Transcript فصل اول نگاه کلی به سخت افزار 1 نگاه کلی به سخت افزار : چهارعناصر اصلی سخت افزار : -1 پردازنده ) :(cpu کنترل و پردازش داده.

‫فصل اول‬
‫نگاه کلی به سخت افزار‬
‫‪1‬‬
‫نگاه کلی به سخت افزار‪:‬‬
‫چهارعناصر اصلی سخت افزار‪:‬‬
‫‪ -1‬پردازنده )‪ :(cpu‬کنترل و پردازش داده ها ‪.‬‬
‫‪ -2‬حافظه اصلی‪ :‬ذخیره داده ها و برنامه ها و نا پایدار‪.‬‬
‫‪ -3‬مولفه های ورودی و خروجی‪ :‬انتقال داده ها بین کامپیوتر و محیط‬
‫خارجی ‪.‬‬
‫‪ -4‬اتصاالت داخلی سیستم‪ :‬جهت ارتباط بین سه مولفه دیگر ‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫واحد پردازش مرکزی ‪control processing unit‬‬
‫واحد پردازش مرکزی‬
‫حافظه‬
‫دستور‬
‫دستور‬
‫دسترالعمل‬
‫‪MAR‬‬
‫‪pc‬‬
‫‪MBR‬‬
‫‪IR‬‬
‫‪IP AR‬‬
‫‪IP BR‬‬
‫داده‬
‫داده‬
‫داده‬
‫مولفه ورودی و خروجی‬
‫میانگیرد‬
‫‪3‬‬
‫واحد پردازش مرکزی‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪4‬‬
‫‪ : PC‬حاوی دستورالعملی که باید واکشی شود ‪.‬‬
‫‪ : IR‬ثبات دستور العمل حاوی آخرین دستور العمل واکشی شده ‪.‬‬
‫‪ : MIR‬ثبات آدرس حافظه‪،‬محل خواندن و نوشتن را مشخص می‬
‫کند ‪.‬‬
‫‪ :MBR‬ثبات میانگیر حافظه‪،‬در برگیرنده داده ای است که قرار‬
‫است خوانده یا نوشته شود‪.‬‬
‫‪ :I/O AR‬ثبات آدرس ورودی خروجی‪،‬مشخص کردن یک دستگاه‬
‫ورودی یا خروجی خاص ‪.‬‬
‫‪ :I/O BR‬ثبات میانگیر ورودی خروجی‪،‬برای تبادل داده بین‬
‫پردازنده و مولفه ورودی خروجی ‪.‬‬
‫ثباتهای پردازنده‬
‫حافظه سریعتر وکوچکتر از حافظه اصلی است که در داخل‬
‫پردازنده قرار گرفته است‪.‬‬
‫دو وظیفه آن‪:‬‬
‫‪ -1‬مراجعه به حافظه اصلی را به حداقل می رساند‪.‬‬
‫(قابل روئیت هستند)‬
‫‪ -2‬کنترل عملیات پردازنده‬
‫(ثبات کنترل و وضعیت ؛ اغلب قابل رویت نیستند)‬
‫‪5‬‬
‫حافظه ‪:‬‬
‫شامل مجموعه ای از محل هایی است ‪ ،‬که حاوی‬
‫یک عدد دودویی است ‪ ،‬که می توانیم دستورالعمل‬
‫یا داده تفسیر شود که بوسیله شماره آدرس هایی‬
‫برای آنها مشخص می شود‪.‬‬
‫مولفه ای ورودی ‪ /‬خروجی‬
‫داده ای میانگیر داخلی است‪.‬‬
‫جهت نگهداری داده ها تا زمان انتقال‬
‫‪6‬‬
‫ثبات قابل روئیت برای کاربرد‬
‫ثباتی است که برنامه نویس می تواند به وسیله دستور العمل های‬
‫ماشین به آنها مراجعه کند‪.‬‬
‫‪ -1‬ثباتهای داده ‪ :‬برنامه ساز می تواند به بعضی توابع نسبت دهد‪.‬‬
‫‪ -2‬ثباتهای آدرس ‪ :‬حاوی آدرس داده و دستورالعمل ها مي باشد‪.‬‬
‫‪ -3‬ثبات کد وضعیت ‪ :‬بیتهای هستند که به عنوان نتیجه عمل ها‬
‫توسط سخت افزار مقدار گذاری می شود‪.‬‬
‫(بخشهایی از آن برای کاربر قابل روئیت نیست)‬
‫‪7‬‬
‫ثبات های آدرس‬
‫‪ -1‬ثبات شاخص ( ‪ + X‬مقدار پا یه = آدرس موثر)‬
‫‪ -2‬ثبات اشاره گر قطعه‪ :‬حافظه به قطعاتی تقسیم شده و یک‬
‫ثبات برای نگهداری آدرس پایه (محل شروع) قطعه استفاده‬
‫می شود‪.‬ممکن است چند ثبات آدرس پایه وجود داشته باشد‪.‬‬
‫‪ -3‬ثبات اشاره گر پشته‪ :‬ثباتی خاص جهت اشاره به باالی‬
‫پشته در حافظه اصلی‪.‬‬
‫‪8‬‬
‫ثبات های کنترل وضعیت‬
‫این ثبات قابل روئیت برای کاربر نیست‪.‬‬
‫برای کنترل عمل پردازنده به کار می روند‪.‬‬
‫ ثبات کلمه وضعیت )‪: (PSW‬حاوی اطالعات وضعیت‪.‬‬‫عالوه بر کد وضعیت شامل اطالعات ذیل مي باشد‬
‫ بیت فعال و غیر فعال کردن وقفه‪.‬‬‫ بیت حالت کار بر‪ /‬سرپرست‪.‬‬‫تخصیص چند صد یا هزارکلمه ازابتداي حافظه برای مقاصد‬
‫‪ 9‬كنترلي متداول است‬
‫چرخه دستورالعمل‪:‬‬
‫‪ -1‬چرخه واکشی‪ :‬یک دستور را از حافظه می خواند‬
‫‪ -2‬چرخه دستورالعمل‪ :‬اجراي دستورالعمل واكشي‬
‫شده‬
‫‪10‬‬
‫ ثبات ‪ pc‬آدرس حافظه که با بیتی واکشی شده‬‫را نشان می دهد‪.‬‬
‫ واکشی دستورالعمل به ثبات ‪. IR‬‬‫ معموال پردازنده پس از واکشی دستورالعمل‬‫یک واحد به ‪PC‬اضافه می کند‪.‬‬
‫ ثبات ‪ :IR‬دارای ‪ 4‬بیت که بیت اول عمل و سه‬‫بیت دیگر آدرس حافظه را مشخص می کند ‪.‬‬
‫ کد عمل ‪ :‬عملی را که با بیتی پردازنده انجام‬‫بدهد را نشان می دهد‪.‬‬
‫‪11‬‬
‫وقفه‬
‫راهکاری است که به وسیله آن دستور العملی توسط‬
‫پردازنده و پس از انجام عمل دیگر به روند عادی‬
‫خود باز گردد‪.‬‬
‫‪12‬‬
‫رایجترین وقفه ها‬
‫‪ -1‬برنامه‪ :‬وقفه ای است که در بعضی شرایط خاص‬
‫یک دستورالعمل رخ می دهد مثل سر ریز‪ ،‬تقسیم بر‬
‫صفر‪.‬‬
‫‪ -2‬زمان سنج‪ :‬وقفه ای که توسط زمان سنج داخلی‬
‫پردازنده تولید می شود‪.‬‬
‫‪ -3‬ورودی‪/‬خروجی‪ :‬این وقفه به وسیله کنترل کننده‬
‫ورودی وخروجی ایجاد می شود‪.‬‬
‫‪ -4‬نقص سخت افزار‪ :‬این وقفه با سخت افزار تولید‬
‫میشود‪.‬‬
‫‪13‬‬
‫اعمال ریز پردازنده در یکی از چهار کرده زیر‬
‫قرار دارد‪:‬‬
‫‪ -1‬پردازنده – حافظه‬
‫‪ -2‬پردازنده – ورودی‪/‬خروجی‬
‫‪ -3‬پردازش داده ها (محاسباتی به منطقی)‬
‫‪ -4‬کنترل‬
‫‪14‬‬
‫پردازش یک وقفه‬
‫‪ -1‬یک دستگاه یک عالمت وقفه برای پردازنده می دهد‪.‬‬
‫‪ -2‬اجرای دستورالعمل جاری به پایان می رسد‪.‬‬
‫‪ -3‬پردازنده اعالم وصول وقفه می کند‪.‬‬
‫‪ -4‬محتوای ثبات )‪ (PSW‬و‪ pc‬در باالی پشته کنترل قرار‬
‫می دهد‪.‬‬
‫‪ -5‬پردازنده بر اساس وقفه مقدار ‪ pc‬جدید را قرار می دهد‪.‬‬
‫‪15‬‬
‫پردازش یک وقفه‬
‫‪-6‬باقیمانده اطالعات وضعیت فرایند را ذخیره می کند‪.‬‬
‫‪-7‬وقفه را پردازش می کند‪.‬‬
‫‪-8‬بازیابی اطالعات ثباتهایی که قبال ذخیره شده‪.‬‬
‫‪ pc-9‬و ‪ psw‬قدیمی را دوباره پردازش کن‪.‬‬
‫‪16‬‬
‫وقفه های چند گانه‪:‬‬
‫(همزماني چند وقفه)‬
‫دارای دو رویکرد‪:‬‬
‫‪ -1‬پردازش ردیفی وقفه‪ :‬در هنگام وقوع یک وقفه بقیه وقفه‬
‫ها از کار بیفتند تا کار آن تمام شود‪.‬‬
‫نکته منفی ‪ :‬اولویت نسبی به حساب نمی آید‪.‬‬
‫‪17‬‬
‫وقفه ای چند گانه‪:‬‬
‫‪ -2‬پردازش وقفه تو در تو‪ :‬در صورتی که وقفه دیگری رخ‬
‫داد واولویت باالیی داشت به برنامه برگرداننده و وقفه اول‬
‫متوقف می شود‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫چند برنامگی ‪:‬‬
‫چون پردازنده نسبت به قسمت های دیگر سریعتر است برای‬
‫استفاده حداکثر از آن می توان در یک زمان چند برنامه از‬
‫کاربر فعال باشد‪.‬‬
‫چند برنامگی‪:‬‬
‫چند برنامه برای اجرا نوبت بگیرند‪.‬‬
‫‪19‬‬
‫توضیحات درباره نمودار فوق‬
‫با حرکت به سطوح پایین تر این سلسله مراتب‪:‬‬
‫الف‪ :‬کاهش هزینه در هر بیت‬
‫ب‪ :‬افزایش ظرفیت‬
‫ج‪ :‬افزایش زمان دسترسی‬
‫د‪ :‬کاهش تعداد دفعات دسترسی پردازنده به حافظه‬
‫‪20‬‬
‫ثباتها‪:‬سریعترین و گرانترین و کوچکترین و نا پایدارند‪.‬‬
‫حافظه اصلی‪:‬دارای آدرس یکتا و نا پایدار هستند‪ .‬با حافظه‬
‫پنهان توسعه داده می شوند‪.‬‬
‫حافظه پنهان‪ :‬قابل روئیت برای کاربران نیست و ناپایدارند‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫حافظه پنهان ‪:‬‬
‫این حافظه به دو صورت کارایی را افزایش می دهند‪:‬‬
‫‪-1‬نوشتن های روی دیسک دسته بندی می شوند‪.‬‬
‫‪-2‬بعضی از داده ها قبل از نوشتن به وسیله برنامه هایی‬
‫مورد مراجعه قرار می گیرند‪.‬‬
‫‪22‬‬
‫نقش حافظه نهان‬
‫ ارائه سریعترین حافظه موجوى‬‫حافظه ای بزرگ از انوع ارزان تر حافظه هاي نیمه هادی‬
‫‪ -‬حاوی بخشی از حافظه اصلی است‪.‬‬
‫‪23‬‬
‫اصول حافظه پنهان‬
‫نحوه عملکرد‪:‬‬
‫ ابتدا بررسی می شود که آیا کلمه در حافظه وجود دارد یا‬‫خیر؟‬
‫ اگر خیر بود یک بلوک را اخیتار کرده و در آن قرار می‬‫دهیم‪.‬‬
‫‪ -‬اگر بله بود به پردازش تحویل داده می شود‪.‬‬
‫‪24‬‬
‫طراحی حافظه پنهان ‪:‬‬
‫نکات کلیدی‪:‬‬
‫اندازه حافظه پنهان‪ :‬با وجود اندازه کوچک تاثیر زیاد‪.‬‬‫اندازه بلوک‪ :‬واحدي از داده ها كه بین حافظه اصلی و پنهان‬‫مبادله می شود‪.‬‬
‫تابع نگاشت‪ :‬هنگام فراخوانی بلوک جدید پدید می آید‪.‬‬‫‪25‬‬
‫طراحی حافظه پنهان ‪:‬‬
‫الگوریتم تعویض‪ :‬بلوكي كه باید عوض شود را انتخاب مي‬‫كند (هنگام تعویض و باید دقت شود که کمترین استفاده در‬
‫آینده را داشته باشد‪).‬‬
‫‪-‬سیاست نوشتن‪ :‬زمان انجام عمل نوشتن را مشخص می کند‪.‬‬
‫‪26‬‬
‫روشهای انتقال ورودی ‪ /‬خروجي‬
‫سه روش زیر وجود دارد‪:‬‬
‫‪-1‬ورودی‪ /‬خروجی برنامه سازی شده‪.‬‬
‫‪-2‬ورودی‪ /‬خروجی مبتنی بر وقفه‪.‬‬
‫‪-3‬دسترسی مستقیم به حافظه )‪(DBA‬‬
‫‪27‬‬
‫ورودی‪/‬خروجی برنامه سازی شده‪:‬‬
‫با مواجهه با دستور العمل ورودی ‪ /‬خروجی صادر می شود‪.‬‬
‫عمل در خواست شده را انجام و بیت های مناسب از ثبات‬
‫ذکر شده را مقدار گذاری می کند‪.‬‬
‫مسئول استخراج داده ها از حافظه به دستگاه خروجی ‪.‬‬
‫مسئول ذخیره سازی داده ها در حافظه اصلی‪.‬‬
‫‪28‬‬
‫گروههای دستورالعمل های ورودی ‪/‬خروجی ‪:‬‬
‫‪-1‬کنترل‪ :‬دستورالعمل ها برای فعال کردن دستگاه خارجي‪.‬‬
‫‪-2‬آزمون‪ :‬بررسی مولفه های ورودی و خروجی‪.‬‬
‫‪-3‬خواندن‪/‬نوشتن‪ :‬دستور العمل هایی برای انتقال داده ها بین‬
‫ثباتهای پردازنده و دستگاههای خارجی‪.‬‬
‫‪29‬‬
‫ورودی خروجی مبتنی بر مولفه‪:‬‬
‫‪-1‬ابتدا یک ‪ READ‬به مولفه ورودی‪/‬خروجی می دهد‪.‬‬
‫‪-2‬سپس متن مورد نظر را ذخیره می کند‪.‬‬
‫‪-3‬پس از آماده شدن مولفه ورودی ‪ /‬خروجی به پردازنده‬
‫وقفه می دهد‪.‬‬
‫‪-4‬پس متنی که فرمان ‪ READ‬را صادر کرده بار گذاری‬
‫شده و اجرا می شود‪.‬‬
‫‪30‬‬
‫دسترسی مستقیم به حافظه‬
‫‪-1‬دسترسی مستقیم به حافظه به وسیله مولفه دیگری‬
‫روی گذرگاه سیستم انجام شود‪.‬‬
‫‪-2‬دسترسی مستقیم بر حافظه به عهده یک مولفه‬
‫ورودی‪/‬خروجی گذاشته شود‪.‬‬
‫حافظه‬
‫‪31‬‬
‫‪DMA‬‬
‫مولفه ورودی‪/‬خروجی‬