1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology 5JJ20:Computerarchitectuur 2M200:Inleiding Computersystemen Sessie 1(2): overzicht computersysteem-organisatie

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology De “architectuur” van een computer Centrale verwerkingseenheid (CPU ofwel “de processor”) Aritmetisch logische eenheid Hoofd- geheugen Registers Besturings- eenheid I/O apparaten SchijfPrinter De “bus”

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology De “Central Processing Unit” (CPU) De besturingseenheid regelt alles –instructies ophalen, decoderen en (laten) uitvoeren: de “fetch-decode-execute” cyclus De aritmetisch logische eenheid (ALU) voert berekeningen en logische functies uit De registers zijn snel (en klein) geheugen –“programmateller” (PC) wijst instructies aan –“instructieregister” (IR) bevat opgehaalde instructie –algemene/speciale registers voor tussenresultaten

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Het “datapad” Registers en ALU “Hulpregisters” –wel in hardware –niet in programma Absolute kern van computer –bepaald snelheid –bepaald “kracht”

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology De “fetch-decode-execute” cyclus Instructie afhandeling verdelen in stapjes: –1.Haal instructie uit geheugen (plaats: PC) in IR –2.Laat PC naar volgende instructie wijzen –3.Bepaal type instructie: register/register of register/geheugen –4.(Bereken plaats van gegevens in geheugen) –5.(Haal gegevens uit geheugen in hulpregister) –6.Voer eigenlijke bewerking uit –7.(Schrijf resultaat naar geheugen) –8.Terug naar stap 1. voor volgende instructie

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Meer dan een manier om FDE te doen De hardware van de besturing bevat programma –Dit micro-programma “interpreteert” instructies –Instructie-set uit te breiden/verbeteren –Gigantisch complexe instructie-sets mogelijk Directe uitvoering ook mogelijk –Instructieregister stuurt vrijwel alle operaties aan –Instructie-set moet (relatief) eenvoudig zijn –Besturing kan met “Finite State Machine” (o.i.d.) Allerlei combinaties zijn mogelijk!

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Het “geheugen” (Engels: “Memory”) bevat programma’s en gegevens Basiseenheid van opslag: ‘Bit’ (0 of 1) Decimale getallen (0..9) op te slaan met 4 bits –Inefficient: 4 bits kunnen 16 waarden opslaan! Rekenen met decimale getallen niet meer standaard Geheugen opgedeeld in “cellen” (of “plaatsen”) –Iedere cel een vast aantal bits: 2 (aantal bits in cel) waarden –Iedere cel een eigen nummer (“adres” genoemd), 0..(aantal cellen - 1) –Adres is meestal binair getal: 2 (adres bits) cellen

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Verschillende indelingen mogelijk Al deze geheugens bevatten 96 bits! Wat is nu de beste?

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Verdere indelingen van geheugens Aantal bits in cel (nu) meestal macht van twee 2 3 (8) is meest geliefde aantal bits/cel: “byte” –Geheugen adresseerbaar per byte cel Cellen worden gegroepeerd in “woorden” –bijv. 2, 4 of 8 bytes per woord = 16, 32 of 64 bits –Met woorden lezen/schrijven van geheugen: sneller –Met woorden rekenen in CPU: nauwkeuriger/sneller

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Volgorde van bytes in een woord Hoogste adres aan rechter uiteinde: big endian Laagste adres aan rechter uiteinde: little endian

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Meer dan een geheugen mogelijk Hogere snelheid door meer geheugens tegelijk te kunnen lezen en schrijven (Basis) “Harvard” architectuur: CPU Programma- geheugen Gegevens- geheugen “Modified Harvard” architectuur: constante gegevens in programmageheugen

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology De “practicumprocessor” gaat verder: 8 bits CPU Programma + constante gegevens (64 kilobyte) “Interne” variabele gegevens (256 byte) “Special Function Registers” (128 byte) “Externe” variabele gegevens (64 kilobyte) Siemens SAB-C504 chip In- en uitvoer 256 BITS direct te adressere n (2 x 128)

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Koppeling met “de buitenwereld” Flexibiliteit door uitwisselbaarhei d

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology “Devices” en “controllers” Nog meer flexibiliteit door functionele splitsing: Buiten de “kast” Binnen de “kast” “Interface” Uitwisselbare onderdelen (min of meer) vaste onderdelen “Devices”

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Invoer/uitvoer terminologie “Device” is fysiek “ding” in buitenwereld –“Buitenwereld” = buiten CPU en geheugen –(Floppy) disk is “achtergrondgeheugen” “Controller” koppelt device aan CPU –Elektrische aanpassing en (“intelligente”) besturing “Interface” is afspraak voor koppeling –Fysiek (stekker!), elektrisch en functioneel –Gestandaardiseerd voor uitwisselbaarheid

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Controller “intelligentie” in gradaties Dom: niet veel meer dan elektrische aanpassing –Buitenwereld afgebeeld op geheugenwoorden Beter: automatisch doorgeven activiteit –Lopend programma onderbroken met “interrupt” Best: zelfstandige afhandeling van opdrachten –Controller kan zelf in geheugen lezen en schrijven: “Direct Memory Access” –“Arbiter” nodig voor regeling toegang tot geheugen –Na opdracht afhandling één interrupt

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Moderne PC splitst nog verder... Dit hoort NIET bij de stof !

1/1/ / faculty of Electrical Engineering eindhoven university of technology Ter afsluiting Practicum begint in week 2: –Haal practicumhandleiding en programmatuur op! –Bestudeer hoofdstukken 1 en 2 uit handleiding –Installeer programmatuur –De “looplicht” demo doen mag, maar hoeft niet… Zelfstudie niet vergeten! –Leerdoelen in studiewijzer: hoofdstuk 1 en hoofdstuk 2 t/m sectie 2.4.1