Transcript ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW

Architektura systemów komputerowych
zima 2014
Wykład 1 (cz. a)
Wprowadzenie
dr inż. Wojciech Bieniecki
Instytut Nauk Ekonomicznych
i Informatyki
http://wbieniec.kis.p.lodz.pl/pwsz
1
Warunki zaliczenia
Ćwiczenia:
- Obecność i aktywność na zajęciach
- Sprawdzian pisemny – zadania rachunkowe
Wykład:
- Test wielokrotnego wyboru + zadania otwarte
o krótkiej odpowiedzi.
2
Czym jest informatyka?
„Informatyka zajmuje się całokształtem
przechowywania, przesyłania,
przetwarzania i interpretowania informacji.
Wyróżnia się w niej dwa działy, dotyczące
sprzętu i oprogramowania”.
/Encyklopedia/
3
Czym jest informatyka
Informatyka (ang. computer science) dziedzina nauki i techniki zajmująca się
gromadzeniem, przetwarzaniem i wykorzystywaniem informacji.
W języku polskim termin informatyka zaproponował w 1968 r. prof. Romuald
Marczyński na konferencji poświęconej „maszynom matematycznym”
wzorem nazwy były francuskie informatique i niemieckie Informatik
Informatykę można rozpatrywać jako:
• samodzielną dyscyplinę naukową
• narzędzie wykorzystywane przez inne nauki
• gałąź techniki
• przemysł wytwarzający sprzęt i oprogramowanie
4
Definicja architektury komputera
Architektura komputera zdefiniowana jest poprzez atrybuty
komputera widoczne dla programisty piszącego program w
języku maszynowym.
Ta definicja obejmuje listę instrukcji, format instrukcji, kody
operacji, tryby adresowania, oraz wszystkie rejestry i lokacje
pamięci, które mogą być bezpośrednio modyfikowane przez
program napisany w języku maszynowym.
Implementacja jest zdefiniowana poprzez rzeczywistą strukturę
sprzętu, organizację układów logicznych i organizację dróg
przepływu danych.
G.M. Amdhal, G.A. Blaaw, F.P. Brooks „Architecture of the IBM System/360”, IBM
Journal of Research and Development, vol.8 no.2 1964, pp.87-101
5
Architektura i organizacja
Architektura komputera opisuje te atrybuty systemu,
które widziane są dla programisty
lista rozkazów
liczba bitów wykorzystywanych do prezentacji różnych typów danych
mechanizmy we/wy, metody adresowania pamięci
Organizacja komputera odnosi się do jednostek
operacyjnych i ich połączeń
rozwiązań sprzętowych niewidzialnych dla programisty takich, jak
sygnały sterujące, interfejsy między komputerem a urządzeniami
peryferyjnymi oraz wykorzystywana technologia pamięci
operacyjnych i ich połączeń.
6
Architektura i organizacja
Architektura może przeżyć wiele lat, organizacja
zmienia się wraz z technologią
Rodzina Intel x86 ma tą samą architekturę
System/370 IBM ma tą samą architekturę
Zmiany technologii nie tylko wpływają na organizację, ale
także umożliwiają budowanie komputerów o potężniejszej
i bogatszej architekturze
7
Architektura
Na architekturę wpływ mają:
uwarunkowania historyczne
technologia
języki programowania
systemy operacyjne
aplikacje
8
Architektura
Cechy przejrzystej architektury:
spójność – możliwość rekonstrukcji na podstawie nie pełnej
specyfikacji. W szczególności rozkazy powinny mieć taką
samą strukturę kodu, używać takich samych typów i
formatów danych. Jednakowe dla wszystkich rozkazów
powinny być reguły zaokrąglania wyniku, reakcji na błędny
argument, reguły obsługi wyjątków
ortogonalność – niezależna (rozłączna) specyfikacja funkcji
zaliczanych do odrębnych klas
9
Architektura
Cechy przejrzystej architektury:
trafność – specyfikacja i implementacja tylko tych funkcji które są
logicznie spójne z definicją architektury. Przejawami trafności są:
Ekonomiczność – wyeliminowanie funkcji logicznie niespójnych
Przeźroczystość – oddzielenie architektury od organizacji
ogólność – pełny zakres działania specyfikowanych funkcji,
wyznaczonych tylko ich dziedziną i nie ograniczony aspektami
organizacyjnymi. Cechami ogólności są:
Kompletność – funkcjonalna pełność w obrębie klas funkcji, której
ubocznym skutkiem jest nieoszczędne wykorzystanie przestrzeni
kodowej
Otwartość – możliwość rozwoju w ramach architektury
10
Struktura i działanie
Struktura to sposób wzajemnego powiązania
składników
Funkcje określają działanie poszczególnych
składników jako części struktury
11
Działanie
Podstawowe funkcje, które realizuje komputer:
przetwarzanie danych
przechowywanie danych
przenoszenie danych
sterowanie
12
Przegląd funkcji
Obraz funkcjonalny komputera
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E C H O W Y W A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E M IE S Z C Z A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE
STER U JA CE
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E T W A R Z A N IA
DANYCH
13
Operacje które może realizować
komputer
Przenoszenie danych
od jednego urządzenia peryferyjnego ( linii
transmisyjnej ) do drugiego
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E C H O W Y W A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E M IE S Z C Z A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE
STER U JA C E
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E T W A R Z A N IA
DANYCH
14
Operacje które może realizować
komputer
Przechowywanie danych
dane przenoszone z urządzenia do komputera i
U R Z A D Z E N IE D O
odwrotnie (np. Internet)
P R Z E C H O W Y W A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E M IE S Z C Z A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE
STER U JA CE
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E T W A R Z A N IA
DANYCH
15
Operacje które może realizować
komputer
Przetwarzanie zarchiwizowanych danych
Obróbka danych z pomiarów
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E M IE S Z C Z A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E C H O W Y W A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE
STER U JA CE
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E T W A R Z A N IA
DANYCH
16
Operacje które może realizować
komputer
Przetwarzanie danych
będących w drodze między miejscem
przechowywania a otoczeniem (np.
drukowanie rachunków bankowych)
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E M IE S Z C Z A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E C H O W Y W A N IA
DANYCH
U R Z A D Z E N IE
STER U JA CE
U R Z A D Z E N IE D O
P R Z E T W A R Z A N IA
DANYCH
17
Struktura komputera
O T O C Z E N IE
U R Z A D Z E N IA P E R Y F E R Y J N E
P A M IE C
RAM
JEDNO STK A
CENTRALNA
KOM PUTER
P O L A C Z E N IA
SYSTEM OW E
W E J S C IE
W Y J S C IE
O T O C Z E N IE
L IN IE K O M U N IK A C Y J N E
18