Čo je to počítač?

1. +5V Čo je to počítač? Zopneme spínač>> SPOLOČNÉ NAPÁJANIE +5V Zopnutý spínač predstavuje Logickú1 Vypnutý spínač predstavuje Logickú0 Tento stav signalizuje sigálny prvok Log1svieti Log0nesvieti Pridáme zdroj napätia a kontakty spínača Počítač v podstate je len elektrický obvod. A máme základný obvod počítača! >> Základom pre prenos dát v počítači je Drôt Ale potrebujeme ho elektricky zapojiť. Pridáme signálny prvok V uzavretom okruhu spustil sa prúd SPOLOČNÁ ZEM >>

2. +5V 8 bitový počítač a DÁTOVÁ ZBERNICA 8 bitový počítač používa 8 drôtov na „DÁTOVEJ ZBERNICI“ >> DÁTOVÁ ZBERNICA 7 6 5 4 3 2 1 0 Túto schému teraz zjednodušíme a nahradíme ju Klávesnicou a Displejom Pre každý drôt zbernice môžeme vytvoriť 8 nezávislých obvodov napájaných z jednoho zdroja >> >>

3. +5V Oddelovače zberníce Ná Dátovú zbernicu napájame všetky 8 bitové zariadenia paralelne, ale komunikovať medzi sebou môžu súčasne len dve! >> Z toho dôvodu použijeme zariadenie nazývané oddelovač zbernice, ktorý prepustí signály z jednej strany na druhú ak riadiaci vstup UZEMNÍME –> tzv. riadenie „nulou“ >> DÁTOVÁ ZBERNICA KLÁVESNICA Toto riadenie zveríme RIADIACEJ JEDNOTKE >>

4. +5V Riadiaca jednotka RIADIACA JEDNOTKA RIADIACA ZBERNICA RDK WRD DÁTOVÁ ZBERNICA KLÁVESNICA >>

5. & Princíp riadiacej jednotky Takto sa postupne vykonajú všetky mikroriadky danej inštrukcie. Ich počet závisí od samotnej inštrukcie. Posledný riadok inštrukcie ovláda STOP generátora hodín. >> DEKODÉR 1 z N ČÍTAČ Vložením POČIATOČNEJ HODNOTY do sústavy ČÍTAČ - DEKODÉR 1 z N sa na odpovedajúcom výstupe DEKODÉRA objaví riadiace napätie +5V Hodinový takt na vstupe +1 ČÍTAČA následne krokuje posun riadiaceho napätia na následujúce výstupy v poradí ako za sebou nasledujú. >> Riadiaci vodič označený STOP zablokuje hradlo cez ktoré prechádzajú inkrementačné impulzy generátora hodín. >> STOP WRD +5V POČ. HODNOTA +5V zapíš Riadené zariadenie sa ZAPLO >> +1 Prechodom na nasledovný riadok sa riadené zriadenia zase vypnú. >> Výstupy ovládajúce spínače vyvedené na RIADIACU ZBERNICU GEN. HODIN Riadiaca jednotka sa znovu spustí až sa na vstupe objaví počiatočná hodnota nasledovnej inštrukcie. STOP >>

6. 1 0 1 1 +5V 0 1 1 0 Pamäťový prvok - register Register je pamäťový prvok s 8 bitmi každý pre jeden bit dátovej zbernice >> Počítač vykonáva činnosť kombináciou pstupnosti riadiacich signálov RDK , WR_A , RD_A , WRD >> RIADIACA ZBERNICA RIADIACA JEDNOTKA WR_A RD_A Vstup aj výstup do registra je oddelený oddelovačmi zbernice >> DÁTOVÁ ZBERNICA Riadenie zabezpečuje Riadiaca jednotka signálmi WR_A a RD_A >> RDK WRD KLÁVESNICA 5 A >>

7. ADRESNÁ ZBERNICA 16 WRH WRL RDA WRM RDM Dekodér adresy 1 0 1 1 0 1 1 0 Adr.reg. RAM +5V Pamäťový prvok - RAM • Nasleduje ukážka spolupráce jednotlivých prvkov • počítača • Zaadresovanie 8 bitovej bunky v RAM • Výber obsahu • Odoslanie operandu na port displeja. • >> RIADIACA ZBERNICA RJ ADRESNÝ REGISTER zvyčajne má dvojnásobný počet bitov než dátová zbernica, preto sa naplňuje dvomi prenosmi 8 bitových dát WRH – high – horný bajt WRL – low – dolný bajt >> DÁTOVÁ ZBERNICA 8 RAM je pole 8 bitových buniek adresovaných pomocou dekódera adries. Na výstupe sa objaví obsah jedinej bunky. Na zápis a čítanie slúži DÁTOVÁ ZBERNICA oddelená oddelovačmi riadenými Riadiacou jednotokou. >> Niektoré registre počítača slúžia na adresovanie pamätí a ich výstup sa napája na 16 bitovú ADRESNÚ ZBERNICU a takých zberníc môže byť aj viac. >> WRD >> >>

8. 1 ALJ 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Aritmeticko logická jednotka >> >> >> >> Údaje z pracovných registrov sa prenesú do pomocných registrov v ALJ a po vykonaní operácií sa výsledok z výstupu ALJ prenesie do registra Acc >> RIADIACA ZBERNICA RJ ALJ je jednotka zabezpečujúca matematické operácie nad binárnymi číslami SÚČETROZDIEL resp. LOGICKÉ OPERÁCIE >> DO+ WR_A RDR_A WR_B RDR_B OUT_C IN_A IN_B DÁTOVÁ ZBERNICA 3 2 Riadiaca jednotka súčasne otvára výstup registra B a vstup registra B`ALJ - aby preniesla dáta >> B` A` Riadiaca jednotka súčasne otvára výstup registra Acc a vstup registra A`ALJ - aby preniesla dáta >> Riadiaca jednotka súčasne otvára výstup C`ALJ a vstup registra A – aby preniesla výsledné dáta >> + - Riadiaca jednotka vyvolá operáciu + >> 5 C` Acc = Acc + B >> Acc B >> VÝSLEDOK

9. WRH WRL RDA WRM RDM WR_RI RD_RI Dekodér adresy 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 Program Counter RAM RI Inštrukčný cyklus podľa Von NEUMANA a Register inštrukcií • Inštrukčný cyklus má tieto etapy: • PC register zaadresuje inštrukciu v RAM • OPERAČNÝ KÓD, ktorý je v prvom slove inštrukcie, sa cez DÁTOVÚ ZBERNICU prenesie do Registra inštrukcii. • DEKÓDUJE sa OpK v RJ a podľa toho sa generujú riadiace signály na jej výstupe t.j. - RIADIACEJ ZBERNICI . Obsah PC registra sa inkrementuje (+1). Ak je inštrukcia viac slovná inkrementácia sa opakuje a operandy v inštrukcii sa „aktivujú“ t.j. umiestňujú do Operačným kódom určených miest. Po načítaní (aktivovaní) všetkých slov inštrukcie PC ukazuje na nasledovnú inštrukciu. • Aktivovaná inštrukcia sa s nad operandmi vykoná. • Nasleduje test prerušovacieho systému, ktorý medzi dvomi po sebe nasledujúcimi inštrukciami hlavného programu, resp. podprogramu obsluhy prerušenia s nižšou prioritou, umožňuje spustiť podprogram obsluhy žiadosti o prerušenie. • >> ADRESNÁ ZBERNICA 16 PROGRAM COUNTER (PC) – čítač programu je adresný register používaný aj v HARWARDSKEJ tak aj vo VON NEUMANOVEJ koncepcii. Pred začiatkom Inštrukčného cyklu ukazuje na bunku programovej pamäti ROM – pri Harwardskej koncepcii resp. RAM – pri koncepcii VonNeumanovej obsahujúcej nasledovnú inštrukciu ktorá sa - - - BUDE VYKONÁVAŤ - - - po dokončení práve vykonávanej inštrukcie >> V počítačochVon NEUMANOVEJ koncepcie je register ovládajúci Riadiacu jednotku (RJ) REGISTER INŠTRUKCIÍ ( RI ) napojený na DATOVÚ ZBERNICU.PočasInštrukčného cyklu sa z miesta v RAM pamäti ktoré adresuje PC register prenesie prvé slovo inštrukcie obsahujúce jej OPERAČNÝ KÓD (OpK) t.j. kód ovládajúci nasledovné krokyRJ >> Nasleduje prvý krok inštrukčného cyklu 1. Zaadresovanie inštrukcie a jej prenesenie do REGISTRA INŠTRUKCIÍ ( RI ) >> RIADIACA ZBERNICA V počítačoch koncepcieVon NEUMANA PROGRAM a DATA zdielajú ten istý priestor v RAM pamäti, ktorú nazývame aj OPERAČNÁ PAMäŤ . ( RANDOM ACCESS MEMORY – t.j. pamäť s náhodným prístupom, ktorá po vypnutí počítača stráca svoj obsah ) >> RJ DÁTOVÁ ZBERNICA 8 Inštrukčný cyklus vstupuje do fázy dekódovania OpK >> >>

10. WRH WRL RDA RDMD RDMI WR_RI RD_RI EXT.ZB Dekodér adresy WROM 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 Program Counter EEPROM RI Inštrukčný cyklus HARWARDSKEJ konfigurácie • Inštrukčný cyklus má tieto etapy: • PC register zaadresuje inštrukciu v ROM • OPERAČNÝ KÓD nachádzajúci sa v prvom slove inštrukcie sa cez PRIAME SPOJENIE ROM na RIprenesie na vstup RJ. • DEKÓDUJE sa OpK inštrukcie v RJ a podľa toho sa generujú riadiace signály na jej výstupe t.j. - RIADIACEJ ZBERNICI . Obsah PC registra sa inkrementuje. Ak je inštrukcia viac slovná inkrementácia sa opakuje a operandy v inštrukcii sa umiestňujú do Op.kódom určených miest. Po načítaní (aktivovaní) všetkých slov PC ukazuje na nasledovnú inštrukciu. • Aktivovaná inštrukcia sa nad danými operandmi vykoná. • Nasleduje test prerušovacieho systému, ktorý medzi dvomi po sebe nasledujúcimi inštrukciami hlavného programu, resp. obsluhy prerušenia s nižšou prioritou, umožňuje spustiť podprogram obsluhy žiadosti o prerušenie. • >> ADRESNÁ ZBERNICA 16 PROGRAM COUNTER (PC) – čítač programu je adresný register používaný aj v HARWARDSKEJ tak aj vo VON NEUMANOVEJ koncepcii. Pred začiatkom Inštrukčného cyklu ukazuje na bunku programovej pamäti ROM – pri Harwardskej koncepcii resp. RAM – pri koncepcii VonNeumanovej obsahujúcej nasledovnú inštrukciu ktorá sa - - - BUDE VYKONÁVAŤ - - - po dokončení práve vykonávanej inštrukcie >> V počítačochHARWARDskej koncepcie je register ovládajúci Riadiacu jednotku (RJ) REGISTER INŠTRUKCIÍ ( RI) napojený priamo na ROM cez multiplexor umožňujúci prenos buď inštrukcie do RI (vid. RDMI read memory instruction) resp. DÁTOVÚ ZBERNICU (vid. RDMD read memory data ) Do neho sa počas Inštrukčného cyklu prenesie z pamäti prvé slovo inštrukcie obsahujúce jej OPERAČNÝ KÓD (OpK) t.j. kód ovládajúci nasledovné krokyRJ >> V počítačoch koncepcieHARWARD PROGRAMsa nachádza v ROM (EEPROM) DATA sa nachádzajú: premenné vRAM konštanty v ROM ( READ ONLY MEMORY – t.j. pamäť z ktorej možno len čítať EEPROM – elektricky preprogramovateľná ROM ) >> RIADIACA ZBERNICA RJ DÁTOVÁ ZBERNICA 8 Nasleduje prvý krok inštrukčného cyklu 1. Zaadresovanie inštrukcie a jej prenesenie do REGISTRA INŠTRUKCIÍ ( RI ) >> Inštrukčný cyklus vstupuje do fázy dekódovania OpK >> >>

11. Stavové slovo programu PSW – Program Status Word Bez filozófie stavového slova by počítače nikdy nevedeli MYSLIEŤ za človeka. Výsledok matematických operácií +/- nastavujú príznaky stavového registra. Tieto stavy vyhodnotia podmienené skokové inštrukcie ktoré umožňujú vetviť programy. ČLOVEK Pri rozhodovaní porovnáva hodnoty v mysli! POČÍTAČ Ak sa chce rozhodnúť urobí rozdiel hodnôt a podľa príznakov výsledku (=0, >0, <0) sa rozhoduje kde bude v programe pokračovať.

12. Autor:Ing. JANOUŠEK Jaroslav učiteľ Výpočtovej techniky na SPŠE Košice Komenského 44 040 01 Košice Slovakia e-mail: janousek@spseke.sk 22.1.2006