Katedra počítačov a informatiky, Fakulta elektrotechniky a informatiky,

1. Princípy počítačového inžinierstva prof. Ing. Liberios Vokorokos, PhD, Ing. Branislav Madoš, PhD. Katedra počítačov a informatiky, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Technická univerzita v Košiciach

2. Obsah • Zobrazovanie informácií v počítači • Strojové formáty inštrukcií • Adresovacie módy • Zobrazovanie viacbajtových objektov • Inštrukčne orientované architektúry Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

3. Zobrazovanie informácií v počítači(1) • V elektronických počítačoch sú informácie zobrazované pomocou fyzikálnej veličiny elektrické napätie • Dva prístupy k reprezentácii informácie: • Analógová reprezentácia - využíva spojito sa meniace fyzikálne vlastnosti materiálov. • Digitálna (číslicová) reprezentácia – používa symboly, prostredníctvom ktorých reprezentuje informácie ako postupnosti diskrétnych hodnôt. Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

4. Zobrazovanie informácií v počítači(2) • Logická polarita obvodov – na vyjadrenie dvoch stavov je možné použiť ľubovoľné dva stavy elektrického napätia • Kladná polarita • TRUE, 1, HIGH = +10 voltov , FALSE, 0, LOW = 0 voltov • TRUE, 1, HIGH = 0 voltov , FALSE, 0, LOW = - 10 voltov • Záporná polarita • TRUE, 1, HIGH = + 5 voltov , FALSE, 0, LOW = +10 voltov • TRUE, 1, HIGH =-10 voltov , FALSE, 0, LOW = - 5 voltov Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

5. Zobrazovanie informácií v počítači(3) • Register – je špeciálny vysokorýchlostný úložný priestor v centrálnej procesorovej jednotke (CPU). • Zložený je z pamäťových elementov – bitov (binary digit) • Bity sú číslované sprava doľava, počnúc 0 • 0 bit je najmenej významný • n-1 bit je najvýznamnejší • Registre • Univerzálne • Špeciálne – akumulátor, smerník zásobníka Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

6. Zobrazovanie informácií v počítači(4) • Pamäť – je skupina rovnakých buniek, z ktorých každá je definovaná pozíciou – adresou • Každá pamäťová bunka môže byť špecifikovaná rovnako ako register Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

7. Zobrazovanie informácií v počítači(5) • Zobrazovanie informácií v počítači – pomocou binárnych kódov (bitových kódov), teda postupností 0, 1. • Číselné informácie • Číselné sústavy – pozičné číselné sústavy s prirodzeným sledovaním váh • Nečíselné informácie • Textové údaje • Grafické údaje • Zvukové údaje Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

8. Zobrazovanie informácií v počítači(6) • Textové údaje – sú reprezentované ako postupnosti znakov – reťazce • Znak je prvok z konečnej množiny písmen a symbolov, určených na znázorňovanie informácií • Znakové sady: • 6 –bitové kódy – CDC 6600 písmená, číslice a špeciálne znaky (malé a veľké písmená sa nerozoznávali) • 7-bitové kódy – ASCII (American Standard Code for Information Interchange) v definovaný v štandarde ISO • 8-bitové kódy – aj kvôli bajtovej orientácii počítačov • EBCDIC (Extended Binary Code Decimal Interchange Code) • Extended ASCII • 16-bitové kódovanie - Unicode Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

9. Zobrazovanie informácií v počítači(7) • Grafické údaje • Rastrové zobrazenie – grafická informácia je vyjadrená konečným počtom bodov rozložených v pravouhlej dvojrozmernej matici, kde každému bodu je priradený atribút (farba, jas, blikanie), bod je označovaný ako pixel • Vektorové zobrazenie – grafická informácia je zapísaná prostredníctvom vyšších elementov – úsečka, kružnica, obdĺžnik a ich atribútov – hrúbka čiary, farba apod. Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

10. Strojové formáty inštrukcií(1) • Súbor inštrukcií je množina inštrukcií, z ktorých každá reprezentuje určitú operáciu centrálnej procesorovej jednotky (CPU) • Triedy inštrukcií • Inštrukcie prenosu údajov – prenos medzi registrami a pamäťou • Aritmetické inštrukcie - sčítanie, odčítanie, násobenie atd. • Inštrukcie boolovskej logiky – AND, OR, NOT, XOR • Inštrukcie posunov a rotácií • Inštrukcie s jedným operandom – inkrementácia, dekrementácia • Inštrukcie bitových manipulácií – nastavovanie jednotlivých bitov registrov Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

11. Strojové formáty inštrukcií(2) • Inštrukcia • Operačný kód (Opcode) • Vstupný operand (operandy) • Výstupný operand (operandy) • Operandy inštrukcie • Adresy • Čísla • Znaky • Logické údaje • Dĺžka inštrukcie • Pevná • Premenlivá Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

12. Adresovacie módy(1) • Adresovacie módy – definujú spôsob, akým sa sprístupňujú operandy pre inštrukcie strojového kódu • Okamžitý mód – operand je obsiahnutý v inštrukcii • Registrový mód – operand je obsiahnutý v registri procesora • Absolútny mód – operand je uložený v pamäti na špecifikovanej adrese • Nepriame adresovacie módy - špecifikované miesto neobsahuje operand, ale efektívnu adresu • Nepriamy registrový mód • Nepriamy pamäťový mód Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

13. Zobrazovanie viacbajtových objektov(1) • Usporiadanie bajtov objektov • Veľký endian – číslovanie bajtov MSB 3 2 1 0 LSB • Malý endian – číslovanie bajtov MSB 0 1 2 3 LSB • (1025) 10 = (00000000 00000000 00000100 00000001) 2 Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

14. Zobrazovanie viacbajtových objektov(2) • Zarovnávanie bajtov • Zarovnávané sprístupňovanie bajtov • Nezarovnávané sprístupňovanie bajtov Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

15. Inštrukčne orientované architektúry(1) • Dva základné typy inštrukčne orientovaných architektúr (Instruction Set Architecture - ISA) • Architektúra CISC – Complex Instructions Set Computer • Architektúra RISC – Reduced Instructions Set Computer • Architektúra CISC • Rozsiahly súbor inštrukcií • Komplexné operácie • Komplexné adresovacie módy • Komplexný hardvér • Minimálny počet inštrukcií pre riešenie konkrétnej úlohy • Jednoduchšie programovanie, jednoduchší kompilátor Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

16. Inštrukčne orientované architektúry(2) • Architektúra RISC • Redukovaný súbor inštrukcií • Jendoduchšie inštrukcie • rýchle vykonanie • Jednotná dĺžka inštrukcie • Operandy musia byť v registroch • Veľký počet registrov • Jednoduché adresovacie módy • jednoduchý hardvér • Väčší počet inštrukcií pre riešenie konkrétnej úlohy • Zložité úlohy rieši kompilátor – poskladá riešenie z jednoduchších inštrukcií Princípy počítačového inžinierstva, prednáška č. 7.

17. Ďakujem za pozornosť