Flashcards: Archi 1 Elmélet

A számításra vonatkozó alapelvek absztrakciója

Min hajtjuk végre a számítást?

Hogyan képezzük le a számítási feladatot?

Mi vezérli a végrehajtás sorrendjét?

Számítási modell

Ennek megfelelő programnyelv

Ennek megfelelő architektúra

Változók deklarálása

Adatmanipulációs utasítások deklarálása

Vezérlésátadó utasítások deklarálása

A változókat a memória meghatározott helyén tárolja úgy, hogy biztosítja a változók értékének korlátlan számú változtathatóságát

Az architektúra rendelkezik egy speciális regiszterrel (programszámláló), ami tárolja a következő utasítás címét.

szekvenciális vagy párhuzamos

vezérlés szerint meghajtott, adat szerint meghajtott, igény szerint meghajtott

procedurális vagy deklaratív

Neumann modell

Adatfolyam modell

Applikatív modell

Adat alapú, objektum alapú, predikátum logika, tudás alapú, hibrid

Az adatokat tipikusan változó képviseli. Az adatok típussal rendelkeznek/típust rendelünk hozzá

-értelmezési tartomány

-érték készlet

-műveletek halmaza-Például egy 16 bites előjeles int esetén:

Értelmezési tartomány: -32768 → 32768 Érték készlet: egész számok halmazaMűveletek halmaza: +, −, ∗, /

A számítást adatokon hajtjuk végre

Az adatokat tipikusan változók jelentik

Az adat végtelen értékmódosítási lehetőséggel rendelkezik (többszörös értékadás)

Az adatok és utasítások közös memóriaterületen helyezkednek el

A számítási műveleteket az adatokon végrehajtott adatmanipulációs műveletek

sorozatának segítségével végezzük el

Előzmény érzékeny (változó értéke menet közben változik)

Alapvetően szekvenciális végrehajtás

Mellékhatások (rossz címzés, 0-val való osztás)

Egyszerű implementáció

A számítást itt is adatokon hajtjuk végre, de csak egyszeres értékadás van, és a bemeneti adatokat egy adathalmaz formájában adjuk meg (nincsenek változók). A számítási feladatot egy adatfolyam gráffal képezzük le, amelyhez felhasználjuk az input adatok halmazát.→ input adatok halmaza + adatfolyam gráf = megoldott feladat. A gráf tartalmaz csomópontokat (szakosodott műveletvégző egységek) és éleket (I/O adatok).

Adatokon

Egyszeri értékadás

Közös operatív tár

Regiszter

Adatmanipulációs utasítás vezérelt

Adatfolyam gráf

Szekvenciális

Párhuzamos (sok műveletvégző egység, azonnali műveletvégzés)

Procedurális jellegű

Procedurális jellegű

Előzmény érzékeny

Nincs előzmény érzékenység

Igen magas kommunikációs és szinkronizációs igény

Adatokon

Deklaratív (előre meghatározott kapcsolatok a bemenetek között)

Egy komplex matematikai függvény formájában adjuk meg

igény meghajtottAkkor hajtódik végre, ha kell egy folyamathoz egy másik folyamat eredménye. (Lusta modell)

Az az ismerethalmaz, amivel a gépi kódú programozóknak rendelkezniük kell, hogy hatékony programot tudjanak írni

1. Globális P.M.S. (Processzor, Memória, Switch)

2. Programozási szint (magas, alacsony)3. Logikai/tervezési szint4. Áramköri szint

Absztrakciós szint (layer) (L): Külső jellemzők, belső felépítés, és a működés együttes leírása

Számítási modell (M)

Specifikáció (S)

Implementáció (I)

adott absztrakciós szinten a fizikai architektúra elvonatkoztatása

logikai architektúra az adott absztrakciós szinten = {M, S}L

adott absztrakciós szinten a fekete doboz külseje

adattér

adatmanipulációs fa

állapottér

állapot műveletek

adott absztrakciós szinten a logikai architektúra megvalósítása

fizikai architektúra az adott absztrakciós szinten = {M, I}L

(nem vagyunk kíváncsiak a specifikációra)

adott absztrakciós szinten a fekete doboz belseje

műveletvégző egység (ALU)

vezérlő

I/O rendszer

Megszakítási rendszer

• Memória

• Busz- / Sínrendszer

Olyan tér, ami biztosítja az adattárolást olyan formában, hogy az adattérben található adatok a CPU által közvetlenül manipulálhatók legyenek (címezhető)

memóriatér, regisztertér

modell címtere: címbusz szélessége határozza meg a kapacitást pld. 32 bitesnél 4 GB

az adott implementáció címtere: amennyi ténylegesen, fizikailag van

fizikai (CPU által látható, kisebb így gyorsabb + alaplapi lapkán helyezkedik el)

virtuális (programozó által látható, nagyobb + a háttértáron helyezkedik el)

Az adattér egy nagyteljesítményű része

Egyszerű regisztertér

Különféle adattípusokhoz különálló regiszterek

Többszörös regiszterkészlet

-AC (akkumulátor) regiszter

-AC + Data regiszterek

-Univerzális regiszter készlet

-Stack Architektúra (regiszter)

Fixpontos és logikai műveletekhez -> univerzális regiszterkészlet

Lebegőpontos (FP) műveletekhez

-SIMD (Single Instruction, Multiple Data stream)

-SSE (Single Stream Extension)

Intel Pentium III (1998)

- 8db FX (32 bit)-

- 8 db FP (80 bit)

- 8 db SSE (128 bit)

a program végrehajtás során a regiszterek állapotát az állapot információkkal (PC (ez a program counter), flag) együtt kontextusnak nevezzük

Ciklusok, megszakítások, egymásba ágyazott folyamatok gyorsítása

Le kell mentenünk az éppen futó program kontextusát, hogy később onnan lehessen folytatni

egyszerű

gyors, olcsó

független folyamatok esetén kiváló (pl.: Megszakítások)

paraméter átadásos eljárásnál nem gyorsít, mivel a paraméterátadás a memórián keresztül történik

Az eljárások már nem ugyanazon regiszterkészletet használják, viszont a regiszterkészletek közti kommunikáció még nem volt megoldott, ahhoz a háttértárat kellett használni -> ilyenek pl az egymásba ágyazott eljárások, amik használják a másik készletében lévő adatokat

- Merev, hiszen fix a regiszterek száma

- A regiszterkészletek száma is fix

Megmutatja a potenciális adatmanipulációs lehetőségeket, formákat, valamint egy konkrét implementáció adatmanipulációs lehetőségeit

Adattípusok: FX1(byte), FX2, FX4, BCD, FP4, FP8,

boolean (FX = fix pontos, FP = lebegő pontos, BCD = binárisan ábrázolt decimális)

Műveletek: például fix számoknál: +, -, *, /

Operandusok típusai: rrr, rmr, ..., mmm (r = regiszter, m = memória) pl: rrr -> mindhárom regiszter

Címzési módok: memória típusú operandusoknál R+D, PC+D, RI+D (D = displacement, R = register, PC = program counter, RI index register)

Gépi kódok (utasítások): Pl.: 10011110

Elemi, összetett

numerikus, karakteres, logikai, pixel stb

fixpontos, lebegőpontos, BCD

Elemi adattípusokból épülnek fel -> adatszerkezetnek is hívjuk

Különböző adattípusokból épül fel -> rekordnak hívjuk

Tömb -> ha 1D, akkor vektor

szöveg

verem

sor

lista

fa

halmaz

Az adatmanipulációs fa minden művelet esetén megállapítja, hogy milyen utasítás típusok, és operandus típusok választhatók.

Az értelmezett műveletek halmaza mindig architektúra függő. Pontosan deklarálni kell nem csak a műveleteket, hanem a kivételek kezelésére szolgáló műveleteket is.

MK (műveleti kód), Címrész

Az MK határozza meg, hogy milyen műveletet végzünk el, a címrész pedig azt, hogy min végezzük el (hány darab adaton, hol vannak ezek)

Minden utasítás esetén ugyan úgy néz ki. A PC a következő végrehajtandó utasítás címét tartalmazza. A program counter-ből átkerül a következő utasítás címe a memória cím regiszterbe. A memória cím regiszterben található memóriacím adat tartalma bekerül a memória adat regiszterbe. Innen az utasítás átkerül az utasítás regiszterbe. Program counter tartalmát megnövelni egy egységgel.

MAR <- PC

MDR <- [MAR]

IR <- MDR

PC <- PC + 1

(A cél, hogy a IR-be belekerüljön az utasítás)

Lehívjuk az utasítást. Az utasítás regiszterből átkerül az utasítás a dekóderbe. A dekóder címrésze átkerül a memória címregiszterbe. Betöltődik az adat a memória adat regiszterbe. A memória adat regiszter tartalma átkerül az akkumulátorba.

DEC <- IR

MAR <- DECcímrész

MDR <- [MAR]

AC <- MDR

(A cél, hogy az AC-ba bekerüljön az adat, hogy utána fel lehessen dolgozni)

DEC <- IRMAR <- DECcímrész

MDR <- [MAR]

AC <- AC + MDR

DEC <- IR

MAR <- DECcímrész

MDR <- AC

[MAR] <- MDR

DEC <-IR

PC <- DECcímrész

Legyen op – operandus, s – source, d - destination, @ - tetszőleges művelet

opd = opS1 @ opS2, op4 = következő utasítás címe

Hátrányok:

-memóriapazarlás

-további adatrögzítési hibák

-merev program-struktúra→helyette PC használata (+ auto increment)

Legyen op – operandus, s – source, d - destination, @ - tetszőleges művelet

opd = ops1 @ ops2

PC tárolja a következő utasítás címét

Előnye: lehetséges a párhuzamos végrehajtás

Hátránya: hosszú utasítások, nagy mennyiségű adat, sok memóriát igényel, lassú, kevés/nincs elágazás

Ilyenek a RISC processzorok

rrrd minimum 32 regiszter

Az előző utasítás eredményének mentésével párhuzamosan tölthetjük az aktuális utasítás két bemenő operandusát.Olyan helyeken használják, ahol nagy mennyiségű adat van és nincs elágazás.

Legyen op – operandus, s – source, d - destination, @ - tetszőleges művelet

ops1 = ops1 @ ops2

Az első operandus általában csak regiszter lehet, a kettes operandus lehet memóriacím is.

Pl.: ADD [100][102], 100-as és 102-es címet adja össze, az eredmény a 100-as címre megy.→kevesebb tárhelyet igényel, de az egyiket felülírjuk.Mai CISC processzorok általában ezt használják (x86)

Legyen op – operandus, s – source, d - destination, @ - tetszőleges művelet, AC - akkumulátor regiszter

AC = AC @ op

AC LOAD [100]

ADD [102]STORE [100]

Akkumulátorba betölti a 100-as címet, majd hozzáadja a 102-es címet. végül kiírjuk az akkumulátor tartalmát. Az utasítások halmozhatók. Az utasítások rövidebbek, de több utasításra van szükség.

STACK (push, pop) - verem műveletekNOP – no operationA műveleti kód tartalmazza az eredményt is. (CLEAR D’) Előny: rövid, Hátrány: utasításkezelő műveletek

Akkumulátor (AC), Memória típus (m), Regiszter (r), Verem (s), Immediate (i)

• Akkumulátor (AC)- Gyors, csak 1 db van

• Memória típus (m)- Nagy, hosszú a cím, lassú

• Regiszter (r)- Gyors, kevés van belőle

• Verem (s)- Gyors, egyszerre csak egy elem érhető el

• Immediate (i)- magában a programban adunk értéket a változónak

(pl. ADD R1, 3)

Címszámítás, cím módosítás, tényleges (deklarált) cím interpretálása

Abszolút címzés

-hosszú címek (akár több terrabájtnyi cím is lehet), ezért nem használjuk

Relatív címzés

Y (cím) = S (bázis) + D (eltolás)

Deklarálni kell egy Bázis címet és a Címszámítási algoritmust

Bázis cím lehet: PC, Top of Stack, Index Regiszter stb.

Lehet direkt vagy indirekt

Felfoghatjuk valós vagy virtuális címként is

Architechtúránként változik

Olyan, programból látható, és programtranszparens tárolókból áll, amelyek az adott programra vonatkozó állapot információkat hordozzák

Olyan rendszerfunkciókhoz szükséges információk, mint pl.

Virtuális memória kezelés

Megszakítás kezelés

Olyan kivételes események kezelésére vannak, amelyek a végrehajtás során általánosan bekövetkeznek (pl.: FP-nél denormalizált szám jelzése).Minden regiszterkészlethez definiálva vannak flag-ek, pl.:

• ZERO• NEG• OVERFLOW • CARRYÁllapotműveletek

Pl.

• Program Counter (PC) esetén: - Inkrementálás

- Dekrementálás- Felülírás (egy utasításból átvett címmel)

• Flag-ek esetén:

-  Beállítás (set)→1

-  Törlés (clear)→0

-  Kezdeti értékre állítás (reset)

-  Mentés (save)

-  Visszatöltés (load)

Műveletvégző egység (ALU)

Vezérlő egység

I/O rendszer

Megszakítási rendszer

Utasítás lehívás (fetch)

Utasítás végrehajtás (execute)

Szinkron CPU:

-  Órajel generátorral működik

-  Hátránya: késleltetés, a következő órajelet mindig meg kell várni, így holtidő

keletkezhet

-  Előnye: egyszerű, gyors

Aszinkron CPU:- Nincs órajel → Egyik utasítás vége jelzi a következő utasítás kezdetét

- Hátránya:

extra áramkör kell az utasítás befejezésének érzékeléséhez

drága

az utasítás befejezésének érzékelése is időbe telik

- Előnye: nincs holt idő

Regiszterek

Adatutak

Kapcsolópontok / csatolók

Szűk értelemben vett ALU

-Látható (a programozó számára)

ezen belül lehet

-univerzális

-dedikált (pl: stack)

-Transzparens (rejtett): Adatfeldolgozáshoz szükséges pufferek

-hivatkozni nem lehet rájuk, de számításba kell venni őket

NEM adatbusz, mert nem értelmezett rajta semmilyen címzés (egyszerűbb csak vezetékekre gondolni)

-Egy utas -> betöltés egyenként sorban

-Két utas -> 2 adatutat használhat egyszerre

-Három utas -> 2 utas + 1 az eredmény visszaírására -> párhuzamosítási lehetőség

A regiszterek részét képezik, általában tranzisztorok

Önálló vezérléssel rendelkeznek

- Kimenő (mármint a regiszterből) kapcsoló: 3 állapot -> 1, 0, zárt

- Bemenő (a regiszterbe) kapcsoló: 2 állapot -> zárt, nyílt

Ha a szorzandó hossza "n", a szorzó hossza "m", akkor a szozat hossza <= n+m

Emiatt kell figyelni, hogy két szám szorzása esetén az eredménynek elég nagy regisztert tartsunk fent

Viszonylag szűk értelmezési tartomány -> 16 bitnél -32768-tól +32767-ig

Tört számok pontatlan ábrázolása pl: 7/4=1

A törtpontot az első értékes számjegy elé helyezzük

Pl: 123.456*10^0 -> nem normalizált

0.123456*10^3

Pontosság javítás rejtett bit használatával (kettes számrendszerben vagyunk) 1⁄2 <= m <1Mivel a normalizálás után a törtpont után mindig 1 áll, ezért ezt felesleges tárolni

Az így felszabaduló bitet a pontosság növelésére tudjuk használni, ehhez balra léptetjük az értéket és beléptetjük a pontosításhoz használt új bitet

A pontosságot őrzik. A lebegőpontos regiszternek mind a mantissza része, mind a lebegő pontos műveletvégző hossza 4-15 bittel hosszabb, mint a tárolt formátum (pl.: 32+11).

Felhasználása:

-  rejtett bit kiíráskor egy értékes bitet tudunk beléptetni (helyreállítás).

-  kerekítést segíti a több bit

-  normalizálás 0,000

Mantissza: Kettes komplemens formában ábrázolunk ezért minden aritmetikai művelet elvégezhető vele

karakterisztika kódolása tipikusan többletes kód (csak + és - műveletek és léptetés)

𝑚𝑎∗𝑟𝑘𝑎

Adatformátumok

Adattípusok

Műveletek

Kerekítések

Kivételek kezelése

Tárolási (szabványos)

- az operatív táron, illetve háttértáron való tárolásra szolgál

- Szigorúbb szabályok

- 32 vagy 64 bit

Bővített (kiterjesztett)

- csak processzoron belül

- maximális szabadság a gyártóknak a CPU-n belül

- min 43 vagy 79 bit

6 darab

4 aritmetikai művelet

maradékképzés

négyzetgyökvonás

bináris, decimális konverzió

végtelennel való műveletvégzés

kivételek kezelése

1. legközelebbire való kerekítés2. – végtelen felé kerekítés intervallum algebra

3. + végtelen felé kerekítés intervallum algebra - 0-ra kerekítés (trunc / levágás)

A kivételek felbukkanása megszakítást eredményez.

Overflow

Underflow

0-val való osztás

Négyzetgyökvonás negatív számból

-  Fixpontos ábrázolással a törtszámok pontatlanok

-  Lebegőpontos ábrázolással a mantissza-, karakterisztikaforma nem teljesen pontos,

csak pontosabb.

-  A kettes komplemens esetében: 10-es számrendszerű számokat átszámítjuk kettesbe,

majd vissza...

-  BCD esetében decimális számrendszerből átkódoljuk a számokat kettesbe és

vissza. -> mert ha csak átváltanánk, ott kis maradékok képződnek (pl: 0,3 binárisban végtelen szakaszos, ezért kerekíteni kell -> nem pontos)Kódolás = egyértelmű megfeleltetés.→A BCD pontosabb ábrázolás

Ábrázolás:

4 biten ábrázoljuk a számjegyeket (tetrádok) (0000→1001).Maradnak kihasználatlan, érvénytelen bitsorozatok (tetrádok): 1010→1111, hexadecimálisan A-tól F-ig (decimálisan 1 - 9). (4 bit 1 tetrád)

Összeadás:

fel kell ismernünk az érvénytelen tetrádokat és ezeknél korrekciót kell végrehajtani.

az érvénytelen tetrádok esetén kivonunk

belőle 10D-et (10-et decimálisan) és

lépünk egy 10-es átvitelt.pl.: 15D = 1111B = (érvénytelen ezért levonunk 10et, majd léptetjük) = 0001 0101BCDÉrvénytelen tetrádok felismerése:

Az első bit helyértékén 1-es áll, ÉS a második VAGY a harmadik bit helyértéken egyes áll.

Megvalósítás: 3 fokozat

a)  Összeadó fokozat

b)  Érvénytelen tetrád felismerő fokozat

c)  Korrelációs fokozat

Finxpontos:

Előny:

-gyors műveletvégzés (ciklusváltozónak ideális)

-kisebb memóriaigény, többféle formátum: 8, 16, 32, 64, 128 bites

A formátumok közül mindig a számunkra szükséges értelmezési tartományának megfelelően válaszunk

-egész számok esetén teljesen pontos ábrázolás pl: if a=1 fixpontosnál és BCD ábrázolásnál adható ki, lebegőpontosnál nem

Hátrány:

-törtnél teljesen pontatlan (7/4=1)

Lebegőpontos:

Előny:

-akkor alkalmazzuk, amikor a fixpontos értelmezési tarománya kicsinek bizonyul

-törtszámok ábrázolásához

-a gyakorlatban kielégítő pontosságú

Hátrány:

-kétszeres pontosságot csak indokolt esetben alkalmazunk, mert lassabb, több erőforrást igényel

BCD:

Előny:

-teljesen pontos, nincs kerekítés

-pontosabb, mint a lebegőpontos ábrázolás -> banki felhasználás

Hátrány:

-komplexebb műveletvégzés

-komplexebb hardver, több tranzisztor, több memória

-lassabb, ezért már kevésbé alkalmazzák

-a legtöbb hétköznapi felhasználáshoz elegendő a lebegőpontos pontossága

-  mind a 16, kétoperandusos logikai műveletre képes (Pl.: OR, AND, XOR, NOT)

-  léptetés, invertálás, load/store, összehasonlítás

-  címszámítás (végrehajtási állapotban):

a korai gépekben az általános célú műveletvégző végezte

azonban napjainkban tipikusan célhardver végzi

-  a karakteres műveletek tipikusan általános célú műveletvégzőben történnek.

Az egyik legkomplexebb áramkör, vezérlőjeleket állít elő, a felépítése és működése általában céges titok

Lelke az ütemező, amiről nincs pontos publikáció

Két alapvető tervezési módja van -> huzalozott és mikro programozott vezérlési mód

- Programozott vezérlőt használ, nem csupán a fizikai áramkörök végzik a vezérlést

- Minden utasítás egy vagy több mikroutasítással valósul meg

- A mikroművelet aktivál egy specifikus vezérlő vonal készletet

Előnye: rugalmasabb, áttekinthető, olcsó

Tekintettel arra, hogy a fejlesztéséhez nem kell az egészet újratervezni, elég csak a programot újraírni

Hátránya: mindig lassabb, mint a kizárólag hardveres megoldás, a programozás magas szintű hardver ismeretet igényel

A vezérlés elve: forrásregiszter tartalmát módosító áramkörön keresztül a célregiszterbe vezetjük→Kapuáramkörök nyitása

Tervezésének menete:

- igazságtábla felírása

- célfüggvények (logikai függvények) felírása

- azonos átalakítások elvégzése -> a függvények egyszerűsítése az építőelemek csökkenése és az ezáltali sebességnövelés érdekében (minél kevesebb logikai kapu)

- megvalósítás

Előnyök:

- nagyon gyors

Hátrányok:

- nehezen áttekinthető

- bonyolult, merev, nehezen módosítható

- drága kivitelezés

vezérlőegység többi blokkjának a vezérlése

vezérelt objektumok szekvenciális vezérlése (MEM, ALU, ...)

ALU (AC, általános regiszterek)

vezérlőbusz regiszterei (IR, PC)

memóriával kapcsolatos regiszterek (MAR, MDR)

I/O rendszerekhez kapcsolódó regiszterek és vezérlők (parancsregiszterek,

adatregiszterek, állapotregiszterek)

Módosító áramkörök:

• összeadás• léptetés• inkrementálás • invertálás• komparálás• stb.

a vezérlő a forrásregiszter kimenő kapuját és a módosító áramkör bemenő kapuját megnyitja

a forrásregiszter tartalma átmásolódik

előírja a módosító áramkör számára, hogy milyen módosítást hajtson végre (pl.

inkrementálás, léptetés stb.)

a módosított áramkör kimenő kapuját és a célregiszter bemenő kapuját megnyitja

az eredmény átmásolódik

Az egyésgek (CPU, RAM, perifériák) közötti kommunikációra szolgál, annak az infrastruktúráját biztosítja

Adatokat és vezérlő jeleket továbbítunk

- Az adatátvitelben résztvevő eszközöknek biztosítani kell a kijelölést (megcímzés: címmegadás vagy utasítás alapján létrehozott harveres kapcsolat) és a kizárólagos használatot

- meg kell határozni az átvitel irányát

- meg kell oldani az eszközök működésének összehangolását (szinkronizáció)

Előnye: Szabványosított, ezért az eszközök könnyen cserélhetőek

Jelentősége: a buszrendszer a felhasználó számára transzparens -> nem tud és nem is kell vele foglalkoznia, automatikusan működik

Egységen belüli kommunikáció (pl CPU-b belül) a BELSŐ buszrendszer

- kis távolságok, közös vezérlés, közös órajel

Egységen kívüli komm. a KÜLSŐ buszrendszer

- viszonylag nagy távolságok -> jelentős késleltetés -> nem célszerű a központi ütemadó

- jelentős eltérés az optimális sebességek közötti eltérés a különböző eszközök között

- eltérő szabványok

- Szimplex - CLK, RST -> csak egy irányú

- félduplex -> kétirányú, de egyszerre csak egy

- duplex (adatbusz) -> egyszerre több irányú (több vezeték)

Dedikált:

- gyors, megbízható

- minden egységet, minden más egységgel összekötünk. Leginkább a rendszerbuszoknál használjuk

Előnye: A sok kapcsolat miatt gyors és megbízható (egy kapcsolat meghibásodása esetén másik úton is tud kommunikálni)

Hátránya: drága a sok vezeték miatt, bonyolult új egységet adni hozzá

Shared (megosztott):

Minden egység közös buszon kommunikál, de egyidejűleg csak egy adó lehet

Előnyei: olcsó, szabványos kialakítás miatt könnyű bővíteni új elemekkel

Hátrányai: egy idejűleg csak egy adó -> lassú lehet, érzékeny a közös busz meghibásodására

-címbusz

-adatbusz

o ugyanazon a vezetéken keresztül továbbítják a címeket és az adatokat vezetékkel való spórolás céljából + így kevesebb csatlakozó láb kell.

o PCI segítségével időbeli multpiplexelést hajt végre, azaz ugyanazon a vezetéken átviszi a blokk kezdőcímét, majd ciklikusan az adatokat, közben inkrementálással állapítva meg a címet

-vezérlő vezetékek

- épp adat vegy cím van-e a buszon

- vezérlési információk és az egység állapotára vonatkozó információk

Adatátvitelt vezérlő jelek:

- M/IO: megmondja, hogy a vezetéken memória vagy IO cím található

- R/W read/write: Az adatátvitel iránya a processzor felől nézve

- B/W byte/word: Az adat hossza, a párhuzamosan átvitt bitek száma

- AS (address strobe): megmutatja, hogy a rendszerbuszra címet helyeztünk-e

- DS (data stobe): megmutatja, hogy a rendszerbuszra adatot helyeztünk-e

- A/D address/data: megmutatja, hogy az adott buszon adat vagy cím van

- RDY (ready): megmutatja, hogy az átvitel befejeződött, vagy az eszköz készen áll

Megszakítást vezérlő jelek:

- megszakítás kérés

- megszakítás visszaigazolás

Buszfoglalással kapcsolatos jelek:

- sínfoglalás kérése, jelzése, engedélyezése

Egyéb:

- CLCK - órajel

- Rest - reset-jel

Processzorsín: processzor-memória

Bővítősín: prefirériák - processzor&memória

-párhuzamos

-soros

-PCIe busz

-USB C

-40Gb/sec

-Intel fejlesztés

Thunderbolt 4 újdonságok:

-erősebb követelmények a gyártókkal szemben -> 2 4k monitor vagy 1 8k monitor támogatás, előírt legalább 32gb/sec PCIe kapcsolat, DMA védelem

Több vezeték segítségével párhuzamosítja az adatokat (ISA, PCI)

Hátrány: sok vezeték -> komplex, drága, sok helyet foglal

Egyetlen gyors vezetéken több adat küldhető át, mint több lassún

sorosítás -> kódolással (bitsorozatok)

Nem alkalmas nagy frekvenciás átvitelre, mert:

- vezetékek közötti időeltérés, ha különböző a hosszuk (delay skew)

- a sor párhuzamos vezeték rengeteg elektromágneses interferenciát generál (EMI - elektromágneses zaj) -> zaj miatti adatsérülések

- áthallás a vezetékek között interferenciát okozhat

- nehezen bővíthető -> a soros buszoknál szoftveresen is lehet bővíteni

- Megosztott busz koncepció pl: PCI

- pont-pont kapcsolat, dedikált buszok pl:PCIe, HyperTransport, QPI

- processzor vezérelte a perifériákat

- I/O modul vezérelte -> wait for flag -> a cpu vár az I/O egységre, amíg az készen áll -> lassú, sok holtidő

- I/O vezérelte -> megszakításos üzemmód

- DMA -> Direct Memory Access -> saját memória a DMA modulnak

- Csatorna: I/O célú utasításokat dolgoz fel, közben a központi operatív tárat használja

- I/O processzor: I/O utasításokat dolgoz fel, saját operatív tárral rendelkezik

minden I/O művelethez a processzor egy-egy utasítást hajt végre

A processzor két különálló címteret lát: operatív tár, I/O címtér

- ugyanazon a címsínen keresztül haladnak a memóriacímek és az I/O címek is (rendszersín)

- létezik egy M/I/O vezérlővezeték, amely megmondja, hogy az adott időpillanatban memória- vagy I/O cím van a címsínen

- mivel különálló címtérről van szó, ugyanaz a cím szerepelhet mindkettőben

- azon regisztereket, amelyeken keresztül a processzor a perifériákkal kommunikálhat, I/O portnak nevezzük

- az I/O port fizikailag a vezérlőkártyában helyezkedik el

- parancs (command) regiszter: ebbe írja bele a processzor a kívánságait

- adatregiszterek:

- bemeneti regiszter: ebből olvassa be a processzor a periféria adatait

- kimeneti reg.: ebből írja ki ...

- állapot regiszter

A mai gyakorlat, hogy a következő regisztereket összevonják, egy regiszterben valósítják meg:

- parancs és állapot reg.

- be és kimeneti regiszter

További regiszterek:

- eszköz jelenlétet jelző reg.

- az eszköz tulajdonságait tartalmazór reg. (plug&play)

Lehet több regiszterkészlet is

Feltétlen átvitel: Feltétlen átvitel esetén a vevő mindig vételre kész állapotban van, és nem ellenőrizzük az átvitel sikerességét. A szinkronizálás hiánya az adó és a vevő között kihat az átvitel biztonságára is. Például LED–ek működtetésénél használjuk ezt az átvitelt.

Lekérdezéses vagy „wait for flag” átvitel

.

.

.

Megszakításos átvitel

.

.

.

programozott I/O-val átvisszük a processzorból a DMA vezérlőbe az átvitelhez szükséges információkat (mit, honnan, hová kell vinni), majd felhelyezzük ezeket az adatsínre

- DC-be az adategységek száma

- IOAR-ba (I/O Address Registry) beírjuk at adat leendő memóriabeli kezdőcímét, valamint:

- az egységet (byte, félszó, szó)

- az átvitel irányát

- a periféria címét

- az átvitel jellegét blokkos vagy cikluslopásos módon

- a résztvevő egységeket (mem. - mem., I/O - I/O, stb)

CPU felprogramozza a DMA vezérlőt (előkészítés fázisa) (1-3)

A DMA vezérlő DMA request jelzést küld a processzornak (kéri a rendszersín használati

jogot) (4)

A processzor DMA acknowledge jelzéssel lemond a rendszersín használati jogáról (5)

A DMA vezérlő a kapott adatok alapján a perifériáról beírja az első átvinni kívánt adatot az

IODR-be (6)

A DMA vezérlő az IODR-ben lévő adatot a rendszersínen keresztül beírja az IOAR által

meghatározott memóriacímre (7-9)

A DMA vezérlő dekrementálja a DC-ben tárolt értéket, és inkrementálja az IOAR-ben tárolt

értéket (egy adategységgel növel – 1,2,4 byte) (10)

DMA ellenőrzi a DC tartalmát. Ha nem 0, vissza a (6) -ra, ha igen, megszakításkéréssel jelzi

a CPU felé, hogy befejeződött egy blokk átvitele (pl 3200 byte lehet egy HDD esetén

Ez a DMA koncepció kiterjesztése a lassabb perifériák irányában

A csatorna I/O utasításokat kér le a processzorral közös memóriából, majd azokat végrehajtja

(nincs saját operatív tára)

A csatorna által vezérelt műveleteket továbbra is a processzor kezdeményezi

Ebben a koncepcióban is léteznek a perifériák irányítására hivatott I/O egységek vagy vezérlőkártyák, s a csatorna ezek munkáját hangolja össze → a processzor helyébe lép ilyen tekintetben (magát az átvitelt annak kezdete után a csatorna végzi)

Fajtái:

szelektor csatorna

multiplexer csatorna

Megszakításos átvitel

a processzor beírja kívánságát az I/O parancsregiszterébe és elkezd mást csinálni

az I/O egység gondoskodik arról, hogy a kívánt perifériáról a kívánt adat beírásra kerüljön az

I/O port adatregiszterébe, és ekkor az állapotregiszter „ready” bitjét beállítja, továbbá

megszakításjelzést küld a processzor felé

a processzor a következő utasítás-töréspontban észleli a megszakítás tényét és forrását:

▪ kiolvassa a megszakító I/O port állapotregiszterének tartalmát▪ mivel ott a „ready” bit be van állítva, ennek megfelelő megszakítás feldolgozó programot indít el; ez kiolvassa az I/O port adatregiszterét és tartalmát átviszi az AC-ba

Lekérdezéses vagy „wait for flag” átvitel

az első lépés során a processzor beírja kívánságát az I/O port parancsregiszterébe

a processzor kiolvassa az I/O vezérlő állapotregiszterének tartalmát

amennyiben nem „ready”, akkor vissza a 2. pontba

amennyiben „ready”, akkor a processzor kiolvassa az I/O vezérlő adatregiszterének

tartalmát, és azt eljuttatja az AC-baMivel a processzor és a periféria sebessége között igen nagy különbség lehet, a 2. és 3. pont olvasási ciklusa akár több milliószor is feleslegesen fut → pazarolja a processzor időt

non

non

non

non

non

non

non

non

non

non

non

non

non