Technické prostředky informačních systémů

1. Technické prostředky informačních systémů 3. Týden – Procesor, paměť, V/V

2. Procesor 8086

3. Přerušení 8086 • Maskovatelné přerušení – po aktivaci přerušení se dokončí instrukce. Poté 8086 získá od obvodu 8259A na dat. sběrnici tzv. vektor přerušení (8bit kód) a na jeho základě volá obslužný program; • Nemaskovatelné přerušení – procesor při vyvolání přerušení volá rovnou obslužný program. Používá se např. při výpadku napájení. Má větší prioritu a nelze zakázat; • Softwarové přerušení – procesor při vyvolání přerušení volá rovnou obslužný program. Používá se např. při výpadku napájení. Má větší prioritu a nelze zakázat. vnější vnitřní

4. Ostatní prvky architektury 8086 • V/V • přímé adresování (16 bitů) • paměťově mapované • DMA – přímý přístup do paměti • k dispozici 4 a později 8 DMA kanálů • rychlý blokový přenos dat bez účasti procesoru • Matematický koprocesor • FP aritmetika • 80-ti bitové registry • zásobníkově orientované výpočty, 8 registrů • aritmetické, trigonometrické, exponenciální, logaritmické funkce

5. Evoluce x86 • 80286 • adresová sběrnice 24 bitů – 16MB fyzické paměti • reálný režim (jako 8086) • chráněný režim (s virtuální pamětí 1GB) • 80386 • registry rozšířeny na 32 bitů • adresová sběrnice 32 bitů – 4GB fyzické paměti • reálný režim (jako 8086) • chráněný režim (s virtuální pamětí 64TB) • virtuální (V86) • 80486 • integrovaný matematický koprocesor • Pentium • přepracovaná architektura jádra a matematického koprocesoru

6. Hierarchie pamětí • Registry – přímo svázané s činností ALU, rychlý přístup, malé množství • L1 cache – rychlá vyrovnávací paměť na čipu mikroprocesoru • L2 cache – cache vně procesoru, větší kapacita než L1, může být pomalejší než L1 cache • Operační paměť • Pevný disk

7. row line column line Technologie pamětí RAM • Dynamické (DRAM) • Operační paměť • Malý rozměr buňky – 1T • Princip kapacitoru • Potřeba refresh • Destruktivní čtení • Statické (SRAM) • Cache – rychlá vyrovnávací paměť • Velký rozměr buňky – 6T • Bistabilní KO • Statické = nepotřebují refresh • Rychlé

8. Organizace DRAM

9. RAS CAS row col1 col2 col3 ABUS data data DBUS Asynchronní DRAM • Adresa se zapisuje „nadvakrát“ – nejdříve řádek, pak sloupec • Data se na sběrnici objeví asynchronně po zapsání sloupcové části adresy dle vybavovací doby paměti – typicky 5070ns • RBC (RAS before CAS) – původní režim přístupu • FP (Fast Page) – více CAS přístůpů v rámci jednoho RAS  úspora času

10. Asynchronní DRAM • Adresa se zapisuje „nadvakrát“ – nejdříve řádek, pak sloupec • Data se na sběrnici objeví asynchronně po zapsání sloupcové části adresy dle vybavovací doby paměti – typicky 5070ns • RBC (RAS before CAS) – původní režim přístupu • FP (Fast Page) – více CAS přístůpů v rámci jednoho RAS  úspora času RAS CAS row col1 col2 col3 ABUS data data DBUS

11. RAS CAS row col1 col1 col2 col3 col4 ABUS data data data data DBUS Asynchronní DRAM • Režim EDO (Extended Data Out) • stav CAS=L je možné výrazně zkrátit, protože se nemusí čekat na data • procesor může při čtení dat zároveň adresovat další buňku • uplatnění jednoduchého principu zřetězení – pipelining • zvýšení propustnosti, asi o 5% rychlejší než FP • podporováno již některými chip-sety pro 486 a prakticky všemi pro Pentium

12. SDRAM – synchronní DRAM • Operace jsou synchronizovány (synchronizace komunikace mezi řadičem paměti a pamětí – synchronizační pulsy – příkazy, data a adresa jsou synchronizovány náběžnou hranou synchronizačního signálu). • Paměť je řízena příkazy, nikoliv signály jako je tomu u FPM/EDO • Snaha o zachování rozhraní, i když signály rozhraní (RAS, CAS, WE) mají jinou logiku (význam) • Časové relace mezi signály CS, RAS, CAS a WE nehrají roli, důležitý je stav těchto signálův okamžiku náběžné hrany, to platí i o signálech na datové a adresové sběrnici

13. SDRAM – charakteristika signálů • CS (Chip Select) – klasický signál, který povoluje činnost čipu • DQ – datová sběrnice • DQM – zablokování výstupů (maska) • SA – adresová sběrnice • BA[1:0] – výběr banky pro příkazy ACT, RD, WR, PCH • RAS, CAS, WE – kód příkazu

14. SDRAM – časový diagram čtení

15. Paměti SDRAM • SDR (Single Data Rate) – přenosy dat se odehrávají pouze při jednom typu hrany (náběžná) synchronizačního signálu • DDR (Double Data Rate) – přenosové děje se odehrávají s náběžnou i sestupnou hranou – je tak ve skutečnosti možné dvakrát zrychlit synchronizaci, aniž by se zvýšil kmitočet synchronizačních pulsů • Značení podle generací • DDR1 – do kmitočtu 400 MHz • DDR2 – 400 MHz (800 MHz) • DDR3 – 666 MHz (1333 MHz) • Příklad značení dle JEDEC • DDR-200 (PC-1600): DDR-SDRAM pracuje na frekvenci 100 MHz, propustnost 1,6 Gbyte/sec • DDR-266 (PC-2100): DDR-SDRAM pracuje na frekvenci 133 MHz, propustnost 2,13 Gbyte/sec • DDR-333 (PC-2700): DDR-SDRAM pracuje na frekvenci 166 MHz, propustnost 2,66 Gbyte/sec • DDR-400 (PC-3200): DDR-SDRAM pracuje na frekvenci 200 MHz, propustnost 3,2 Gbyte/sec

16. Dual-channel • Dva řadiče SDRAM umožňují paralelní přístup do dvou modulů součastně • Vyplatí se osazovat paměťové moduly v párech, do příslušných slotů

17. Značení pamětí

18. V/V – Vstupy a výstupy • Připojení periférií k PC • Základní V/V jsou integrovány na základní desce • Rozšiřující karty • Obvykle se skládají: • z řadiče • obvodů rozhraní • Nejběžnější V/V • Klávesnice • Pevný disk, disketa, CD/DVD • USB, Fire-wire – moderní univerzální sériové komunikační sběrnice • Sériový (RS-232) a paralelní port (Centronics) – historická rozhraní • Měřící karty – speciální proprietální rozhraní

19. Klávesnice • Řadič neustále monitoruje matici kláves a při stisku nebo uvolnění odešle tzv. scan-code klávesy • Má vyrovnávací paměť na 20 událostí

20. Paralelní port – Centronics

21. Sériový port – RS-232