnetické, ale dosahují vyšší hustoty zápisu díky využití laseru
10
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - Paměťová hierarchie
A
- Seřazení od nejmenší kapacity, nejrychlejší vybavovací dobu a nejvyšší ceny dolů:
- Paměť mikroinstrukcí v procesoru
- Registry procesoru
- Vyrovnávací paměť CPU
- Operační paměť
- Vyrovnávací paměť vnější paměti (např. disková cache)
- Vnější pamět (HDD, USB)
- Archivní paměť (CD, DVD)
11
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - RAM
A
RAM - přístupová doba ke kterémukoliv místu je stejná
Statická SRAM - Data jsou uložena v klopných obvodech; využití pro CPU registry, HDD cache, monitor atd.
Dynamická DRAM - data uchovávaná pomocí kondenzátoru, jež se samovolně vybíjí; uplatnění vhodné např. pro operační paměť
12
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - Operační paměť
A
- Slouží k uchování kódu aktuálně běžících programů a jejich dat
- Jedná se o paměť s přímým přístupem
- Rozdělena na paměťové buňky - každá buňka má svoji adresu a obsahuje 1B paměti.
13
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - Asociativní paměť
A
- Umožňuje velmi rychlé vyhledávání informací
- V paměťových buňkách je hned vedle informace uložena adresa buňky (tag)
14
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - Procesorová cache
A
- Využita mezi procesor a operační paměť.
- Procesor zde ukládá využívané paměťové bloky, které nejprve hledá v cache paměti.
- Pokud je nenajde, hledá je v operační paměti - po jejich nalezení je uloží do cache
- Při přesunu nových paměťových bloků je nutné vyřešit, jaké bloky jsou z cache vypuštěny:
- LRU - least recently used
- LFU - least frequently used
- FIFO
- Náhodně
15
Q
PAMĚTI A JEJICH TECHNOLOGIE - Virtuální paměť
A
- Tvorba prostoru v reálné paměti potřebné velikosti pro programy a jejich data
- V režimu virtuální paměti programy pracují s logickými adresami, pro operační paměť se adresy převádí na reálné.
- Překlad logických adres na fyzicky zajišťuje proces správce virtuální paměti
- Pokud pro ukládání dat nestačí operační paměť počítače, odkládají se dočasně nepotřebná data do odkládacího prostoru na pevný disk - do tzv. Stránkovacího souboru
- Každý proces má k dispozici svou paměťovou oblast, do které nemůže přistupovat proces jiný
