Urządzenia Techniki Komputerowej

1. Urządzenia Techniki Komputerowej Temat: Magistrala, rodzaje

2. Magistrala W systemach mikroprocesorowych istnieje konieczność zapewnienia komunikacji pomiędzy wieloma układami takimi jak: mikroprocesor, pamięć RAM, ROM, układami wej./wyj.. Połączenie wielu układów każdy z każdym doprowadziło by do nadmiernej ilości połączeń i jest praktycznie nierealne. Dlatego stosuje się sposób połączenia przy pomocy tak zwanej magistrali. Magistrala jest wspólną drogą dzięki której, komunikują się pomiędzy sobą poszczególne układy wchodzące w skład systemu. Aby zapewnić poprawną pracę i brak kolizji w połączeniach, magistrala obsługiwana jest według ściśle określonych, podanych w definicji reguł.

3. Def. Magistralą nazywamy zestaw linii oraz układów przełączających, łączących dwa lub więcej układów mogących być nadajnikami lub odbiornikami informacji. Przesyłanie informacji zachodzi zawsze pomiędzy dokładnie jednym układem będącym nadajnikiem a dokładnie jednym układem będącym odbiornikiem, przy pozostałych układach odseparowanych od linii przesyłowych.

4. Jak wynika z powyższej def., układy dołączone do magistrali muszą mieć możliwość elektrycznego odseparowania się od linii w których przesyłana jest informacja. Wynika z konieczności zapewnienia jednoznacznego stanu każdej z linii (np. gdyby podłączyły się dwa nadajniki z różnymi stanami logicznymi 0 i 1 to wystąpił by konflikt). Układami zapewniającymi możliwość separacji są właśnie bramki trójstanowe.

5. Dwukierunkowe wzmacniacze buforowe Pomiędzy układy będące w danym momencie na magistrali nadajnikiem a odbiornikiem stosuje się zwykle układy buforowe, pośredniczące w wymianie informacji. Zadaniem tego typu ukł. jest zmniejszenie obciążenia nadajnika przez odbiornik, zwiększenie prądu wyj. i co za tym idzie poprawy kształtu zboczy. W przypadku magistrali, po których inf. może być przesyłana w obydwu kierunkach, takich jak np. magistrala danych, układy wzmacniaczy buforowych muszą działać w dwóch kierunkach tak zwane: nadajnik-odbiornik (transmitter-receiver) ukł. te mogą przejść w stan wysokiej impedancji, separując nawzajem od siebie łączone układy.

6. Centralną częścią komputera jest oczywiście procesor umieszczony w odpowiednim wejściu na płycie głównej, pozostałe elementy płyty, takie jak np: karty rozszerzające czy pamięć, kontaktują się z procesorem poprzez szyny danych zwane magistralami.Rozróżniamy następujące typy magistrali :" magistrala lokalna, obejmująca szynę danych i szynę adresową procesora;" magistrala systemowa, sprzężona z lokalną poprzez rejestry zatrzaskowe, dostarcza ona sygnały sterujące;" magistrala X, która komunikuje się z pamięcią ROM zawierającą systemowy BIOS oraz z portami układów na płycie głównej;" magistrala pamięciowa, która łączy szyny systemowe z obwodami pamięci dynamicznej poprzez układy adresowania wierszy i kolumn;" magistralę zewnętrzną, która stanowi wyprowadzenie systemowej szyny adresowej oraz szyny danych.

7. Struktura magistrali Zawarte w magistralach linie można podzielić na trzy grupy funkcjonalne: linie danych, adresów i sterowania. Ponadto mogą występować linie służące do zasilania dołączonych modułów.

8. Linie danych są ścieżkami służącymi do przenoszenia danych między modułami systemu. Wszystkie te linie łącznie są określane jako szyna danych (ang. data bus). Szyna danych składa się typowo z 8, 16 lub 32 oddzielnych linii, przy czym liczba linii określa szerokość tej szyny. Ponieważ w danym momencie każda linia może przenosić tylko 1 bit, z liczby linii wnika, ile bitów można jednocześnie przenosić. Szerokość szyny danych jest kluczowym czynnikiem określającym wydajność całego systemu. Jeśli na przykład szyna danych ma szerokość 8 bitów, a każdy rozkaz ma długość 16 bitów, to procesor musi łączyć się z modułem pamięci dwukrotnie w czasie każdego cyklu rozkazu.Linie adresowe są wykorzystywane do określania źródła lub miejsca przeznaczenia danych przesyłanych magistralą. Jeśli na przykład procesor ma zamiar odczytać słowo (8, 16 lub 32 bity) danych z pamięci, umieszcza adres potrzebnego słowa na linii adresowej. Jest jasne, że szerokość szyny adresowej determinuje maksymalną możliwą pojemność pamięci systemu. Ponadto linie adresowe są również używane do adresowania portów wejścia-wyjścia. Najczęściej najbardziej znaczące bity służą do wybrania określonego modułu na magistrali, natomiast najmniej znaczące bity określają lokację w pamięci lub port wejścia-wyjścia wewnątrz modułu.

9. Linii sterowania używa się do sterowania dostępem do linii danych i linii adresowych, a także do sterowania ich wykorzystaniem. Ponieważ linie danych i adresowe służą wszystkim zespołom, musi istnieć sposób sterowania ich używaniem. Sygnały sterujące przekazywane między modułami systemu zawierają zarówno rozkazy, jak i informacje regulujące czas (taktujące). Sygnały czasowe określają ważność danych i adresów. Sygnały rozkazów precyzują operacje, które mają być przeprowadzone. Typowe linie sterowania to linie: • Zapis w pamięci. Sprawia, że dane z magistrali zostają zapisane pod określonym adresem. • Odczyt z pamięci. Sprawia, że dane spod określonego adresu są umieszczane w magistrali. • Zapis do wejścia-wyjścia. Sprawia, że dane z magistrali są kierowane do zaadresowanego portu wejścia-wyjścia. • Odczyt z wejścia-wyjścia. Sprawia, że dane z zaadresowanego portu wejścia-wyjścia są umieszczane w magistrali. • Potwierdzenie przesyłania (transfer ACK). Wskazuje, że dane zostały przyjęte z magistrali lub na niej umieszczone. • Zapotrzebowanie na magistralę (bus request). Wskazuje, że moduł zgłasza zapotrzebowanie na przejęcie sterowania magistralą. • Rezygnacja z magistrali (bus grant). Wskazuje, że moduł rezygnuje ze sterowania magistralą. • Żądanie przerwania (interrupt request). Wskazuje, że przerwanie jest zawieszone. • Potwierdzenie przerwania (interrupt ACK). Potwierdza, że zawieszone przerwanie zostało rozpoznane. • Zegar. Wykorzystywany do synchronizowania operacji. Przywrócenie (reset). Ustawia wszystkie moduły w stanie początkowym.

10. Działanie magistrali jest następujące. Jeśli jeden z modułów zamierza wysłać dane do drugiego, to musi wykonać dwie rzeczy: • uzyskać dostęp do magistrali i • przekazać dane za pośrednictwem magistrali. • Jeśli natomiast zamierza uzyskać dane z innego modułu, to musi: • uzyskać dostęp do magistrali i • przekazać zapotrzebowanie do tego modułu przez odpowiednie linie sterowania i adresowe. Musi następnie czekać, aż drugi moduł wyśle dane. • Magistrala zewnętrzna (wejścia-wyjścia) jest zespołem sygnałów elektrycznych służących do komunikowania się procesora z kartami rozszerzeń.Przez wiele lat ewolucji różnych modeli procesorów, ewolucje przechodziły również magistrale, które aby nie być "wąskim gardłem" systemów komputerowych, musiały swoimi parametrami dostosować się do wciąż rosnącej wydajności procesorów.

11. Urządzenia Techniki Komputerowej Temat: ALU - zastosowanie

12. Jednostka arytmetyczno logiczna - ALU Def. Jednostką arytmetyczno logiczną (ALU) nazywamy uniwersalny układ cyfrowy przeznaczony do wykonania operacji arytmetycznych i logicznych Słowo „uniwersalny” w def. ALU oznacza, że zestaw operacji, które potrafi zrealizować jednostka aytmetyczno-logiczna powinien być funkcjonalnie pełny, jeżeli za jego pomocą jesteśmy w stanie zrealizować dowolny algorytm przetwarzania informacji.

13. Algorytm reguły postępowania służące do rozwiązania konkretnych zadań dla różnych zestawów danych, zapewniające otrzymanie rozwiązania w skończonej liczbie kroków. Jeżeli rozwiązanie opiera się na obliczeniach, to trzeba podać w jakiej kolejności według jakich wzorów mają one być wykonane.

14. Do zestawu operacji wykonanych przez ALU należą najczęściej dodawanie i odejmowanie algebraiczne, przesuwanie bitów słowa w prawo i w lewo, porównywanie (komparacja) wartości dwóch słów, operacje iloczynu i sumy logicznej, negacji i alternatywy wykluczającej ALU nie posiada układów pamiętających, dlatego musi współpracować z pewnym zestawem rejestrów. Rejestr przechowujący wyniki operacji nazywa się akumulatorem. Oraz rejestr flagowy zawierający cechy wyniku (np. przeniesienie bitu lub przekroczenie zakresu) Są to dwa podstawowe rejestry z którymi ALU współpracuje.

15. ALU - Uniwersalna Jednostka Arytmetyczno - Logiczna (realizuje wszystkie powyższe operacje plus operacje logiczne).W zależności od stanu wejść sterujących S0 - S3 układ wykonuje różne funkcje (dodawanie , odejmowanie, mnożenie itp.) na liczbach An i Bn, podajac wynik na wyjsciach Fn. Wejście M przełącza rodzaj funkcji - logiczne / arytmetyczne. Wejścia / wyjścia C0 i C4 wraz z A=B, P i G sygnalizują relacje pomiędzy liczbami An i Bn oraz umożliwiają przeniesienie danych do następnych ALU, gdyż możliwe jest również łączenie tych układów kaskadowo. • ALU jest podstawowym elementem ("sercem") każdego mikroprocesora i od jego konstrukcji, skomplikowania, szybkości zależy w znacznej mierze wydajność każdego procesora, a przez to i całego komputera.