Technologie Informacyjne - Mikroprocesor · Federico Faggin Zawarcie wszystkich podzespoów...

Model von Neumanna ALU CPU Cykl rozkazów Kodowanie rozkazów Programowanie Mikroprocesor

Technologie InformacyjneMikroprocesor

Adam Krasuski

Szkoła Główna Służby PożarniczejZakład Informatyki i Łączności

November 7, 2016

Adam Krasuski Technologie Informacyjne


1 Model von Neumanna

2 ALU

3 CPU

4 Cykl rozkazów

5 Kodowanie rozkazów

6 Programowanie

7 Mikroprocesor



Programowanie wczesnych komputerów

Programowanie wczesnych komputerów (np. ENIAC) polegało na fizycznym przełączaniu przewodów.

Pamięć była wykorzystywana tylko do przechowywania danych przetwarzanych przez program.



John von Neumann (1903 - 1957)

inżynier chemik, fizyk, matematyk i informatyk

Obecne komputery realizują model zaproponowany przez Johna Von Neumanna w 1946 r.:

- Procesor (Central Processing Unit CPU) wykonuje program zbudowany ze skończonej, zdefiniowanej dla danej architektury listy rozkazów.

- Program oraz dane są przechowywane w pamięci.

Komputer według Johna Von Neumanna



We/Wy

magistrala sterująca

magistrala adresowa

magistrala danych

Elementy systemu mikroprocesorowego

MikroprocesorPamięć Układy Wejścia-Wyjścia



Magistrale

Wszystkie moduły są połączone za pośrednictwem magistral, które służą do przesyłania:

- danych, - adresów, - sygnałów sterujących

magistrala danych

magistrala adresowa

magistrala sterująca

Szyna główna



Schemat blokowy komputera

Układy We/wy Pamięć

Program

Dane

Mikroprocesor

Układsterowania

ALU

Rejestry

Dane

Sterowanie



Arithmetic Logic Unit

ALU



Rejestry przesuwające

R0 R1

R0 R1

OUT

IN

IN

OUT

R

L

SHR

SHL

8 bit in

8 bit in

8 bit out

8 bit out

CI

CI

CO

CO



yab

EXOR

a b y0 0 00 1 11 0 11 1 0

yab

równe a większe

równe a większe

0001111100100000a

b



EXOR

OR

AND

NOT

E

E

E

E

E

E

E

3x8

SHL

ADD

SHR

Z

a

b y

op

ci

co

a większe

równe

zero

ALU

ALU

op

ci

ba y

coa większerównezero

000 ADD Dodaj001 SHR Przesuń w prawo010 SHL Przesuń w lewo011 NOT Zaprzeczenie100 AND Iloczyn101 OR Suma110 XOR Exclusive or111 CMP Porównaj



CPU

ALU

MAR

R1 R2 R3R0

RA

M

bus 1

TMP

A B

ACC

s e s e s e s e

CUUkład

sterowania

s

e

s

e

s

op

coa>eqz

s

źródło: na podstawie [1]



Zegar

Clock

clk

clk d

clkclk d clk e

clk s

Clockclkclk eclk s



StepperStepper

krok1

krok2

krok3

krok4

krok5

krok6

krok7

clk

reset

clk

krok 1

krok 2

krok 3

krok 4

krok 5

krok 6

krok 7




CU

Stepperclk

clk s

clk ereset


1 2 3 4 5 6 7

Clock

RAM

ACC

R0

R1

R2

R3

R0

R1

R2

R3

TMP

RAM

ACC

MAR

doALU

bus1



CPU

ALU

MAR

R1 R2 R3R0

RA

M

bus 1

TMP

A B

ACC

s e s e s e s e

CUUkład

sterowania

s

e

s

e

s

op

coa>eqz

s


IRIARs e

s



Cykl rozkazowy mikroprocesora

Pobierz rozkaz

Zwiększ licznik rozkazów

Zdekoduj rozkaz

Wykonaj rozkaz Faza wykonania

Faza pobrania



CU


Stepperclk

clk s

clk ereset

1 2 3 4 5 6 7

Clock

IAR

RAM

ACC ACC

IAR

MAR

doALU

bus1 IR

IR s



Cykl rozkazów

MAR

IARACC

ALU

IR

bus11

MAR

IARACC

ALU

IR

bus1

MAR

IARACC

ALU

IR

bus1

1

2

3



Kodowanie rozkazów - ALU

Operacja

000 - ADD001 - SHL010 - SHR011 - NOT100 - AND101 - OR110 - XOR111 - CMP

Rejestr Instrukcji

Rejestr A

00 - REG 001 - REG 110 - REG 211 - REG 3

Rejestr B

00 - REG 001 - REG 110 - REG 211 - REG 3

InstrukcjaALU

1

28=256 rozkazów

ADD REG1 REG21 000 01 10

10000110



Kodowanie rozkazów - inne

0 - ŁADUJ1 - ZAPISZ

Rejestr Instrukcji

Rejestr A

00 - REG 001 - REG 110 - REG 211 - REG 3

Rejestr B

00 - REG 001 - REG 110 - REG 211 - REG 3

InstrukcjaŁADUJ/ZAPISZ

0

LD REG1 REG20 000 01 10

00000110

0 0



CU


Stepperclk

clk s

clk ereset

1 2 3 4 5 6 7

Clock

IAR

RAM

ACC ACC

IAR

MAR

doALU

bus1 IR

IR s

Układ

kombinacyjny



CPU

ALU

MAR

R1 R2 R3R0

RA

M

bus 1

TMP

A B

ACC

s e s e s e s e

CUUkład

sterowania

s

e

s

e

s

op

s


IRIARs e

s

CAEZ

Flagi



Ta, daa!



Program krok po kroku

Ale jak to działa?


http://www.buthowdoitknow.com/but_how_do_it_know_cpu_model.html


Programowanie

#include <stdio.h> main() { int a, b, c; a=1; b=2; c=a+b; if(c<10) { printf("c mniejsze od 10\n"); } }

.file "helo.c" .section .rodata .LC0: .string "c mniejsze od 10\n" .text .globl main .type main, @function main: pushl %ebp movl %esp, %ebp subl $24, %esp andl $-16, %esp movl $0, %eax subl %eax, %esp movl $1, -4(%ebp) movl $2, -8(%ebp) movl -8(%ebp), %eax addl -4(%ebp), %eax movl %eax, -12(%ebp) cmpl $9, -12(%ebp) jg .L2 subl $12, %esp pushl $.LC0 call printf addl $16, %esp .L2: leave ret .size main, .-main

001010101010101101101110101011101010101001010110101010101001000101010100101001010101001001101010101001011101010100101010101010100010000010100101000011000000101010100010101010101111000111101010101101010111110101111101110001111101010111101011

Język wysokiego poziomu Kod Asemblera Kod maszynowy

Kompilator

Asembler

(C, Java, Pascal, Perl, ...)



Microprocesor

Zawarcie wszystkich podzespołów wchodzących w skład CPU w jednym chipie dało początek ery mikroprocesorów.

Pierwszy komercyjny mikroprocesor o nazwie Intel 4004 zaprojektowany został przez Federico Faggina w 1971 roku.

Parametry:- zegar 108 kHz - 0,09 MIPS - szyna danych 4 bity- ilość tranzystorów 2 300, - wymiar technologiczny 10 mikronów - pamięć adresowalna 640 bajtów - pamięć programu 4 kilobajty

używany w kalkulatorach Busicom

Pierwszym na świecie procesorem był ściśle tajny "chip" F14 CADC używany w samolocie Grumman F-14 Tomcat. Informacja ta została podana do publicznej wiadomości w 1998 roku



Federico Faggin

Zawarcie wszystkich podzespołów wchodzących w skład CPU w jednym chipie dało początek ery mikroprocesorów.

Federico Faggin (ur. 1941 r.)włoski fizyk, specjalista

inżynierii elektrycznej, uważany za jednego z twórców

mikroprocesora.

W 1970 wspólnie z trzema innymi inżynierami (Marcianem Hoffem, Stanleyem Mazorem i Masatoshim Shimą) opracował pierwszy 4-bitowy mikroprocesor, Intel 4004. Współtworzył także pierwszy procesor 8-bitowy, Intel 8008

Faggin opuścił Intel aby założyć firmę Zilog, producenta Z80.



Mikrokontroler AVR

AVRCPU

MAGISTRALA DANYCH

RA

M

FLA

SH

EEP

RO

M

WE/WY TIMER

Pośrednie i bezpośrednie adresowanie

Pobierz rozkaz

Zwiększ licznik rozkazów

Zdekoduj rozkaz

Wykonaj rozkaz


Technologie Informacyjne - Mikroprocesor · Federico Faggin Zawarcie wszystkich podzespoów...

Documents

Transcript of Technologie Informacyjne - Mikroprocesor · Federico Faggin Zawarcie wszystkich podzespoów...