Transcript Maturitní otázky 1

Otázky k
absolutoriu
HW
1-5
1
•
Rozdělení počítačů, typy architektur,
základní charakteristiky a parametry
procesory, funkce a klasifikace
procesoru. Funkce, základní části a
funkční jednotky univerzálního
procesoru.
Definice
•
Počítač je složitý univerzální číslicový
systém určený k samostatnému
vykonávání požadované posloupnosti
operací (výpočtů) nad údaji (které jsou
zobrazeny číslicovým kódem v diskrétním
tvaru) na základě předem připraveného
programu (uloženého v paměti).
Von Neumannovo blokové schéma
Přirozené třídy počítačů
Cena
[tis. $]
relat. výkon
[MIPS]
absol. výkon
[FLOPS]
Superpočítače
> 1000
200 - 1000
100 - 1000
Středisk. poč.
500 - 1000
8 - 500
100
Servery
50 - 500
1 - 150
10
PC
< 50
2 - 100
10
Rozdělení procesorů
• 1. Univerzální procesor (UP)
•
Realizuje hlavní číselné a nečíselné operace
počítače a zabezpečuje řízení jeho ostatních částí
prostřednictvím interpretace instrukcí programu. Je
součástí základní jednotky počítače.
• 2. Problémově orientovaný procesor (POP)
•
Je to specializovaná jednotka určená pro
zabezpečení speciálních funkcí nebo řešení speciálních
úloh. Je charakterizovaná problémově orientovanými
programovými prostředky.
Struktura univerzálního procesoru
Operační část
Řídící část
Styková část
• Řídící část - Zabezpečuje časování a řízení
posloupnosti činností uskutečňovaných při
realizaci operací v operační části procesoru
(vnitřní řízení procesoru).
• Operační část - Zabezpečuje vykonávání
všech aritmetických a logických operací na
základě instrukcí programu uloženého v paměti
počítače
• Styková část - Organizuje styk procesoru s
ostatními jednotkami počítače a přenos
informací a dat mezi nimi.
2
•
Procesor, blokové schéma, základní
části. Struktura řídící části procesoru.
Popis, blokové schéma, funkce
jednotlivých částí. Struktura a funkce A-L
části procesoru. Popis, blokové schéma,
jednotlivé části. Styková část procesoru.
Blokové schéma, základní části.
Sběrnice, typy a rozhraní.
Blokové schéma řídící části
Obvodová
řídící
jednotka
Funkční
řídící
jednotka
Instrukční
jednotka
Arbitrátor
přerušení
Sběrnice
Řídící část procesoru
• - Funkční řídící jednotka - je určená pro generování
procesorových (vnitřních) a komunikačních (venkovních)
řídících signálů. Současně slouží k vyhodnocení
stavově-informačních signálů o procesech probíhajících
při zpracování informací.
• - Obvodová řídící jednotka - je určena pro časování
jednotlivých činností procesoru a celého počítače. Jejím
základním prvkem je generátor hodinových impulzů.
• - Instrukční jednotka - je určena pro výběr instrukcí,
dekódování instrukcí a přípravu pro vykonání příslušné
operace.
• - Arbitrátor přerušení - je určen pro zpracování žádostí
o přerušení a vyjímky.
Blokové schéma operační část
Zápisníková
pamět
Specializovaná
jednotka
Aritmeticko
logická
jednotka
Posouvací
obvod
Sběrnice
Operační část procesoru
• - Aritmeticko-logická jednotka (ALU) - je určena pro
vykonávání aritmetických a logických operací.
• - Zápisníková paměť - plní funkci registrové paměti
zdrojových a cílových operandů aritmetických a
logických operací.
• - Posouvací obvod - uskutečňuje logický a aritmetický
posuv, operace násobení a dělení, převody čísel a
maskování operací.
• - Specializovaná jednotka - používá se pro zrychlené
vykonávání dlouhých aritmetických operací (násobení,
dělení, operace v pohyblivé řadové čárce a logické
operace definované v příslušných instrukcích).
Blokové schéma stykové části
Adresová
jednotka
Rychlá
vyrovnávací
paměť
Sběrnice
Styková část procesoru
• - Adresová jednotka - je určena pro
výpočet fyzické adresy dat uložených v
hlavní paměti počítače.
• - Rychlá vyrovnávací paměť - urychluje
přístup procesoru do hlavní paměti
počítače.
• - Sběrnice - řídí a organizuje přenos dat
mezi procesorem a podsystémy počítače
(paměťovým, vstupně-výstupním apod.).
Typy sběrnic
• Sériové sběrnice se nejčastěji používají pro
intersystémovou (vnější) komunikaci, která se
uskutečňuje pomocí elektrických, rádiových a
optických signálů.
• Paralelní sběrnice je tvořena soustavou vodičů,
budičů a přijímačů (tzv. obvodů rozhraní interface), které umožňují komunikaci mezi více
než dvěma jednotkami pomocí datových,
adresových, řídicích a stavových signálů.
3
• Aritmeticko-logická jednotka. Základní
části, blokové schéma, stavově informační
proměnné. (Mikroprogramy ALU, operace
dvojkové aritmetiky v pevné řadové
čárce - sčítání a odčítání.) Mikroprogramy
ALU, násobení a dělení v pevné řadové
čárce, aritmetické operace v pohyblivé
řadové čárce, operace desítkové
aritmetiky
Sériová sčítačka
Paralelní sčítačka
stavově-informační proměnné
• V - přeplnění zobrazovacích řádů výsledku
• S - znaménko výsledku aritmetické
operace
• Z - nulový výsledek
Z
RZD
SUC
KO
Az # B z
1
1
Az # B z
0
0
C.Am:=Am+Bm
V := C
C.Am:=Am+Bm+ 1
V := 0
C>0
0
1
Am= 0
1
Am:=Am+ 1
Az:=Az
K
Az:= 0
0
Násobení
• výsledný součin F = A * B je ve tvaru

n-1
F=
i=0
A bi 2i ,
• kde
A bi je částečný součin Fi
• a 2i je váhový koeficient.
Součin se uskutečňuje postupnou realizací následujícího vztahu
F = ((....(((Abn-1 2 + Abn-2 ) 2 + .... + Ab1 ) 2 + Ab0 ,
nebo po matematické úpravě ze vztahu
n
F = [((....(((Ab0 1/2 + Ab1 ) 1/2 + .... + Abn-1 ) 1/2 ] 2 ,
Dělení
• Zavedeme symboly:
– D dělenec
– d dělitel
– Q podíl
– R zbytek
• Máme vypočítat d, R tak, aby byla splněna
rovnice
D = Q .d + R, kde 0 <= |R| < d.
Aritmetika s pohyblivou čárkou
• Číslo X s pohyblivou řadovou čárkou
X = MX.BEx
zapíšeme jako dvojici (MX, EX), kde
mantisa MX je ve dvojkovém doplňkovém
kódu nebo v přímém kódu se znaménkem
na nM bitech
exponent EX je v kódu s posunutím 2nE-1
na nE bitech.
• Základní aritmetické operace na dvojici
čísel X, Y s pohyblivou čárkou jsou:
•
X + Y = (MX.2Ex-EY + MY).2EY
kde EX <= EY
•
X - Y = (MX.2EX-EY - MY).2EY
kde EX <= EY
•
X * Y = (MX.MY).2EX+EY
•
X : Y = (MX:MY).2EX-EY
• Z obecného zápisu je zřejmé, jaké operace jsou
zapotřebí.
• Pro sčítání a odčítání:
1. Vypočte se v pevné čárce rozdíl EY - EX
2. Posune se MX o EY - EX bitů doprava
3. Vypočte se v pevné čárce MX.2EX-EY + MY
• Pro sčítání, odčítání a násobení je zapotřebí
provést normalizaci a zaokrouhlení výsledku
V = (Mv Ev). Normalizovat výsledek znamená
posouvat mantisu vlevo (vpravo) a podle toho
zmenšovat (zvětšovat) exponent Ev tak dlouho, až
se do sledovaného bitu (v0 nebo v1) dostane 1.
4
•
Instrukční cyklus. Popis, schéma.
/Řetězení/
Struktura instrukčního cyklu
Fáze
TH výběru
TSC
Fáze
vykonávání
TSC
Instrukční cyklus
Zřetězené zpracování instrukcí
(pipelining)
Tento způsob vychází ze skutečnosti, že zpracování každé
instrukce procesorem lze rozdělit do pěti základních fází:
• PF (Prefetch): výběr instrukce: další zpracovávaná
instrukce se bere buď z paměti RAM, nebo z
vyrovnávací cache paměti.
• DI (Decode I): dekódování instrukce: určí se délka a typ
instrukce
• DA (Decode A): výpočet adresy: určí se adresa
operandů, se kterými instrukce pracuje
• EX (Execution): provedení intstrukce: vlastní provedení
instrukce
• WB (Write Back): zápis výsledků: zapíší se výsledky
zpracované instrukce
Klasické zpracování instrukcí
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
PF I1
D1
D2
EX
WB
I2
I1
I2
I1
I2
I1
I2
I1
I2
Pipeline zpracování instrukcí
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
PF I1 I2 I3 I4 I5
D1
D2
EX
WB
I1 I2 I3 I4 I5
I1 I2 I3 I4 I5
I1 I2 I3 I4 I5
I1 I2 I3 I4 I5
Superskalární zpracování (dvě
fronty)
T1 T2 T3 T4
T5
PF I1 I3 I5 I7 I9
D2
EX
WB
T7
T8
T9
T10
I11
I13
I15
I17
I19
I12
I14
I16
I18
I20
I1 I3 I5 I7
I9
I11
I13
I15
I17
I2 I4 I6 I8
I10
I12
I14
I16
I18
I1 I3 I5
I7
I9
I11
I13
I15
I2 I4 I6
I8
I10
I12
I14
I16
I1 I3
I5
I7
I9
I11
I13
I2 I4
I6
I8
I10
I12
I14
I1
I3
I5
I7
I9
I2
I4
I6
I8
I10
I2 I4 I6 I8 I10
D1
T6
5
•
Tiskárny - rozdělení, funkce. Tiskárny
LED, jazyk tiskáren.
Rozdělení tiskáren
• - s tiskovou hlavou (řetězové, jehličkové,
tepelné, tryskové a s kolečkem)
• - bez tiskové hlavy (laserové a LED).
Tiskárna LED
LED
diody
• ESC/P - pro jehličkové tiskárny - každý příkaz je
uveden znakem ESC (27). Tento standard byl
uveden firmou EPSON
• PCL - pro laserové tiskárny - Print Control
Language. Tento standard byl uveden firmou HP
a jednotlivé verze se označují čísly.
PCL 4 je starší verze orientována bitmapově
PCL 5 je orientována vektorově a umí
komprimaci dat.
• PostScript - jazyk nejvyšší třídy používaný
výhradně pro některé laserové tiskárny