Informatika | Számítógép-architektúrák » Dr. Cserny László - Architektúrák, 2000

DUNAÚJVÁROSI FŐISKOLA SZÁMÍTÓGÉPEK ARCHITEKTÚRÁJA I. & IIrész (előadások fóliaanyaga) DR.CSERNY LÁSZLÓ főiskolai docens DUNAÚJVÁROS, 2000/2001 2000, Cserny László(1399.Budapest,62 Pf685) Ezen dokumentum egészének és részeinek szerzői és egyéb jogai a feltüntetett szerzőt illetik. A dokumentum elektronikus formában másolható, de kizárólag saját, nem kereskedelmi célú felhasználásra, változtatások nélkül és a forrásra történő megfelelő hivatkozással. Minden más terjesztési és felhasználási mód esetében, a szerző hozzájárulása szükséges Ennek a szerzői jogra vonatkozó szövegnek a dokumentumban mindig benne kell maradnia. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 0 Tartalomjegyzék TARTALOMJEGYZÉK . 1 I.RÉSZ T E R V E ZE T T T É M AK ÖR ÖK : . 3 1.BEVEZETÉS 4 N É H Á N Y ALAP K É R D É S : . 4 1.1N É H Á N Y FOGALOM É R T E LM E ZÉ S E : 7 1.2S ZÁ M Í T Á S AU T OM AT I ZÁ LÁ S

ALAP J AI 8 1.3S ZÁ M Í T ÓGÉ P E K C S OP OR T OS Í T Á S I LE H E T ŐS É GE I 15 a.)Csoportosítási jellemzők: 15 b.)Teljesítmény szerinti csoportosítás: 15 c.)Folyamatok szerinti csoportosítás(Flynn, 1966): 15 d.)Vezérlési elv szerinti csoportosítás: 16 2.SZÁMÍTÓGÉPEKRŐL ALAPFOKON 17 2.1N E U M AN N - E LV Ű GÉ P E K FE LÉ P Í T É S E 17 a.)Neumann-elvű gépek jellemzői 20 b.)Számítógépek erőforrásai 20 c.)Neumann-elvű, egyprocesszoros gépek korlátjai 25 2.2S T R U K T Ú R Á T M E GH AT Á R OZÓ T É N Y E ZŐK 27 a.)Teljesítőképesség növelésének eszközei 27 b.)Néhány struktúrát befolyásoló összetevő 29 2.3T I P I K U S S T R U K T Ú R Á K 30 a.)Neumann-elvű számítógépek(SISD) 30 b.)Harvard struktúra(SISD) 31 c.)Vektorszámítógépek(vector computers) 31 d.)Tömbprocesszoros számítógépek(array computer) 32 e.)Üzenetátadásos(message passing) számítógép 33 f.)Adatvezérelt(data-flow)

számítógép(MIMD) 34 3.SZÁMÍTÓGÉPEK ERŐFORRÁSAI 36 3.1K ÖZP ON T I E GY S É G , P R OC E S S ZOR 36 3.11Adatok tárolási formái 37 3.12Utasítások tárolási formái 44 3.13Műveletek végrehajtása 48 3.14Utasítások végrehajtása 60 3.2V ALÓS T Á R OLÓK E ZE LÉ S 66 3.21Alapfogalmak 66 3.22Címzési, címmódosítási eljárások 66 3.3K AP C S OLAT OK K E ZE LÉ S E 70 Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 1 3.31Sínrendszer(buszrendszer) 70 3.32Megszakítási rendszer 76 3.33Adatbevitel/kivitel 79 3.4T Á R OLÓE S ZK ÖZÖK 83 3.41Általános jellemzők 83 3.42Információtárolás 85 3.43Floppy illesztő 92 3.44Merevlemez illesztő 92 3.5M ON I T OR OK É S V E ZÉ R LÉ S Ü K 97 3.51Alapfogalmak 97 3.52Kártyatípusok 100 3.6E GY É B B E V I T E LI / K I V I T E LI E S ZK ÖZÖK 110 3.61Billentyűzet, egér 110 3.62Nyomtatók 112 Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 2 Számítógépek

architektúrája I.RÉSZ Dr.Cserny László Tervezett témakörök: 1.Bevezetés • Számításautomatizálás alapjai 2.Számítógépstruktúrák alapelemei • H a g yo m á n yo s s t r u k t ú r á j ú g é p e k • Struktúrát meghatározó tényezők • Alapvető struktúrák 3.Legfontosabb erőforrások kezelése • Központi egység, processzor (adat- és utasítástárolás, művelet- és utasításvégrehajtás) • Valós tárolókezelés • Kapcsolatok kezelése (buszrendszer, megszakítások, perifériák) • Tárolóeszközök • Monitorok Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 3 • E g yé b p e r i f é r i á k Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 4 1.Bevezetés Néhány alapkérdés: Mir e h a s z n á lju k a s z á mít ó g é p e t ? f e l a d a t : v a l a m i l ye n p r o b l é m a , f e l a d a t m e g o l d á sának segítése feldolgozás lépései (algoritmus - szoftver) feladat adatai adatok

feldolgozása (átalakítása) eredmény feldolgozás eszköze (hardver) (1.ábra) cél: a lehető legrövidebb időn belül, minimális ráfordítással előállítani az eredményt teljesítmény, hatékonyság probléma: = feladatok bonyolultsága, = több feladat egyidejű megoldása. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 5 A t e l j e s í t m é n y n ö ve l é s f o r r á s a : • feldolgozási lépések párhuzamosítása, • erőforrások többszörözése. Mit k e ll t e n n i a t e lje s ít mé n y n ö v e lé s e é rdekében? å a feladat részekre bontása munkamegosztás å megfelelő feldolgozó részegységek kialakítása erőforrások = ellenőrizhetőség, = h a t é k o n ys á g ( s p e c i a l i z á l t e g y s é g ) . å részfeladatok végrehajtási sorrendjének kidolgozása, tekintettel az erőforrásokra: algoritmus, ütemezés; (2.ábra) å erőforrások és részfeladatok egymáshoz rendelésének,

(rész)eredmények egységek közötti t o vá b b í t á s á n a k , tárolásának időbeli s z a b á l yo z á s a Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 6 ve z é r l é s Mily e n le g y e n a f e ld o lg o z ó e s z k ö z ? V (vezérlés) M (tárolás) felhasználó - algoritmus - adatok B/K K (kapcsolatok) (bevitel/kivitel) P (feldolgozó egység) (3.ábra) tetszőleges feladat megoldásához u n i ve r z á l i s digitális csak algoritmizálható feladatokhoz használható ! (elvi jelentőségű - a gyakorlatban igazából c s a k i l ye n e k k e l t a l á l k o z u n k ) programozható Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 7 1.1Néhány fogalom értelmezése: å információ, informatika, å adat, adatfeldolgozás, å kód, kódolás, kódrendszer, å algoritmus, utasítás, program, å számítógép, å h a r d v e r ( h a r d wa r e ) , s z o f t v e r ( s o f t wa r e ) , f ö r m v e r ( f i r m wa r e ) , å

CISC(Complex Instruction Set Computer), RISC(Reduced Instruction Set Computer) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 8 1.2Számításautomatizálás alapjai cél: műveletek automatikus elvégzése, adatbevitel/kihozatal biztosításával tárolt program, tárolt adatok. V (vezérlés) M (tárolás) felhasználó - algoritmus - adatok B/K K (kapcsolatok) (bevitel/kivitel) P (feldolgozó egység) k ö ve t e l m é n y e k : • f e l d o l g o z ó e g ys é g ( m i n i m á l i s m ű v e l e t k é s z l e t : logikai alapműveletek) • tároló eszköz(program, adatok részére) • beviteli/kihozatali egységek • kapcsolatokat biztosító rendszer jelsorozatok átvitele • v e z é r l ő e g ys é g működtetés Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 9 ( u t a s í t á s o k é r t e l m e z é s e , e l ő z ő á l l a p o t f i g ye lembevételével, feltételes végrehajtások kezelése) megoldás: logikai gép •

szükséges alapműveletek: = = = = k i z á r ó - v a g y ( e o r = e x c l u s i v e o r ) , és(and), eltolás(shift), átvitel(move); • feltétel kezelése az algoritmusban(Z bit) PC cím dekódoló op x y a P(PC,Z) Z =0? D(x) mûv. választás ALU D(y) (3.bábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 10 utasításfeldolgozás lépései: = utasítás előkészítés(lehívás, kikeresés), = műveleti előírás értelmezése(mit kell csinálni?), = a művelethez szükséges adatok (operandusok) kikeresése a tárolóból, = a művelet elvégzése, = az eredmény visszaírása a tároló meghatároz o t t h e l yé r e , = a következő utasítás helyének(címének) meghatározása Ha az utasítás és az adatok ugyanabban a tárolóban találhatók, akkor csak egymást követően lehet azokat kikeresni ===> soros feldolgozás. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 11 MAR cím dekódoló 2 utasításlehívás 4

operandus lehívás operandus beírás 7 MBR program ALU adatok 6 AC MBR operandus olvasás 1 PC 5 mûv. vezérlés utasítás olvasás CU op. cím IR 3 (4.ábra) szükséges részegységek: = tároló(utasítás-, adattárolás), = műveletvégző egység(ALU=arithmetic-logic unit), = v e z é r l ő e g ys é g ( C U = c o n t r o l u n i t ) , = beviteli/kihozatali egység(I/O=input/output unit). a z e g ys é g e k k ö z ö t t i megvalósítója: adatátviteli kapcsolatok = a sínrendszer(bus system). Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 12 A felhasználói feladat (alkalmazás) és a végrehajtás elemi lépései között a távolság óriási: szoftver-hardver rés ( s o f t wa r e - h a r d wa r e g a p ) ; a cél: ennek csökkentése megfelelő rétegzéssel és a hozzájuk tartozó modularizált (funkcionális) feld o l g o z ó e g ys é g e k k i a l a k í t á s á v a l . Példák a részegységek kialakítására 1 . p é l d a :

a z e g ys é g e k k ö z ö t t i a d a t f o r g a l o m b i z t o s í tása Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 13 processzor tároló P/D CU ALU sínrendszer I/O külvilág (5.ábra) 2.példa: processzor - memória közötti átvitel gyorsítása tároló gyorsítótár P /D C AC H E processzor CU AL U sínrendszer (6.ábra) 3.példa: grafikus megjelenítés problémája: nagy mennyiségű adat átvitele igen rövid idő alatt. képméret: színek száma: bit, 600x400 pixel, 256 8 bináris jegy = 8 Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 14 képváltás sebessége: 30 kép/sec, sebesség: 600x400x30x8 [bit/sec] = 57,6 mill. b/s ha 32 bites szavak átvitelét kell megoldani, ⇒ 1,8 mill. szó/s 0,55 µs/szó k ö v e t k e z m é n y: = külön videomemória, = kapcsolat a rendszersín és a videovezérlő felé is, = külön sín a videomemória és a videovezérlő között; a grafikus adatátvitel és az utasítások

átvitele e g ym á s t ó l e l k ü l ö n í t e t t e n t ö r t é n i k e g ym á s t nem zavarják! s z á m í t ó g é p r é t e g e l vű f e l f o g á s a v i r t u á l i s g é p e k l e g e g y s ze r ű b b : felhasználó ↓ szoftver ↓ hardver általánosabb: alkalmazások felhasználói keretrendszer alkalmazói programok szintje ↓ operációs rsz. felső szintje Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 15 operációs rendszerek architektúrák dig.árkörök technológiák (parancs szint) operációs rsz. alsó szintje (rutin hívási szint) ↓ gépi kódú utasítások szintje elemi műveleti szint (µ-program szint) ↓ áramköri egység szintje ↓ áramköri elemek szintje vi r t u á l i s g é p : b á r m e l y s z i n t e n a s z e m l é l ő á l t a l l á t o t t e g ys é g e k é s m ű k ö d é s i , v i s e l k e d é s i j e l l e m zők. (pl. felhasználói szinten: = PC, billentyűzet, monitor, egér, n yo m t a t

ó ; = bekapcsolás, felhasználói rendszer - pl. szövegszerkesztő - funkcióinak használata, kikapcsolás, stb.) architektúra: az adott virtuális gép szerkezeti (strukturális) felépítése, működési elvei. 1.3Számítógépek csoportosítási lehetőségei a.)Csoportosítási jellemzők: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 16 • • • • • órajelfrekvencia, műveleti sebesség(MIPS, MOPS, MFLOPS), áramköri technológia, sínszélesség(cím-, adatsín), szóhossz(2-4-8 byte), [ 1 b yt e = 8 b i t ( b i n á r i s h e l y i é r t é k ) ] • átviteli sebesség(memória, perifériák felé), • párhuzamosítás mértéke. b.)Teljesítmény szerinti csoportosítás: • n a g yg é p e k ( s u p e r - , m a i n f r a m e c o m p u t e r s ) , • középgépek(mini computers), • kisgépek(small-, microcomputers). c.)Folyamatok 1966): szerinti csoportosítás(Flynn, SISD(Single ===> SIMD(Single ===> Instruction Single Data

Stream), pl. Neumann-féle modellek Instruction Multiple Data Stream), pl. vektor-, tömbprocesszoros számítógépek MISD(Multiple Instruction Single Data Stream), ===> nincs ilyen(esetleg: pipeline) MIMD(Multiple Instruction Multiple Data Stream), ===> pl. multiprocesszoros gépek d.)Vezérlési elv szerinti csoportosítás: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 17 elvű • vezérlésáramlásos, vezérlésfolyam ( c o n t r o l - f l o w, c o n t r o l - d r i v e n ) , • a d a t f o l ya m e l v ű ( d a t a - f l o w, d a t a - d r i v e n ) , • igény elvű(demand-driven), • mintázat elvű(pattern-driven). Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 18 2.Számítógépekről alapfokon Miről lesz szó? • általános jellemzőkről, • h a g yo m á n yo s ( N e u m a n n - e l v ű ) s z á m í t ó g é p e k ről, • fogalmi szintű megismerésről. 2.1Neumann-elvű gépek felépítése • e l ő z m é n ye k ( C . B

a b b a g e , N e u m a n n J ) • felépítés bemutatási módjai: = funkcionális felépítés: háttér tárolók beviteli központi kiviteli eszközök egység eszközök ember-gép kapcsolat (7.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 19 = rendszertechnikai felépítés: proceszszor memóriasín grafikus illesztõ cachetár fõtár videomemória PCI helyi sín SCSI illesztõ hálózati illesztõ hangkártya bõvítõ illesztõ SCSI sín ISA bõvítõ sín (PCMCIA bõvítõ sín) lemez streamer CD-ROM I/O vezérlõk I/O vezérlõk I/O vezérlõk (8.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 20 = elrendezési rajz(PC): alaplap FDD HDD vez. MEM bõvítõ FD HD CPU bill.csatl FD ROM memória csatlakozók ROM CU ALU I/O vez. PRT óragen. cache-tár bill. vez. mon. vez. BILL MON µ cP a.) alaplap rendszerkapcsolatai µP b.) alaplap elrendezése (9.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I.

Lap: 21 a.)Neumann-elvű gépek jellemzői • tárolt program alapján működik, • v e z é r l é s e : v e zé r l é s - á r a m l á s o s ( c o n t r o l f l o w) , az utasítások soros feldolgozása az utasításszámláló regiszter(PC=Program Counter) segítségével, • közös program- és adattárolás ===> program módosíthatósága, • aritmetikai(összeadás/kivonás - szorzás/osztás) és logikai(ÉS-, VAGY-, NEM-) műveletek végzésére alkalmas, • önálló beviteli/kiviteli egységgel rendelkezik. b.)Számítógépek erőforrásai • központi e g ys é g ( C P U = C e n t r a l Processing Unit), processzor = vezérlő egység(CU=Control Unit), = aritmetikai és logikai egység (ALU=Arithmetic-Logic Unit), = központi tár(?); • tárolók(főtár, másodlagos-, vagy háttértárak), • perifériák(beviteli/kiviteli gép-kapcsolat eszközei), • kapcsolati, átviteli csatornarendszer). egységek, ember- eszközök(sínrendszer, Cserny:

Számítógépek architektúrája I. Lap: 22 å Processzor • feladata: • r é s z e g ys é g e i : − végrehajtó egységek(fixpontos, lebegőpontos ALU, elágazásfeldolgozó), − vezérlőegység műveleti vezérlés = huzalozott logikával(RISC), = mikroprogramvezérelt módon(CISC). IR op.k címdekódoló cím FLAG feltételjelzõk µ P-tár vezérlõjelek következõ mikroutasítás címe (10.ábra) --------------------------------------------------- Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 23 − tárolók: = regiszterek funkcionális(utasításszámláló regiszter[PC=Program Counter], utasításregiszter[IR=Instruction Register], vezérlő/állapotjelző regiszter [Control/ State Register], akkumulátor regiszter [AC=Accumulator Register]stb), általános célú; = g yo r s í t ó ( c a c h e ) t á r a k ; − belső sínrendszer(adatutak) • típusai: − Intel pr.család(i386/486, iP,iP II, iP III), − A M D , C yr i x h a s o n m á s o

k , − Motorola család(MC68030, MC68040), − I B M - M o t o r o l a ( P o we r 1 , 2 P o we r P C c s a lád). å Tárolók • feladatuk tárhierarchia • regiszterek(funkcionális, általános), • g yo r s í t ó t á r a k ( c a c h e - t á r a k ) , • f ő t á r ( b i t , b yt e , r e k e s z , c í m , c í m t a r t o m á n y ) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 24 − RAM=Random Access Memory(DRAM, SRAM) − ROM=Read Only Memory(PROM, EPROM); • háttértárak(tulajdonképpen perifériális eszközök): − mágnesszalagtárak, − mágneslemeztárak(merevlemez, hajlék o n yl e m e z ) , − optikai lemezek; å Kapcsolati rendszerek • feladatuk: k a p c s o l a t t e r e m t é s a g é p k ü l ö n b ö z ő e g ys é gei között(processzor - memória, processzor - periféria, memória - periféria) • sínrendszer(ISA, EISA, PCI, VESA, AGP, stb) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 25 KBD koprocesszor KPR

processzor PR MEM PRT DPL ≈ ≈ bill. vezérlõ mon. vezérlõ HD ≈ FD ≈ lemez vezérlõ prt. vezérlõ helyi sín adat cím vezérlés rendszer sín (11.ábra) • csatornarendszer(szelektor, csatornák): multiplexor memória-csatorna sín I/O-vezérlés MEM SEL rendszersín MPX D DPL KBD D CPU PRT D TAF gyors perifériák Cserny: Számítógépek architektúrája I. lassú perifériák távadatfeldolgozás T T Lap: 26 (12.ábra) å Perifériális eszközök • feladatuk: • típusaik(billentyűzet, egér, szkenner, nyomtató, rajzgép, hálózati csatoló, távközlési csatoló, stb.) c.)Neumann-elvű, egyprocesszoros gépek korlátjai Egyidőben csak egy folyamat feldolgozása történhet csak; az erőforrások használata nem, vagy csak r é s z b e n m e g o s z t h a t ó . ( M e m ó r i a s á v s z é l e s s é g !) Részleges (program-, illetve utasításszintű) párhuzamosítás alkalmazható: = processzor használata ===>

multiprogramozás, = processzor - I/O műveletek párhuzamosítása: ===> I/O spooling = processzor működése: utasításfeldolgozás fol ya m a t a ===> pipelining A multiprogramozás lényege: több feladat (program) látszólag párhuzamos feldolgozása. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 27 Kötegelt feldolgozás(batch processing): eszközök K-eszköz B-eszköz Processzor idõ 1.program indulása 1.program vége (13.ábra) Multiprogramozott(multi-programming) feldolgozás: eszközök Ki-eszköz Be-eszköz idõ Processzor 3.program 2.program 1.program indulása 1.program 2program vége (14.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 28 A processzor, mint felosztási módszerei: erőforrás, időtartamának = prioritásos módszer, = időosztásos(time-sharing) módszer, = időazonos(real time) módszer Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 29 2.2Struktúrát meghatározó tényezők Cél: a feladatok

végrehajtási idejének a csökkentése. ===> sebesség növelése, ===> párhuzamosság növelése, ===> erőforrások többszörözése. a.)Teljesítőképesség növelésének eszközei 1.Technológiai eszközök Órajelfrekvencia növelése(133-500 MHz) ==> korlátozza: − az áramkörök kapcsolási sebessége, − az áramkörök integráltsági foka. • Kapcsolási sebesség: technológiától függ = bipoláris techn.: ECL(emitter coupled logic), TTL(transistor-trans. logic) = = = > g yo r s m ű k ö d é s ű e k = MOS(metal-oxid semiconductor) technológia CMOS(complementary MOS) ===> kisebb teljesítményigény • Integráltsági fok(a lapkán lévő tranzisztorok száma, távolság: 0.18-03 µm) = SSI(small scale integrated) 1-10, = MSI(medium SI) 10-100, = LSI(large SI) 100-100e, Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 30 = VLSI(very large SI) 100e-mill. 2 . S z o f t ve r e s z k ö z ö k • Operációs rendszer: =

multiprogramozott feldolgozás, = védelmi funkciók, = erőforrások hatékony használata. • Magassszintű programozási nyelvek(HLL = High Level Language) és gépi kód közötti távolság csökkentése ===> semantic gap. • Optimalizáló fordítóprogramok használata. 3.Strukturális eszközök = f o l ya m a t o k p á r h u z a m o s í t á s a , = eszközök többszörözése. Meghatározó: • Az adatelérési lehetőségek formája: = osztott(shared) közös memória ==> egyetlen adat = üzenet-továbbítós rendszer. • A vezérlési struktúra: = v e z é r l é s á a m l á s o s ( c o n t r o l d r i v e n , - f l o w) , = a d a t v e z é r e l t ( d a t a d r i v e n , - f l o w) , = i g é n yv e z é r e l t ( d e m a n d d r i v e n ) , Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 31 = mintázat-vezérelt(pattern driven). Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 32 b.)Néhány struktúrát befolyásoló összetevő

1.Erőforrások használata (különösen: processzor, tárolók) = processzor funkcióinak javítása • műveletek, utasítások végrehajtásának átlapolása ===> pipelining (adatcsatornás) feldolgozás, • belső struktúra illesztése a magasszintű n ye l v e k h e z , f e l a d a t o k h o z ( p l . c i k l u s s z e r vezés); = tárolókezelés • tárhierarchia kialakítása ==> cache-tár, • virtuális tárkezelés; = periféria használata • csatorna-elv, • sínrendszer; = erőforrások(processzorok) többszörözése. 2.Utasításszerkezet, utasításkészlet = b o n yo l u l t s á g n ö v e k e d e t t C I S C p r o cesszorok végrehajtás sebessége csökkent = e g ys z e r ű s í t e t t u t a s í t á s k é s z l e t R I S C p r o cesszorok 3.Vezérlés módja = huzalozott, = mikroprogramozott. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 33 2.3Tipikus struktúrák a.)Neumann-elvű számítógépek(SISD) • jellemzők: = c o n t r

o l - f l o w v e z é r l é s u t a s í t á s o k v é g r e h a j t á s a e g ym á s t k ö v e t ö e n , = tárolt program, = közös program- és adattárolás program módosíthatósága, = funkcionális egységei: - központi egység(CU, ALU), - központi tár, - perifériák. központi tároló utasítások adatok CPU CU ALU (15.ábra) • korlát: processzor-memória közötti adatátvitel sebessége. • párhuzamosítás lehetősége mérsékelt: = multiprogramozás, = funkcionális egységek(pl.: ALU) többszörözése = processzor és I/O műveletek átlapolása spooling technika, Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 34 = utasítások és műveletek átlapolt végrehajtása pipelining b.)Harvard struktúra(SISD) - jellemző: u.a mint a Neumann-elvű számítógép, csak külön program- és külön adattároló van programmódosítás lehetősége megszünik. központi tároló M1 utasítások adatok CPU CU M1 = programtároló M2 =

adattároló M2 ALU (16.ábra) c.)Vektorszámítógépek(vector computers) - jellemzői: = SIMD típusú számítógép, = adatsor(vektor) feldolgozása ugyanazzal a művelettel adat-pipeline, = vektor-utasításokkal rendelkezik, = memóriából adatsor letöltése adatsor (vektor) címzése átlapolt memóriakezelés (memory interleaving), = skalár processzor is célszerű. - szuperszámítógépek: Cray 1,2(138-250 MFLOPS), Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 35 C D C C yb e r 2 0 5 d.)Tömbprocesszoros puter) számítógépek(array com- - jellemzők: = SIMD típusú számítógép, = multiprocesszoros, = minden processzor ugyanazt az utasítást (műveletet) hajtja végre. központi tároló vezérlés CU P1 P2 Pn-1 Pn processzorok Mn tárolók kapcsoló hálózat M1 M2 Mn-1 (17.ábra) - szuperszámítógépek: Borroughs ILLIAC-IV (1966-72), 4x(8x8) processzor, 200 MIPS, 55 MFLOPS; Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 36

Borroughs Scientific Processor(BSP) (1977-80), 50 MFLOPS; ICL DAP. e.)Üzenetátadásos(message passing) számítógép - jellemzők: = MIMD típusú számítógép, = processzorok között feladatmegosztás lehetséges, = processzoronként több folyamat is lehet ütemezési problémák, - üzenet formája: = cél(fogadó) processzor azonosítója, = küldő processzor azonosítója, = e g yé b j e l l e m z ő k , = adatok. - típusai, példák: Caltech(California Institute of Technology) Cosmic Cube 64 processzor(1983), Intel iPSC/1,2 [Personal Super Comp.] (1985, 86), e g ye t l e n c h i p - b e n ( p r o c . , m e m , I / O e g ység = DMA) transputer (INMOS T212, T414, T800); Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 37 CPU1 CPU2 CPUn-1 CPUn CPU = processzor = memória = I/O egység = belsõ sín kapcsoló hálózat (18.ábra) f.)Adatvezérelt(data-flow) számítógép(MIMD) - utasítások végrehajtása: = h a a z e l ő z ő u t a s í t á s

k é s z c o n t r o l - f l o w, Neumann-struktúra, = ha az operandusok rendelkezésre állnak a d a t ve z é r e l t s z á m í t ó g é p ( d a t a - d r i v e n , - f l o w) - p r o g r a m o z á s s a l e g y- e g y c s o m ó p o n t h o z ( n o d e ) e g y- e g y eljárást, műveletet rendelnek hozzá. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 38 2 kifejezés = b - 4*ac a b c * 4 * b * b 2- 4*ac (19.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 39 3.Számítógépek erőforrásai 3.1Központi egység, processzor címsín ALU MAR PC FLAG címdekódoló külsõ tároló regisztertár P/D REG +1 összeadó op. cím IR AC MBR CU adatsín processzor oldal (20.ábra) A processzor struktúráját = mind az adatok, = mind az utasítások formája befolyásolja. tárolási, kezelési A Neumann-elvű számítógépeknél a tárolt jelsorozat alapján nem dönthető el, hogy az a jelsorozat adat-e, vagy utasítás! C s a k

a z é r t e l m e zé s m ó d j a h a t á r o zza e zt m e g ! Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 40 3.11Adatok tárolási formái a.)Számok szokásos írásmódjai Napi g ya k o r l a t b a n : helyiértékes, számrendszer alapján. tízes A számok szokásos írásmódja az alábbi: b A ≡ ± a− m a− m +1a− m + 2  a−1a0 , a1a2 a an g a h o l a− m , a− m +1 , , a−1 , a0 , , an a z e g y e s h e l y i é r t é k e k e n szereplő számjegyek alaki értékei. A jelsorozat értelmezése(r = radix, az alapszám): A=± n ∑ ai r − i i =− m és 0 ≤ ai < r minden i-re. Például: B = 7346 = 7 ⋅ 103 + 3 ⋅ 102 + 4 ⋅ 101 + 6 ⋅ 100 = 7000 + 300 + 40 + 6 = 7346 10 10 10 B = 7346 = 7 ⋅ 83 + 3 ⋅ 82 + 4 ⋅ 81 + 6 ⋅ 80 = 3584 + 192 + 32 + 6 = 3814 8 8 10 A leggyakrabban használt formák: = fixpontos irásmód(pl.: 63.5 -45 0.68), = lebegőpontos, hatványkitevős forma (pl.: 3452⋅105 -0.683⋅10-7), =

normalizált(nullára, vagy egyesekre). Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 41 b.)Tárolási formák b1.)Numerikus adatok tárolása kettes számrendszer alapján Cél: az aritmetikai műveletek gyors elvégezhetősége Szokásos formái: = fixpontos egész, tört, = lebegőpontos, normalizált, = decimális forma szerint(BCD). elõjelbitek kettedes pont helye fixpontos egészszám fixpontos törtszám elõjelbitek karakterisztika (fixp. egész) mantissza (fixpontos tört) kettedes pont helye lebegõpontos szám Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 42 (21.ábra) Fixpontos egész és tört tárolási formája(2-4 byte): (elõjel nélküli) fixpontos egészszám n n-1n-2 . . 5 4 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 kettedes pont helye a tárolt számérték: 44 n n-1n-2 . fixpontos törtszám 2 1 . 5 4 3 2 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 kettedes pont helye a tárolt számérték: 11/16=0.6875 (22.ábra) L e b e g ő p o n t

o s s zá m o k t á r o l á s i f o r m á j a ( 4 - 8 b y t e ) : elõjelbitek karakterisztika (fixp. egész) mantissza (fixpontos tört) kettedes pont helye (23.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 43 P o zi t í v , n e g a t í v s zá m o k t á r o l á s a : Cél: az aritmetikai műveletek(kivonás) elvégezhetősége minimális átalakítással, kiegészítő műveletek nélkül. Formái: = előjeles, abszolútértékes(+ 0, - 1), = e g ye s k o m p l e m e n s ű ( 0 1 , 1 0 ) , = kettes komplemensű(jobbról az első 1esig bezárólag változatlan, majd a továbbiakban 0 1, 1 0), = 2n-1 többletes(az n-bit hosszúságú, előjeles számhoz hozzáadott érték). a tárolt számérték elõjeles, abszolútértékes - 107 1 1 1 0 1 0 - 107 1 0 0 1 0 0 egyes komplemenskódú - 107 1 0 0 1 0 1 0 1 kettes komplemenskódú - 107 0 0 0 1 0 1 0 1 2 n-1 0 1 1 1 többletes (24.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája

I. Lap: 44 I E E E 7 5 4 - e s l e b e g ő p o n t o s s za b v á n y : C é l : a z e g ys é g e s , p o n t o s l e b e g ő p o n t o s s z á m k e zelés Formája: ±p+e A = −1 s ⋅ 1. a ⋅ 2 bgb g ahol s a p e a mantissza előjele; 0, ha pozitív és 1, ha negatív, az egyesekre normalizált mantissza törtrésze, a karakterisztika(hatványkitevő) eredeti értéke, az eltolás (a többlet) értéke, amelynek nagysága 2 m-1 -1, ahol m=8, 11, 15. szignifikandus elõjele karakterisztika szignifikandus egyszeres és dupla pontosságú kettedes pont helye szignifikandus elõjele karakterisztika szignifikandus kiterjesztett pontosságú 1 kettedes pont helye (25.ábra) Lehetséges méretek: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 45 = = = = egyszeres pontosságú(single precision, 32 bit), dupla pontosságú(double precision, 64 bit), kiterjesztett pontosságú(extended precision, 80 bit), négyszeres pontosságú(quadrupled precision, 128

bit). Adatformátumok: szignifikandus elõjele adatformátumok karakterisztika szignifikandus normalizált + − tetsz. kitevõ denormalizált + − 0 nem nulla számérték nulla + − 0 0 végtelen + − 111 . 111 0 nem-szám + − 111 . 111 nem nulla számérték tetszõleges számérték (26.ábra) = = = = = normalizált adatformátum, denormalizált(denormalized) adatformátum, nulla számérték, végtelen értékének adatformátuma, nem meghatározott számérték, nem-szám (NaN=Not a Number) adatformátum; b2.)Numerikus adatok tizes számrendszer szerinti tárolása Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 46 C é l : n a g yo b b a d a t m e n n y i s é g é s k e v e s e b b a r i t m e tikai művelet esetén ===> kevesebb legyen az adatkonverzió. Formái: BCD(binary coded decimal), Aiken, Stibitz, Gray-kód, stb. L e g g ya k o r i b b a B C D - k ó d a l k a l m a z á s a : a számokat számjegyenként kettes

számrendszerbe konvertálva és 4 h e l yi é r t é k r e ( t e t r á d - d á ) k i e g é s z í t v e . 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 Előjel részére: 1100 1101 + előjel, - előjel. - 2 6 5 910 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 (27.ábra) b3.)Alfanumerikus adatok tárolási formája Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 47 Cél: az adatok tárolása, aritmetikai műveletvégzés i g é n ye n é l k ü l . K a r a k t e r e n k é n t e g y- e g y , t ö b b n y i r e 8 - b i t e s j e l k o m b i náció (kódszó) hozzárendelése: AS C I I k ó d ( A m e r i c a n S t a n d a r d C o d e f o r I n f o r m a t i o n Interchange): mikroszámítógépeknél általánosan használt. például: A B 41h 42h 0100 0001 0100 0010 0 1 30h 31h 0011 0000 0011 0001 9 39h 0011 1001 + 2Bh 0010 1011 EBCDI kód(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code): IBM nagygépeknél használt

kódrendszer. c.)Egyéb adattárolási módszerek = jelölt(tagged) adattárolás, = deszkriptoros tárolási forma, = összetett strukturális forma. 3.12Utasítások tárolási formái Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 48 Az utasítások szerkezete és a rendelkezésre álló elemi utasítások köre meghatározó a processzor struktúrájának kialakításában. Az elemi gépi kódú utasítás részei: mûveleti jelrész címrész módosító rész (28.ábra) = m ű ve l e t i j e l r é s z ( o p e r a t i o n c o d e , o p c o d e ) : m i a teendő? = címrész(address field): az operandusok tárolóbeli h e l yé n e k a k i j e l ö l é s e . = kiegészítő, módosító rész: a címzési előírás módosításához, pontossá tételéhez. Az utasítások hossza: = azonos mindig(pl. RISC processzoroknál 4 byte), = változó(pl. CISC processzoroknál 1-17 byte) Problémák: = utasításhossz ⇔ utasításátvitel sebessége, utasításfeldolgozás

sebessége, = utasításkészlet ⇔ processzor struktúrája, feldolgozás sebessége. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 49 a.)Utasításszerkezet Előírja, hogy az utasítás melyik részét hogyan kell értelmezni. Legáltalánosabban, egyidőben a következő címekre van szüksége a gépnek: = = = = első operandus címe, második operandus címe, eredmény címe, következő utasítás címe. 4-címes utasítás 1.operandus mûveleti jelrész címe 2.operandus címe eredmény címe következõ ut. címe PC bevezetésével 3-címes utasítás 1.operandus mûveleti címe jelrész 2.operandus címe 2-címes utasítás 1.operandus mûveleti címe jelrész 2.oper + eredm. címe eredmény címe AC bevezetésével, vagy a 2.operandus az eredmény helyére AC bevezetése szükséges 1-címes utasítás operandus mûveleti jelrész címe veremtároló bevezetésével 0-címes utasítás mûveleti jelrész (29.ábra) Cserny: Számítógépek

architektúrája I. Lap: 50 b.)Utasítástípusok, utasításkészlet b1.)Utasítástípusok = átviteli utasítások: - tárolóhivatkozású utasítások, - veremkezelő utasítások, - periféria utasítások; = műveleti utasítások: - aritmetikai műveleti utasítások(+,-,*,/), logikai műveleti utasítások,(and, or, not), léptető/forgató(shift/rotate) utasítások, bitműveleti utasítások, karakterlánc(string) műveleti utasítások; = vezérlő utasítások: - feltétel nélküli ugrató utasítás, feltételes ugró utasítások, alprogram(szubrutin)hívó utasítás, return utasítás, leállító utasítás, ciklusutasítás, - megszakítást tiltó és engedélyező utasítások, - halt utasítás. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 51 b2.)Utasításkészlet Azon elemi (gépi kódú) utasítások összessége, amelyeket a gép a legalsó, hardver szinten értelmezni és végrehajtani tud. Ez a programozó által használható legalsó

szint. Jellemzők: = elemi utasítások száma, = az elemi utasítások tartalma, az elvégzendő feladatok összetettsége, = a kezelhető feltételek száma, = a z e g ye s j e l l e m z ő k k ö v e t k e z e t e s h a s z n á l a t i l e hetősége, = az utasítások által nyújtott támogatás: - a programíráshoz, - a program fordításához, - az ellenőrízhetőséghez. Az utasításkészlet kialakítását befolyásolja, hogy mit bízunk a hardverre és mit bízunk a szoftverre: ===> szoftver-hardver közötti távolság (semantic gap) Összetett utasításkészlet ⇒ CISC processzorok; Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 52 E g ys z e r ű s í t e t t u t a s í t á s k é s z l e t ⇒ R I S C p r o c e s s z o rok. 3.13Műveletek végrehajtása Elvégezhető műveletek: = aritmetikai műveletek, = logikai műveletek. a . ) Ar i t m e t i k a i m ű ve l e t e k - kettes számrendszer alapján: fixpontos számok körében, lebegőpontos számok

körében; - tízes számrendszer alapján: BCD kód alapján. Bináris jelrendszer alkalmazása révén, az aritmetikai műveletek visszavezethetők a logikai műveletekre. a 1 . ) M ű v e l e t e k f i x p o n t o s s zá m o k k a l Összeadás: S z o k á s o s h e l yi é r t é k e s á b r á z o l á s s z e r i n t v é g e z h e t ő el. Például: A=22 0 001 0110 B=75 0 100 1011 ---- ---------------97 0 110 0001 Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 53 Átvitelképzés: 10 11 és esetén. Kivonás: Komplemenskód használatával; oka, hogy így: = a kivonás visszavezethető az összeadásra, = az előjel automatikusan adódik. Például: A= 97 B=-62 0 110 0001 1 011 1110 B komplemense: 1 100 0010 ----- ---------------A+Bk 35 1 0 010 0011 A= 45 0 010 1101 B=-52 1 011 0100 ----- ---------------B komplemense: 1 100 1100 ----- ---------------A+Bk -7 1 111 1001 az eredmény negatív ===> komplementálás A+Bk -7 1 000 0111 Szorzás, osztás:

Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 54 Az alkalmazott algorimus bonyolultabb, de visszavezethető sorozatos összeadásokra és eltolásokra (léptetésekre). Fixpontos számok összeadásának és kivonásának közös algoritmusa: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 55 1 igen A operandus negatív? komplemensképzés nem igen B operandus negatív? komplemensképzés nem operandusok összeadása igen eredmény negatív? komplemensképzés nem 2 (30.ábra) A fixpontos számok szorzásának algoritmusa: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 56 1 0 ⇒ AC (szorzandó) ⇒A (szorzó) ⇒ B 1 ⇒I szorzó legalacsonyabb helyiértékû bitje = 1 ? nem igen [AC] + [A] ⇒ AC AC léptetése jobbra B léptetése jobbra I+1 ⇒I nem I>N? igen elõjelbit elõállítása 2 (31.ábra) a 2 . ) M ű v e l e t e k l e b e g ő p o n t o s s zá m o k k a l Összeadás, kivonás: Cserny: Számítógépek architektúrája

I. Lap: 57 Ha a karakterisztikák megegyeznek, azaz ka = kb, akkor b g A + B = ma ⋅ 2 k a + mb ⋅ 2 k b = ma + mb ⋅ 2 k a = m( a + b ) ⋅ 2 ahol m( a + b ) = ma + mb k ( a + b) é s k( a + b ) = k a Ha a karakterisztikák nem egyeznek meg, azaz ka ≠ kb, akkor az eredmény karakterisztikája: l k( a + b ) = max k a , kb q Ha ka>kb, és így n=ka-kb,, akkor a B operandus m a n t i s s z á j á t o s z t a n i k e l l a 2 n = 2 k a − kb é r t é k k e l é s a karakterisztikát ennek megfelelően növelni kell, azaz mbu = mb −( k a − kb ) 2 m = ⋅ 2n b g A + B = ma ⋅ 2 k a + mb ⋅ 2 k b = ma ⋅ 2 k a + mbu ⋅ 2 k a = ma + mbu ⋅ 2 k a = m( a + b ) ⋅ 2 ahol m( a + b ) = ma + mbu és k ( a + b) k( a + b ) = k a Szorzás, osztás: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 58 mantisszák esetében ===> fixpontos szorzás, osztás karakterisztikák esetében ===> összeadás, kivonás L e b e g ő p o n t o s s zá m o k

ö s s ze a d á s á n a k , k i v o n á s á n a k algoritmusa: 1 igen kA = k B ? nem karakterisztikák különbsége ⇒ n igen kA < k B ? nem mA léptetése jobbra n helyiértékkel mB léptetése jobbra n helyiértékkel k B ⇒ k (A+B) k A ⇒ k (A+B) m A+ m B ⇒ m (A+B) az eredmény normalizálása 2 (32.ábra) a 3 . ) M ű v e l e t e k t í ze s s zá m r e n d s ze r a l a p j á n Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 59 BCD kódban ábrázolt számokkal; átvitelképzés: - tetrádon belül kettes számrendszer alapján, - tetrádok között tízes számrendszer szerint. Például: 245 0010 0100 0101 137 0001 0011 0111 --------------------------382 0011 0111 1100 korrekció: 0110 ----------------------0011 1000 0010 b . ) L o g i k a i m ű ve l e t e k b1.)Alapműveletek - logikai VAGY-művelet(OR), - logikai ÉS-művelet(AND), - logikai NEM-művelet(NOT). NEMművele t műszaki írásmód matematikai írásmód VAGYművele t

ÉSművele t C=A C = A +B C = AB C = ¬A C = A ∨B C = A ∧B Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 60 A műveletek igazságtáblázata: operandusok NEM művelet VAGY művelet ÉS művelet A B C=A C=B C = A +B C = AB 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 b 2 . ) Ö s s ze t e t t m ű v e l e t e k = ekvivalencia(azonosság) művelete(jele: , illetve ≡), = antivalencia művelete(jele: ⊕, illetve ), = NEM-VAGY(NOR) művelet(Pierce-művelet), = NEM-ÉS(NAND) művelet(Sheffer-művelet). A műveletek igazságtáblázata: A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 ekvivalencia AB 1 0 0 1 antivalencia A⊕B 0 1 1 0 NEMVAGY NEMÉS A +B AB 1 0 0 0 1 1 1 0 Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 61 A táblázat összetett kifejezései az alapműveletek segítségével: = = = = C = A ⋅B + A ⋅B ekvivalencia: antivalencia: NEM-VAGY: NEM-ÉS: C = A ⋅B + A ⋅B C = A +B = A ⋅B C = A ⋅B = A + B b3.)Logikai függvények

Jelentőségük: különösen a gépek tervezésekor Teljes összeadó (két bináris számjegy és az átvitel összeadására szolgáló egység) összeg(S) és átvitel(C) kimenete: A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 D 0 1 0 1 0 1 0 1 S 0 1 1 0 1 0 0 1 C 0 0 0 1 0 1 1 1 Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 62 S = A ⋅ B ⋅ D + A ⋅ B ⋅ D + A ⋅ B ⋅ D + A ⋅ B ⋅ D = (A ⊗ B) ⋅ D + (A ⊕ B) ⋅ D = (A ⊕ B) ⊕ D S = A ⋅ B ⋅ D + A ⋅ B ⋅ D + A ⋅ B ⋅ D + A ⋅ B ⋅ D = A ⋅ B + (A ⊕ B) ⋅ D c . ) Ar i t m e t i k a i - l o g i k a i m ű ve l e t vé g z ő e g y s é g ( AL U ) Részei: = = = = teljes-összeadó egység, léptető áramkörök, logikai műveletvégző, adatregiszterek(AC - akkumulátor). Állapotjelző regiszter(flag regiszter): = = = = átvitel(carry), nulla(zero), t ú l c s o r d u l á s ( o v e r f l o w) , előjel(sign). Félösszeadó és teljes összeadó vázlata: S S + + D & C C & +

1 & A A B a.) félösszeadó B b.) teljes összeadó (33.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 63 ALU vázlata: S 1 Logikai mûveletvégzõ Aritmetikai S mûveletvégzõ L & 1 & & + & & Ci V01 V02 V 03 V01 & A V 03 & & + & V04 B V02 V 0 1 & 1 C i -1 & Ci A C i -1 B V04 Vezérlõ logika & V 1 V0 V1 1-bites ALU A B (34.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 64 3.14Utasítások végrehajtása a . ) U t a s i t á s vé g r e h a j t á s l é p é s e i = utasításelőkészítés(fetching), = utasításszámláló regiszter(PC) tartalmának növelése, = műveleti kód értelmezése(decoding), operandusok címének meghatározása, = operandusok előkészítése, = művelet végrehajtása(executing), = e r e d m é n y e l h e l ye z é s e . N e u m a n n - e l v ű , h a g yo m á n y o s s t r u k t ú r á j ú s z á m í t ó g é pek

utasításfeldolgozása soros rendszerű: utasítás cím operandus cím +1 PC MAR AC cím dekódoló program ALU utasítás cím mûveletválasztás TMP MBR {0,1} CU adatok operandus 0 1 Z IR op cím utasítás (35.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 65 b . ) M ű ve l e t i ve z é r l é s az utasításokban meghatározott műveletek elemi lépéseinek vezérlése. Feladat: Lehetőségek: = huzalozott módon, = mikroprogramozott módon. S-sín M1 S2 M2 MAR S1 C4 CU µ MAR PC µP P/D C2 MBR op. R1 R2 IR cím C1 k. R3 µ IR cím C3 R-sín S-sín S3 S4 ALU P2 P1 PAR A3 összeadó P3 A2 AC A1 C kompl. képzõ PBR P4 A7 A6 A5 A5 - 1 +1 A4 DPL KBD periféria R4 R-sín (36.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 66 Példa: LDA X [X] ⇒ AC elemi lépések [PC] Þ R-sín Þ S-sín Þ MAR címdekódolás [mem(MAR)] Þ MBR [MBR] Þ R-sín Þ IR [IR(op.kód)] Þ mMAR [IR(címrész)] Þ S-sín

Þ MAR címdekódolás [mem(MAR)] Þ MBR [MBR] Þ R-sín ÞAC érintett vezérlési pontok R2, S2, M2 R1, C1 C2 S1, M2 R1, A1 c . ) M i k r o p r o g r a m o z o t t m ű ve l e t i ve z é r l é s Lényege: az utasítások végrehajtásának elemi lépéseit a ROM tárolóban tárolt mikroprogram alapján végzi el a processzor. Mikroutasítások szerkezete: = horizontális(minden bitje vezérlő funkcióval rendelkezik, = vertikális(hasonló a gépi szintű utasításokhoz). Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 67 Mikroutasítások szerkezete: a.) Horizontális mikroutasítás következõ µ ut. címe vezérlõbitek b.) Kódolt horizontális mikroutasítás kódolt mezõ kódolt mezõ kódolt mezõ következõ µ ut. címe dekódoló vezérlõbitek c.) Kétszintû horizontális mikroutasítás következõ nanoutasítás µ ut. címe címe nanotár d.) Vertikális mikroutasítás mûveleti kód operandus cím kiegészítõ rész vezérlõbitek

(37.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 68 Mikroprogram-vezérelt számítógép vázlata: címsín mikroprogramtár PC µ MAR CU +1 P/D programés adattároló µP mûv. c1 c2 c3 IR Felt. adatsín ALU adatsín (38.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 69 d . ) K ö z p o n t i é s ve z é r l ő e g y s é g ( C U ) vá z l a t a CPU címsín REG BU ALU + sínvezérlés adatsín belsõ vezérlés külsõ vezérlés mûveleti vezérlés IR µ P tár ROM CU (39.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 70 3.2Valós tárolókezelés Fogalma: minden tárolóeszköz kezelése a saját fizikai felépítésétől függően történik. Megoldás: ==> virtuális tárkezelés 3.21Alapfogalmak = = = = = bit, byte, s z ó ( wo r d ) , rekesz, c í m , c í m t a r t o m á n y, tárolóeszközök: RAM(DRAM, SRAM), ROM(PROM, EPROM), = elérési idő, feléledési idő, ciklusidő, = központi

tár kapui: címregiszter(MAR), adatregiszter(MBR, DR) 3.22Címzési, címmódosítási eljárások Ok: az utasítások címrésze csak a legritkább esetekben tartalmazza az operandusok pontos, fizikai címét. - címrész nem elegendően hosszú, - adatsoron kell műveletet végezni, - ciklikus műveletvégzésre van szükség, - a program áthelyezhetőségét kell biztosítani. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 71 a.)Címzési módok = abszolút címzési mód, = relatív címzési mód = közvetett(indirekt) címzési mód, = közvetlen adatcímzés, álcímzés, literális; = indexelés. b . ) K ö z ve t l e n c í m z é s i m ó d o k ( a b s z o l ú t , r e l a t í v) program terület cím 399 400 adatterület cím LDA a 2000 401 AC 1999 2000 2001 1400 a.) abszolút címzési mód program terület cím 399 400 BR 4096 adatterület LDA r + 200 cím 4096 401 pontos cím: 4296 AC 1400 b.) relatív címzési mód Cserny: Számítógépek

architektúrája I. Lap: 72 (40.ábra) Relatív címzés esetei: = bázisrelatív(alapcímtől való eltérés), = utasításrelatív(aktuális utasítás címétől való eltérés), = programrelatív(program kezdetétől való eltérés). Az utasítások hatása: LDA a 2000 [2000] ⇒ AC LDA r 200 [[BR] + 200] ⇒ AC c . ) K ö z ve t e t t ( i n d i r e k t ) c í m z é s i m ó d program terület adatterület cím cím 399 400 1600 2500 pointer LDA i 1600 401 AC 2500 1994 (41.ábra) Az utasítás hatása: LDA i 1600 LDA a 2500 [2500] ⇒ AC Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 73 d . ) K ö z ve t l e n a d a t c í m z é s Az utasítás címrészében maga az operandus találh a t ó . K o r l á t o zo t t h a s zn á l h a t ó s á g ! ! program terület cím 399 400 LDA # 639 (639) AC 401 (42.ábra) Az utasítás hatása: LDA # 639 639 ⇒ AC e.)Indexelés Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 74 IX 5 program

terület cím 399 400 adatterület + LDA ix 3000 cím 3000 401 AC pontos cím: 3005 1400 (43.ábra) Az utasítás hatása: LDA ix 3000 LDA a 3005 [[IX] + 3000] ⇒ AC 3.3Kapcsolatok kezelése Feladat: processzor - memória, processzor - I/O eszközök, perifériák, memória - I/O eszközök, perifériák közötti adatátvitelek leghatékonyabb megoldása. Legfontosabb erőforrások: sínrendszer, csatornarendszer. 3.31Sínrendszer(buszrendszer) a.)Lényege Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 75 Több tucat vezeték, amelyeken az adatok továbbítása meghatározott(szabványos) formában történik; a vezetékek és a jelek egymáshoz rendelése meghatározott. Feladata: = az átvitelben résztvevő eszközök kijelölése, = a z á t v i t e l i r á n yá n a k k i j e l ö l é s e , = a kapcsolatban résztvevő eszközök együttműködésének, szinkronizálásának biztosítása. b.)Felépítése = struktúrája: belső(3-, 2-, 1-sínes),

külső: - helyi(local), - rendszer(system), - memóriasín; buszmeghajtó egység. = részei: címsín(32, 64 bit), adatsín(32, 64, 128 bit), vezérlési sín - adatátvitelt vezérlő, (pl.: M/IO*,R/W, BUSY, READY, stb.), - megszakítást vezérlő, - buszvezérlő jelek, stb. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 76 = busz használói: - master(aktív eszköz), - slave(passzív eszköz). = buszprotokol: elektronikus, mechanikus jellemzők, a m e l ye k a k i v i t e l e z é s é s a m ű k ö d é s módját egyaránt megszabják. c.)Működése = A buszvezérlés módja: = aszinkron, = szinkron. = Buszciklus: az az időtartam(ciklusszám), amely egy adatátvitel lebonyolításához szükséges. = Szinkronizálás alapelve: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 77 cím elõkészítése cím elõkészítése memória hozzáférési idõ ALERT ↑ READY? adat elõkészítése ALERT ↓ ALERT? READY ↓ adat elõkészítése READY ↑

adat átvétele adat átvétele processzor oldal processzor oldal memória oldal memória oldal (44.ábra) Kérés-visszaigazolás(hand-shaking) fogalma: a k é t o l d a l e g yü t t m ű k ö d é s é t b i z t o s í t ó e l j á r á s , amely nem engedi valamelyik oldal elfutását. =Aszinkron vezérlés lényege: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 78 vár C cím ⇒ MAR AS ↑ ALERT(AS) ? ← Cd vár C C C READY? [mem(MAR)] ⇒ MBR READY ↑ [MBR] ⇒ AC AS ↓ ALERT(AS) ? READY? READY ↓ ← Cd ← Cd processzor oldal ← Cd memória oldal (45.ábra) Kettős kérés-visszaigazolás(full hand-shaking) technika alkalmazása a biztonság növelése érdekében. =Szinkron vezérlés lényege: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 79 vár C cím ⇒ MAR AS ↑ ALERT? vár AS ↓ [mem(MAR)] ⇒ MBR READY ↑ READY? [MBR] ⇒ AC READY ↓ C C processzor oldal memória oldal (46.ábra)

d.)Buszfoglalás = fogalma: a buszhasználat jogának megszerzése több aktív eszköz igénye esetén(bus arbitration) = lehetőségek: - soros, - párhuzamos módszerrel. = Soros buszfoglalás elve: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 80 0.eszköz 1.eszköz 2.eszköz BG* buszvezérlõ BREQ* sínrendszer (47.ábra) Prioritás megállapítás: sorrend alapján; processzor priorítása a legalacsonyabb. = Párhuzamos buszfoglalás elve: 0.eszköz 1.eszköz 2.eszköz BREQ* buszvezérlõ BG* sínrendszer (48.ábra) = Prioritás meghatározása: - s o r o s r e n d s z e r b e n : d a i s y- c h a i n ( B G , B R Q ) , - párhuzamos rendszerben: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 81 e g ys z e r ű k ö r b e j á r ó , véletlenszerű, legkevésbé most használt(LRU recently used). - least e.)Tárkezelés gyorsítása = átlapolt buszciklus alkalmazása tárciklus hossza buszciklus hossza órajelek adatelérés - kezdete 0 1

0 1 használt tárbank - vége 0.tárbank 1.tárbank 1.adat 3.adat 2.adat 4.adat (49.ábra) = blokk buszciklus használata: t ö b b b yt e - o s a d a t s o r á t v i t e l e k o r n e m k e l l m i n d e n b yt e - o t k ü l ö n m e g c í m e z n i = = > g y o r s í t h a t ó a z á t vitel. 3.32Megszakítási rendszer Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 82 Feladat: a számítógép folyamatainak összehangolása kivételes és váratlan események bekövetkezése esetében is. a.)Megszakítás fogalma, keletkezése = e s e m é n ye k : szinron, várt, aszinkron, várt, aszinkron, váratlan = e s e m é n ye k k i v á l t ó j a : program(szinkron), hardver(aszinkron). = megszakítás, megszakítási kérelem, megszakítás kiszolgálása; = megszakítások maszkolása. b.)Megszakítások kiszolgálása = problémák: - megszakítás helyének megállapítása, - futó program szabályozott felfüggesztése, - egyidejű megszakítási

kérelmek kezelése, - többszörös megszakítási kérelmek kezelése. = m e g s z a k í t á s h e l ye : - szoftver úton: lekérdezéses(polling interrupt), - hardver+szoftver úton: egy, vagy több vonal vektoros módon. = kiszolgálás lépései: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 83 hardver által: s zo f t v e r á l t a l : hardver által: - jelzés, visszaigazolás, vektorsorszám átküldése, processzor tárolja, PC, állapotregiszter elmentése, - vektortáblázatból a kiszolgáló rutin címének meghatározása és a rutin elindítása; - regisztertartalmak elmentése, - a megszakítás kiszolgálása, - részeredmények visszatöltése, - visszatérés az eredeti feldolgozáshoz; - az elmentett PC, állapotregiszter visszatöltése, - az eredeti feldolgozás folytatása. c.)Megszakítások sorolása = szoftver által: soros kiszolgálás, = hardver(megszakítás vezérlő)+szoftver által: - központi kiértékelés, - elosztott(daisy chain)

kiértékelés =többszörös megszakítások: - egyszintű rendszerben nincs lehetőség, - többszintű rendszerben: egyező, vagy alacsonyabb prioritásuak letiltása ideiglenesen alacsonyabb szintre sorolás, ideiglenesen prioritások átrendezése. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 84 3.33Adatbevitel/kivitel a.)Eszközök elérése = elérési lehetőség: I/O portok, regiszterek - parancs(command) regiszter, - állapot(status) regiszter, - adatkimenet(data output) regiszter, - adatbemenet(data input) regsizter. 2-2 összevonható(parancs/állapot, be/ki) = elérés mödja: közvetlen(I/O utasításokkal), közvetett(memory mapped). = átviteli módok: soros, párhuzamos. = periféria vezérlése, átvitel bonyolítása - közvetlen, feltétel nélküli(pl. jelzőizzó), - feltételes(jelzőbit ellenőrzése, megszakítás várása, stb.), - közvetlen tárolóhoz fordulással(DMA=direct memory access) blokkos átvitel, cikluslopás ==> időosztásos

buszhasználat - önálló vezérlőjű csatorna ==> nagygépek, - I/O processzor + csatorna. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 85 b . ) P á r h u z a m o s a d a t á t vi t e l = programozott I/O átvitel - feltétel nélküli, - feltételes(jelzőbit alapján), ===> processzor foglalt a teljes átviteli időben; = megszakításos I/O átvitel I/O eszköz felszabadul ==> megszakítási kérelem ==> adtátvitel ===> processzor csak a megszakítási kérelem k i s z o l g á l á s a a l a t t f o g l a l t a z I / O t e v é k e n ységgel; = közvetlen memóriahozzáférés(DMA) - processzor ellenőrzi a perifériát, tudja-e fogadni az átvitelt, - DMA vezérlő részére előkészíti az átvitel paramétereit, elindítja a DMA-t, - DMA buszfoglalási kérelmet jelez, - buszfoglalás, átvitel, - jelzés(megszakítás) a processzor felé, - processzor ellenőrzi a végrehajtás hibátlan megtörténtét, - buszengedélyezést megszünteti.

Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 86 ===> a processzor csak a megszakítások kiszolgálása alatt foglalt. = csatorna-elv alkalmazása - szelektor csatorna, - multiplexor csatorna, m i n d e g yi k ö n á l l ó v e z é r l ő e g y s é g g e l . ===> a processzor teljesen felszabadul az I/O t e v é k e n ys é g i r á n y í t á s a a l ó l . c . ) S o r o s a d a t á t vi t e l g y a k o r i , e g ys z e r ű , d e m e g b í z h a t ó á t v i t e l i m ó d , = lényege: párhuzamos-soros átalakítás(UART = A s yn c h r o n o u s R e c e i v e r / T r a n s m i t t e r ) , modem használata(szimplex, duplex), átviteli protokol meghatározott, (RS-232C, RS-449 szabvány) digitális jelek m ikroszám ítógép párh.soros átalakító frekvenciam odulált jelek m odem m odem sorospárh. átalakító m ikroszám ítógép telefonvonalak (50.ábra) = aszinkron átvitel: start bit(1), adatbit(7), Cserny: Számítógépek

architektúrája I. Lap: 87 paritásbit(1), stop bit(1-2). 0. 1-es szint 1. 2. 3. 4. 5. 6. bit 0-ás szint start bit paritás bit adatbitek stop bitek 1 karakter bitjei (51.ábra) átviteli sebességek: 110, 300, 1200, 2400, 9600, 19200 [bit/sec]; = szinkron átvitel: blokkos átvitel - karakteres, - bitorientált, a.) Karakter orientált protokol 1 1 1 1 SYN SYN SOH fejrész STX 1 2 ETX/ adatok(n karakter) ETB ell.örzõ összeg SYN = szinkronmezõ SOH = fejrész kezdete(start of header) STX = szöveg kezdete(start of text) ETX = szöveg vége(end of text) ETB = átviteli blokk vége(end of transmission block) b.) Bitorientált protokol 1 1-2 7E h cím- vezérlõ rész rész 2 adatok(n karakter) 1 ell.örzõ 7E h összeg (52.ábra) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 88 átviteli sebességek: 4800, 9600, vagy nagyobb. 3.4Tárolóeszközök 3.41Általános jellemzők - feladatuk: adattárolás, adatcsere, - típusok: = hajlékony

lemez(floppy), 360KB-720KB-1.2MB-144MB, 2.88MB, 21MB, 120MB(optikai vezérlés); = merevlemez, beépített(80MB-10GB), cserélhető(80-540MB), hordozható(20-80MB); = optikai lemezek(CD-ROM, CD-R, WORM), 560-650 MB a.)hajlékonylemezes(floppy) egységek: - típusai: 5.25" és 35" meghajtók - adataik: kapacítás[kB] átmérő[in] fejszám sávszám szektorszám sávsürüség[tpi] jelrögzítés átv.seb[Kb/s] 360 5.25 2 40 9 48 MFM 250 1200 5.25 2 80 15 96 MFM 500 720 3.5 2 80 9 135 MFM 250 Cserny: Számítógépek architektúrája I. 1440 3.5 2 80 18 135 MFM 500 2880 3.5 2 80 36 135 MFM 1000 Lap: 89 - adatok beállítása BIOS-on keresztül, - max. BIOS kapacitás: 64MB b . ) m e r e vl e m e z e s ( w i n c h e s t e r ) e g y s é g e k : - f e l é p í t é s e : z á r t , 6 - 1 5 k ö n n yű f é m l e m e z , m á g n e sezhető réteg, repülőfej, 3600 f/p - kapacitás: 5.25" -es: 20-40MB, 25-50ms, 625kB/s, 3.5" -es: 50-500MB, 10-20ms,

900kB/s, - max. BIOS kapacitás: 838GB c.)optikai egységek - felépítése: - kapacitás: cserélhető lemez, a lemezen spirálp á l yá n e l h e l y e z k e d ő j e l s o r o z a t t a l ; csak olvasható, egyszer írható, írható-olvasható 550-650 MB, >10 GB(DVD) 150 kB/s, 300 kB/s, . Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 90 3.42Információtárolás - vizsgálat szintjei: fizikai, BIOS, DOS. a.)Fizikai szint 1 . M á g n e s e s t á r o l ó e s zk ö zö k - jelrögzítés módja: önszinkronizáló: FM, MFM, RLL(ARLL) - formázás(sávkezdet fizikailag adott: ⇒ pl. lyuk) szektorok: fejrész(azonosító, ell.összeg), adatrész(adatok, ell.összeg) sávok(cilinderek) - ellenőrző összeg: CRC(cyclic redundancy code), ECC(error correcting & checking) - ü r e s h e l ye k ( g a p ) a m e g b í z h a t ó s á g m i a t t , - írásvédelem vezérlési szinten(nem léphető át?), =operációs rendszer szinten: a lemez formázási adatai

leolvashatók. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 91 2 . O p t i k a i t á r o l ó e s zk ö zö k - jelrögzítés formája: lyuk - nem-lyuk átmenet léte- nem léte(NRZI) = lézerrel beégetett lyukak (pit - 0.5 x 0833 ÷ 3056 µm), = közbülső szakaszok(land) váltakozásával; = írható/olvasható tárolóknál magneto-optikai jelrögzítés, írás: lézerrel helyi melegítés mágnesezés, olvasás: lézerrel polarizáció változó; - jelrögzítés spirál pályán, 1.6 µm menetemelkedéssel, azonos jelsűrűséggel ⇒ változó fordulatszám(250-500 f/p); - adattárolás: = b yt e - o n k é n t 1 4 b i t e s f o r m á b a n , c r o s s - i n t e r leaved Reed-Solomon hibajavító kód alkalmazásával, = 2 4 k i b ő v í t e t t b yt e - o s a d a t c s o p o r t o k k i a l a k í t á s a további kiegészítő információkkal ⇒ 588 bit hosszúságú, = 98 adatcsoportból adatkeret(blokk) ⇒ 2352 byte. Cserny: Számítógépek

architektúrája I. Lap: 92 b.)BIOS szint - szektor- és sávszintű műveletek, - sávok sorszáma: 0-39, 0-79, - szektorok(512B) sorszáma: 1-9, 1-15(1.2M), 1-9, 1-18(1.44M) 1-17, -26, -34 (HDD) - sorszámozás: = f l o p p y- n á l a f i z i k a i é s a ( B I O S s z i n t ű ) logikai számozás megegyezik, = merevlemeznél a magas fordulatszám miatt, eltolás ⇒ interleave (1:6, 1:3, 1:2, 1:1 ar á n yb a n ) ; - lehetséges műveletek: = f l o p p y- n á l ( 1 3 h m e g s z a k í t á s o n k e r e s z t ü l ; funkciókód: az AH-ba): 00h 01h 02h 03h 04h 05h 15h 16h 17h - reset, - állapot olvasása, - szektor olvasása, - szektor írása, - verifikálás, - formázás(paraméter tábla 78-7Bh h e l ye n ) - meghajtó típusa, - lemezcsere volt-e, - formátum meghatározás; Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 93 = merevlemeznél(bekapcsoláskor, ha van merevlemez ⇒ a 13h-as megszakítás a merevlemezé és a floppy átirányításra kerül a

40h-es vektorra) 00h 01h 02h 03h 04h 05h 08h 09h 0Ah 0Bh 0Dh 10h 11h 14h 15h - reset, állapot olvasása, szektor olvasása, szektor írása, verifikálás, formázás, formátum lekérdezés, külső meghajtó ill.-e, bővített olvasás, bővített írás, reset, meghajtó üzemkész? meghajtó újraállítása, vezérlő vizsgálata, meghajtó típusa. = optikai lemeznél(15h megszakításon keresztül, ha az MSCDEX.EXE program be lett töltve; funkció: AH=15h; alfunkció az AL regiszterbe): Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 94 00h 01h : : 05h : 08h 09h : : 0Ch : 0Fh 10h - betöltés ellenőrzése, - CD-ROM meghajtók listája, - tartalomjegyzék olvasása, - lemez olvasása, - lemez írása(csak írható CD-nél), - MSCDEX verziószáma, - katalógus bejegyzés olvasása, - funkcióhívás továbbítása. c.)DOS szint S z a b v á n yo s f o r m a é s (mágneslemezeknél), tartalom a DOS számára (szektorok sorszámozása logikai, 0-tól)

Részei: - particiós tábla(MBR, 0.szektor), - betöltő szektor(boot sector) - állományelhelyezési tábla(FAT), Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 95 - állományelhelyezési tábla másolata (FAT2), - f ő k ö n yv t á r ( r o o t d i r e c t o r y ) , - további állományok, Particiós tábla: − − − − − − − − aktiv/inaktiv partició particiókezdet fejsorszáma particiókezdet sáv-, szektorsorszám operációs rendszer kódja particióvég fejsorszáma particióvég sáv-, szektorsorszám particiókezdet logikai szektorsorszáma particióvég logikai szektorsorszáma 1 1 2 1 1 2 4 4 byte, byte, byte, byte, byte, byte, byte, byte. B e t ö l t ő s ze k t o r t a r t a l m a ( p a r t i c i ó e l s ő s ze k t o r a ) : − − − − − − − − − − − − ugró utasítás gyártó neve és verzió B yt e / s z e k t o r szektor/klaszter foglalt szektorok száma FAT-k száma f ő k a t a l ó g u s b e j e g yz é s e i n

e k s z á m a szektorok száma adathordozó leíró Byte-ja FAT által elfoglalt szektor szektor/sáv fejek száma Cserny: Számítógépek architektúrája I. 3 8 2 1 2 1 2 2 1 2 2 2 Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Lap: 96 − rejtett szektorok száma 2 Byte, − verziótól függő foglalt hely − betöltő rutin: betölti az IO.SYS, MSDOSSYS állományokat FAT tartalma: klaszterenkénti információ (12 vagy 16[ha 4078 kl-nél több van] biten) 0.klaszter: 1.klaszter: többinél: lemez azonosító kód, file vége jel(FFFh) 000h használaton kívül, nnn nnn.-nél folytatódik, FF0-FF6 foglalt(FF7h=sérült), FF8-FFF file vége. Főkatalógus tartalma: 3 2 B y t e - o s b e j e g yz é s e k e t t a r t a l m a z : − − − − − − file neve file név kiterjesztése attributum fenntartott utolsó módosítás időpontja utolsó módosítás dátuma Cserny: Számítógépek architektúrája I. 8 3 1 10 2 2 Byte, Byte,

Byte, Byte, Byte, Byte, Lap: 97 − első klaszter sorszáma − file hossza Cserny: Számítógépek architektúrája I. 2 Byte, 4 Byte. Lap: 98 3.43Floppy illesztő - vezérlő: i82072, i82077a(2.88MB-ost is kezeli) - egy, vagy két meghajtó, - jelsűrűség: - I/O címek: SD DD HD FM, MFM, MFM, 3F0h BIOS csak ezt ismeri, IRQ6+DMA 2.csatorna, bármely szabad IRQ + 8 bites DMA. 370h 250kb/s 500kb/s - regiszterek: 02h 04h 05h 07h digitális kimenet(motor, meghajtó) állapot olvasása, adatregiszter(adat, parancs), adatátviteli sebesség kiválasztása; digitális bemeneti regiszter olvasása (lemezcsere, írás engedélyezés, fejkiválasztás). 3.44Merevlemez illesztő - egy, vagy két illesztő lehet, - I/O címek: 1F0h 170h BIOS csak ezt ismeri, (jelzés: IRQ14) bármely szabad IRQ, Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 99 külön kezelő kell - r e g i s zt e r e k : 00h 01h 02h 03h 04h 05h 06h 07h adatregiszter(16 bites periféria

utasítással), írási előkompenzálás(i)/hibaregiszter(o), átvinni kivánt szektorszám, első szektor száma, első átviendő sáv, alsó 8 bit, első átviendő sáv, felső 2 bit, meghajtó és fej sorszáma, parancsregiszter(i)/állapotregiszter(o), - floppy illesztő regiszterei közül: 06h 07h állapotregiszter(o)/parancsregiszter(i), digitális bemeneti regiszter(o). - parancsok: = fej a 0.sávra, = fej adott sávra, = szektor olvasása, = szektor írása, = sáv formázása, = szektor ellenőrzése, = diagnosztika végrehajtása, = fej- és szektorszám beállítása. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 100 a.)Seagate-csatoló(st506/412) - legelső csatolók egyike(1980-as évek eleje), - k i s k a p a c í t á s ú e g ys é g e k h e z ( < 1 4 0 M B ) , - n é g y e g ys é g c s a t o l h a t ó h o z z á ( á l t . - b a n 2 e g y s é g van), - 34 pólusú vezérlő- +20 pólusú adatcsatlakozó, - k ó d o l á s : M F M ( g ya k o r i b

b ) , v a g y R L L , - elérési idő: ∼ 28 ms - adatátviteli sebesség: > 625 kB/s (lemez és vezérlő között analóg jelek), b . ) E S D I ( E n h a n c e d S m a l l D e vi c e I n t e r f a c e ) csatoló - az st506/412 csatoló továbbfejlesztése, kompatibilitás, - k ó d o l á s : t ö b b n yi r e R L L , - adatátvitel sebesség: kb. 12MB/s (lemez és vezérlő között digitális jelek), - 34 pólusú vezérlő- +20 pólusú adatcsatlakozó, - elérési idő: ∼ 17 ms, Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 101 - kapacitás: ∼ 300 MB. c.)SCSI(Small Computer System Interface) csatoló - több, mint csatoló sínrendszer, - m a x . 7 e g ys é g c s a t o l h a t ó h o z z á , - n e m c s a k l e m e z e g ys é g ( C D - R O M , s c a n n e r , streamer) csatolható, - adatátviteli sebesség: 5 MB/s, (8 bites párhuzamos adatátvitel), - 50 pólusú csatlakozó(9 vezérlő- + 9 adatvezeték) - indikátor(master) és target(slave) is lehet,

SCSI-2 csatoló: - adatátviteli sebesség: 10 MB/s, - 16, 32 bites adatszélesség. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 102 d . ) I D E - E I D E ( E n h a n c e d I n t e g r a t e d D e vi c e Electronic) csatoló - az ESDI csatoló továbbfejlesztése, vezérlő a meghajtóba AT-sínes csatoló, - sín max. frekvenciája: 10 MHz, - adatátviteli sebesség: 1-4 MB/s, (8, 16 bites párhuzamos adatátvitel), - IDE max. 504 MB-ot(1024 sáv x 63 szektor x 16 f e j x 5 1 2 b yt e ) k e z e l , - két illesztő használható, két-két meghajtóval (master-slave), - gyárilag formázott - E I D E a n a g yo b b k a p a c í t á s ú ( > 5 1 2 M B ) lemezekhez, - logikai blokkcímzéssel(LBA), újabb BIOS-ok már ismerik, - nagyobb adatáviteli sebesség: 13.3 MB/s, - EIDE esetében max. 84 GB, Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 103 3.5Monitorok és vezérlésük 3.51Alapfogalmak - fogalmak: = f o l ya m a t o s ( n o n - i n t e r l a c e d )

, váltott soros(interlaced) képalakítás; n a g yo b b f e l b o n t á s n á l , a l a c s o n y a b b képfrekvencia; = m u l t i s yn c h r o n : f e l b o n t á s v á l t o z t a t á s a a k é p ugrása nélkül; = overscan: teljes képernyő használata; = utánvilágítás; = alacsony sugárzású(low radiation). - felbontás lehetősége(fizikai pontméret - dot) ↔ k é p e r n yő m é r e t - v e z é r l ő k á r t ya e l e m e i : - vezérlők feladata: = = = = vezérlő(pl. MC6845), video RAM, video ROM-BIOS, karaktergenerátor, stb. = m e m ó r i a b e l i k é p e r n yő t a r t a l o m m e g j e l e n í t é s e ⇒ címtartomány: A0000 - BFFFF között. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 104 FFFFF C0000 BC000 B8000 B1000 B0000 szöveges CGA, EGA, 200 soros CGA,EGA (grafikus) monokrom MDA, HGC 350 soros EGA (grafikus), VGA A0000 00000 (53.ábra) - v e z é r l é s t ö b b n yi r e M C 6 8 4 5 - ö s s e l , d e e z a k á r

t yá tól függ, - a k á r t ya v e z é r l é s e a z I / O c í m e k e n ( 3 B 0 - 3 B F , 3D0-3DF) keresztül, - vezérlés módja: = fizikai szinten(regiszter szinten): 3B0 - 3BF között: MDA, HGC 3C0 - 3CF között: EGA, VGA 3D0 - 3DF között: CGA, EGA, VGA video RAM címek: A0000 - BFFFF Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 105 = BIOS szinten(10h megszakításon keresztül): funk ció 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f 13 leírás videó üzemmód beállítása kurzor alakjának meghatározása kurzor pozicionálása kurzor helyének kiolvasása f é n yc e r u z a h e l y é n e k k i o l v a s á s a a k t u á l i s k é p e r n yő l a p k i v á l a s z t á s a felfelé görgetés(scroll) lefelé görgetés(scroll) karakter/szín kiolvasása karakter/szín betöltése karakter(ek) beírása keret-, háttérszín, paletta választása grafikus pont írása grafikus pont olvasása karakter beírása üzemmód lekérdezése karakterlánc

kiírása Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 106 3.52Kártyatípusok a . ) Al a p t í p u s o k típus MDA HGC HGC+ CGA EGA MCGA VGA SVGA kar. készl. min. RAM [kB] 256 256 igen 256 üzemmód színek száma jellemző felbontás kar. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. 2 2 720x350 720x350 2 720x400 4/16 640x200 16 640x350 igen 256 256 640x480 igen 256 256 640x480 igen 256 256 800x600 igen 512, 102 4 256 MDA, CGA, EGA, MCGA módokat az IBM definiálta, a t ö b b i t m á s g yá r t ó k . Két monitoros összeállításoknál használható párosítások: = csak egy színes és egy mono monitor párosítható, Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 107 = két színes monitor csak EGA módban párosítható. b . ) M D A( M o n o c h r o m e D i s p l a y Ad a p t e r ) k á r t y a - videomód jellemzők: 7-es mód: 80x25 karakter, 1 lap 9x14 pont, 2 szín -

tárolási mód: 0.oszlop 0.sor karakterkód 1.sor karakterkód 1.oszlop attributum byte karakterkód karakterkód attributum byte attributum byte = 1, aláhúzott karakter karakter/elõtér színe (00, 11 megengedett) = 1, magas fényerõ háttér színe (000, 111 megengedett = 1, villogás engedélyezve (54.ábra) - m e m ó r i a i g é n y: 80x25x2 = 4000 [By] - t á r o l á s i h e l y: B0000 - B0FFF - karakter rel.címe: 160 * sor + 2 oszlop Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 108 c.)HGC(Hercules Graphic Card) kártya - videomód jellemzők: 7 7+ 80x25 80x25 720x350 9x14 720x400 9x16 2 szín(mono) 2 szín - m e m ó r i a i g é n y: szöveges: 80x25x2 = 4000 [By] 8 lap, grafikus: 720x350x1 = 31500 [By] (2 lap) 32 KB - tárolás: 4 szegmensben(4x8KB): 0.,4,8, 1.,5,9, 2.,6,10, 3.,7,11, - t á r o l á s i h e l y: sor sor sor sor 90-90 90-90 90-90 90-90 Byte-ja, Byte-ja, Byte-ja, Byte-ja. B0000-B7FFF(B8000-BFFFF) - p x l b y t e c

í m ( x , y) : 8192*(y mod 4) + 90int(y/4) + int(x/8) - bitcím: 7-(x mod 8) Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 110 d . ) C G A( C o l o r G r a p h i c Ad a p t e r ) k á r t y a - videomód jellemzők: = szöveges: 0,1 40x25 2,3 80x25 = grafikus: 4,5 320x200 6 640x200 8x8 8x8 8x8 8x8 pont pont pont pont 16 szín, 16 szín, 4 szín, 2 szín. Karakteres üzemmód hasonló az MDA kártyáéhoz karakterkód, attributum = fekete/fehér üzemódban: a t t r i b u t u m b yt e : 7. villogtatás engedélyezése, vagy háttér intenzítás állítása, 6-4. háttér színe, 3. karakter magas fényerő, 2-1. karakter színe, 0. aláhúzás(nem mindig). = színes üzemmódban: a t t r i b u t u m b yt e : 7. villogtatás engedélyezése, vagy háttérszínkód intenzítás, 6-4. háttér színe, 3. karakter magas fényerő, Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 111 2-0. karakter színe. színkódok: intenzitás 0 0 0 0 0 0 0 0 színkód 000 001

010 011 100 101 110 111 szín fekete kék zöld türkiz vörös lila barna vil.szürke intenzitás 1 1 1 1 1 1 1 1 színkód 000 001 010 011 100 101 110 111 szín söt.szürke vil.kék vil.zöld vil.türkiz piros vil.lila sárga fehér Grafikus üzemmód: - felbontás: 640x200 sor esetén: 1 bit/pixel 2 szín 320x200 sor esetén: 2 bit/pixel háttér színe: 16 színből, előtér színe: 2 paletta alapján 3 szín - m e m ó r i a i g é n y: szöveges: grafikus: 4 kB 16 kB - t á r o l á s i h e l y: B8000 - BBFFF 4/8 lap 1 lap Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 112 p x l c í m ( x , y) : 8 1 9 2 * ( y m o d 2 ) + 8 0 i n t ( y / 2 ) + int(x/4) bitcím: 6-2*(x mod 4) memória cím 3.sor 1.sor 0.By 0.By 79.By 79.By BA000 2.sor 0.sor 0.By 1By 0.By 1By 79.By 79.By B8000 320x200-as felbontás 0. 1 2 3. 4 5 6 7 640x200-as 0 1 2 3 4 5 6 7 8 felbontás 15 képpont(pixel) képpont(pixel) (55.ábra) e . ) E G A( E n h a n c e d G r a p h i c Ad

a p t e r ) k á r t y a - videmód jellemzők(cél a nagyobb felbontás): 0*,1 2*,3 4,5 6 7 CGA szerint, MDA, HGC szerint Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 113 EGA módok: D 40x25 320x200x16 8x8 E 80x25 640x200x16 8x8 F 80x25 640x350x2 8x14 10 80x25 640x350x16 8x14 - m e m ó r i a i g é n y: A0000-AFFFFh = szöveges: 80x25x2 = 4000 [byte] = grafikus: 640x350x4 bit = 112000 [byte] ≅ 128 kB = tárolás: CGA(4,5,6) módnál a CGA kártyánál megismert módon; EGA(F) módnál, a kiegészítő információ egy második bitsíkon tárolt, azaz egy képponthoz 2 bit tartozik: 640x350x2 = 448000 bit = 56000 [byte] ≅ 64 kB EGA(10) módnál 4, vagy 16 szín tárolásához 2, vagy 4 bitsík szükséges, így min. 128 KB kell A beállított színkód határozza meg a paletta regiszteren keresztül a végleges színt. - adatok kezelése a video ROM-BIOS -szal: = kiolvasás: 0.kiolvasási mód: a kiválasztott bitsík adata kezelhető, Cserny: Számítógépek

architektúrája I. Lap: 114 1.kiolvasási mód: színkeresés = összehasonlítás a színfigyelő regiszterben adott értékkel, = egyes bitsíkok maszkolhatók ⇒ színfigyelő maszkregiszter Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 115 = írás: 0.írási mód: két módosítási lehetőség, = CPU adatával, = SET-RESET regiszter adatával, 1.írási mód: átmeneti regiszter írása, 2.írási mód: CPU adata szabályozza a módosítandó bitsíkot, 3.írási mód: (VGA kártyánál) f . ) M C G A( M u l t i C o l o r G r a p h i c Ad a p t e r ) k á r t y a - videomód jellemzők: alapjaiban a CGA kártyához hasonló, a PS/2-25, -30-as gépekhez készült. 0,1 2,3 4,5 6 11 13 CGA módokat 400 sorral jeleníti meg 200 helyett. 80x30 40x25 - m e m ó r i a i g é n y: 640x480x2 320x200x256 8x16 8x8 A0000 - AFFFFh = szöveges: tárolási mód a CGA szerinti, különbség: = 4 bites színkód a színkódtárat címzi, = e g ye s a t t r i b u t u m -

b i t e k m a s z k o l h a t ó k , = 8 programozható karaktergenerátor, 512 karakter, Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 116 = grafikus: CGA kompatibilis módnál ugyanolyan, 640x480x2 1 Byte = 8 pxl 0 ⇒ szín: 0.színkód regiszter szerinti, 1 ⇒ szín: üzemmódregiszter 2.bitje szerint, 320x200x4 a pxl 2 bites értékéhez a színkiválasztó regiszter 5-4.bitje adódik, amelyek e g yü t t e s e n j e l ö l i k k i a s z í n k ó d r e g i s z t e r t ; 320x200x256 a pxl színértékét 1 Byte tárolja. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 117 g . ) V G A( V i d e o G r a p h i c Ar r a y ) k á r t y a - videomód jellemzők: nem IBM definiált kártya, 0+,1+ 2+,3+ 7+ CGA kompatibilis VGA módok(400 soros) HGC kompatibilis VGA mód 12 80x30 640x480x16 8x16 - megjelenítési formák: = szöveges: az attributum adatok a CGA, EGA továbbfejlesztésével alakultak ki; a paletta regisztereken keresztül vezérli a színkód

regisztert és a monitort, 8 karakterkészlet; = grafikus: 640x480x16/256 -os felbontásnál az E G A k á r t yá h o z h a s o n l ó a n m ű k ö d i k , 1 p x l a d a t a i 1 B yt e - b a n v a n n a k t á r o l v a . h . ) S V G A( S u p e r V i d e o G r a p h i c Ar r a y ) k á r t y a V G A k á r t ya t o v á b b f e j l e s z t é s e : = szöveges: 25, 30, 43, 60 soros, 80, 132 karakteres megjelenítés = grafikus: 800x600, 1024x768, 1280x1024 pontos felbontások, 16, 256, 32768 szín(árnyalat). Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 118 3.6Egyéb beviteli/kiviteli eszközök Feladatuk: = párhuzamos, = soros, = játék kimenetek/bemenetek kezelése. T ö b b n y i r e a n yo m t a t ó , a z e g é r , a b o t k o r m á n y ( j o ystick), a modem, a lapolvasó(scanner) vezérlésére szolgálnak, de emellett a hajlékonyés merevlemez vezérlői is rajta lehetnek. 3.61Billentyűzet, egér a.)Billentyűzet T í p u s a i : 8 4 , 1 0 1 / 1 0 2 b i l

l e n t yű s v á l t o z a t o k ; W i n d o ws b i l l e n t y ű z e t Működés: saját vezérlővel rendelkezik, parancsokat is fogadhat Adatátvitel: soros, 2 byte-os 1 . b yt e : A S C I I k ó d , 2 . b yt e : s c a n k ó d ; funkcióbillentyűnél: 1.byte = 0 tetszőleges ASCII kód bevitele: numerikus billentyűzettel(ALT + kód) BIOS szintű elérés: Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 119 60h 64h b.)Egér bemeneti/kimeneti adatregiszter, parancs/állapot regiszter Soros porton keresztül csatlakoztatható a géphez. Típusai: mechanikus, optikai, opto-mechanikus vezérlésű Adatátvitel: 3, vagy 5 byte-os soros adat 1 . b yt e : 2 . b yt e : 3 . b yt e : x irányú elmozdulás h e l yz e t h e z v i s z o n y í t v a , y irányú elmozdulás h e l yz e t h e z v i s z o n y í t v a , billentyű állapotbyte az előző az előző S o r o s i l l e s z t ő ( R S 2 3 2 C s z a b vá n y ) h a s z n á l a t a S o r o s n yo m t a t ó ,

t e r m i n á l , e g é r , t e l e x , m o d e m , számítógép csatlakoztatására. Szinkron, UART) aszinkron átvitel(i8250, 16450, 16550 Adatátvitel 5, 6, 7, 8 bites formában, páros/páratlan paritás mellett, 50-56000 bps sebeséggel. BIOS szinten: I/O címek: 3F8 COM1 IRQ4 Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 120 2F8 2E8 3E8 COM2 COM3 COM4 IRQ3 IRQ4 IRQ3 Regiszterek: 00 01 02 03 04 05 06 07 soros adó/vevő adatregiszter, megszakítás engedélyező regiszter, megszakítás azonosító regiszter, adó/vevő parancsregiszter, modem vezérlő regiszter, adó/vevő állapotregiszter, modem állapotregiszter, általános célú regiszter. 3.62Nyomtatók Általában a párhuzamos portot használják. a.)Típusai - k a r a k t e r n yo m t a t ó k : = m a r g a r é t a k e r e k e s ( d a i s y- wh e e l ) , = s o r n yo m t a t ó k ; - m á t r i x n yo m t a t ó k : 9, vagy 24 tű; 5x7-es, 9x11-es, 18x23-as pontmátrix; - t i n t a s u g a r

a s n yo m t a t ó k : fuvókákon keresztül áramlik a festék; - l é z e r n yo m t a t ó k : Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 121 elektrosztatikus elven működik, = saját processzor, = nincs saját processzor, = P o s t s c r i p t n ye l v h a s z n á l a t a . b . ) P á r h u z a m o s i l l e s z t ő ( C E N T R O N I C S s z a b vá n y ) Lehetséges adatforgalom: = e g y i r á n yú , = k é t i r á n yú : csak kifelé (Centronics kompatibilis), csak befelé: 4 bites (állapotvonalakon), 8 bites(adatvonalakon), kétirányú: EPP(Enhanced Parallel Port), ECP(Extended Capability Port) nyomtató, lapolvasó. DOS szinten: 4 logikai periféria(LPT1[PRN], LPT2, LPT3, LPT4) rendelhető hozzájuk az IRQ7, IRQ5 felhasználásával. 378h 278h 3BCh 2BCh LPT1 LPT2 LPT3 LPT4 Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 122 BIOS szinten: I/O címek: 378, 278, 3BC, 2BC Regiszterek: 00 01 02 adatregiszter, állapotregiszter 7. -BUSY jel, 6.

-ACK jel, 5 . P E , p a p i r h i á n y- j e l , 4. SELECT, eszközválasztó-jel, 3. -ERROR hibajelző, 2-0. nem használt, parancsregiszter. 7-6. nem használt, 5. kétirányú átvitelnél, meghajtó tiltása, 4. megszakítás engedélyezése, 3. átvitel iránya: 0 = bemenet, 1 = kimenet, 2. alaphelyzetbe állítás, 1. automatikus soremelés, 0. adat érvényesítése. Cserny: Számítógépek architektúrája I. Lap: 123