Grundläggande datavetenskap, 4p

En presentation över ämnet: "Grundläggande datavetenskap, 4p"— Presentationens avskrift:

1 Grundläggande datavetenskap, 4p
Kapitel 2 Datamanipulation, Processorns arbete Utgående från boken Computer Science av: J. Glenn Brookshear IT och Medier

2 Innehåll CPU Maskinspråk Exekvering av program
ALU Kontrollenhet Register Maskinspråk Exekvering av program Program / data Aritmetiska/logiska instruktioner Kommunikation med periferienheter Alternativa datorarkitekturer IT och Medier

3 Central Processing Unit (CPU)
Arithmetic Logic Unit, ALU Bearbetar data Kontrollenhet Koordinerar allt arbete Register = snabb, temporär datalagringplats General purpose placerade i CPU. Data till/från ALU, och mellanlagring Special purpose. Cache minne. Utanför, men nära CPU Primärminne, Sekundärminne Register < > Minnet < > Hårddisk IT och Medier

4 Exempel på uppgift Addera två tal som ligger i (primär)minnet och spara resultatet. Hämta första talet till ett register. Hämta andra talet till ett annat register. Tala om för ALU att addera talen. Talen i de två registren adderas Resultatet hamnar i ett register Lagra resultatet i minne. Stopp. IT och Medier

5 CPU-arkitekturer Complex Instruction Set Computer CISC
”Vanlig” processor. Komplexa operationer i många varianter Pentium Reduced Instruction Set Computer RISC Enklare CPU, färre effektivare instruktioner mer komplicerade program. PowerPC IT och Medier

6 Maskinspråk Data transfer Aritmetiska/Logiska Flödeskontroll
LOAD, STORE Aritmetiska/Logiska ADD, SUB, AND, OR, ROTATE Flödeskontroll JUMP IT och Medier

7 Maskinkod I tidiga datorer var kod och data separerade
John von Neumann, ”stored-program concept” Maskininstruktioner kodas Kod och data lagras tillsammans i minnet Maskinkod Op-code - operational code Operand IT och Medier

8 Simple Simulator Appendix C Laboration 1 Exempel 12 instruktioner
16+2 register 256 byte minne Laboration 1 Exempel IT och Medier

9 Maskinarkitektur IT och Medier

10 Maskininstruktioner En maskininstruktion består av
Op-kod – generell del Operand – specifik del Ex: F (Hex) Op-kod Operand (SimpSim) IT och Medier

11 Maskininstruktioner forts.
Avkodning av instruktion 274F16 Op-kod 216 har RXY som operand och betyder load R,XY Ladda register 7 med 4F IT och Medier

12 Maskininstruktioner forts.
Avkodning av instruktion 174F16 Op-kod 216 har RXY som operand och betyder load R,[XY] Ladda register 7 med innehållet i minnescell 4F IT och Medier

13 Maskininstruktioner forts.
Exempel på instruktioner Maskinkod Opkod Operand Assembler Betydelse 3155 3 155 store R,[XY] store R1,[55] Spara det som ligger i register 1 i minnescell 55h 5012 5 012 addi R,S,T addi R0,R1,R2 Addera innehållen i register 1 och 2 (två-komplement) och lägg resultatet i register 0. C000 C (000) halt Stoppa programmet IT och Medier

14 Exekvering av program Kontrollenheten i CPU:n upprepar maskincykeln: Fetch, Decode, Execute, (Write) om och om igen Fetch: Läs in till instruktionsregistret Decode: Tolka instruktionen Execute: Utför begärd aktivitet (Write: Lagra resultatet) Programräknaren pekar alltid på nästa instruktion Ingen skillnad på kod och data i minnet Felaktigt lagrad data kan förstöra programmet. Ett program kan förändra sin egen kod. IT och Medier

15 Simple Simulator IT och Medier

16 Logiska operationer AND kan maska fram en eller flera bitar
1xxx AND 1000 = 1000 0xxx AND 1000 = 0000 OR kan sätta bitar xx0x OR 0010 = xx1x xx1x OR 0010 = xx1x XOR kan ”toggla” bitar 1011 XOR 1111 = 0100 IT och Medier

17 Övning logiska operationer
Utför följande logiska operationer: Vilken logisk operation har använts? AND OR XOR ? ? ? XOR OR AND IT och Medier

18 Logiska operationer forts.
ROTATE Cirkulär Höger Vänster SHIFT Icke cirkulär Aritmetiskt skift ”räddar” teckenbiten IT och Medier

19 Periferienheter Controller Bussar: Sköter kommunikationen
Specialkonstruerad Bussar: Adress-, Data-, Kontrollbuss Externa Interna ”Von Nemanns flaskhals” IT och Medier

20 Flaskhalslösningar Memory-mapped I/O Direct Memory Access - DMA
CPU skriver till en speciell minnesadress (port) Direct Memory Access - DMA Periferienheten har tillgång till minnet IT och Medier

21 Datakommunikation Överföringshastighet Seriell Parallell
Bitar per sekund - bps kbps, Mbps, Gbps Seriell ”En” tråd En bit i taget USB – Universial Serial Bus, 480 Mbps, IEEE 1394 – FireWire, 400 Mbps, Digital Video Parallell Buss med flera parallella ledningar En bit per ledning Bussar Skrivare IT och Medier

22 Alternativa datorarkitekturer
Pipelining fetch, decode, execute kan pågå samtidigt genom flera ”kanaler” (pipes) in till ALU Pentium 4 har 20 pipelines Trixigt med beroende instruktioner Multiprocessordatorer Flera processorer i samma maskin eller i samarbete Parallellprogrammering IT och Medier

23 En processor i ett chip IT och Medier