Ovidiu
Administrator
 Inregistrat: acum 19 ani
Postari: 8044
|
|
Modul de funcţionare : calculatoarele actuale sunt construite pe baza modelului unui calculator de tip John von Neumann, şi anume, un calculator are ca sarcină principală execuţia programelor utilizatorilor; pentru a fi executat pe calculator, un program trebuie să se afle într-o anumită stare, numită “executabilăâ€, stare obţinuta din “instrucţiunile sursă†(enunţuri conform sintaxei şi semanticei unui limbaj de programare) ale programului stocate în memoria externă de tip hard disk (HD), floppy disk (FD) sau compact disk (CD); instrucţiunile sunt executate secvenţial, adică “ pas cu pasâ€, şi folosind memoria internă prin intermediul aşa-numitelor variabile definite conform structurilor de date oferite de limbajul de programare, au ca efect realizarea de operaţii conform unei logici. Aceasta logică a fost implementată în instrucţiuni în conformitate cu raţionamentul pentru rezolvarea unei anumite probleme;
Prin intermediul compilatorului limbajului de programare, instrucţiunile sursă ale programului sunt analizate sintactic şi semantic şi sunt transformate în aşa-numita “formă obiect†a programului, care mai departe va fi convertită în “forma executabilăâ€, formă ce este memorată în memoria internă, atunci când se doreste lansarea în execuţie a programului.
Lansarea în execuţie a unui program se face prin intermediul sistemului de operare şi prin realizarea funcţiilor UC, astfel:
· forma executabilă a instrucţiunilor este stocată în memoria internă M;
· conform cerinţelor programului, prin intermediul dispozitivelor de intrare(I), datele de intrare sunt stocate în memoria internă la comanda Ucc;
· prin comanda Ucc, instrucţiunile stocate în memorie sunt prelucrate şi se dă comanda Ual pentru a prelua datele stocate în M în vederea realizării de calcule aritmetice şi logice;
· prin operaţiile executate de Ual se obţin rezultate intermediare ce sunt temporar stocate în M pentru ca ulterior să fie utilizate în scopul obtţnerii rezultatelor finale ce vor fi socate in M ;
· prin comanda Ucc, rezultatele finale stocate în M vor fi transmite dispozitivelor de ieţire (O).
Microprocesorul (mP)
a baza funcţionării unui calculator(SC) se află microprocesorul(mP), inventat în anul 1971 de către ing. M.F. HOFF de la firma INTEL, care a produs o adevarată revoluţie în domeniul calculatoarelor şi al informaticii, având un impact deosebit în toate domeniile stiintifice, economice şi sociale. Microprocesorul (mP) a fost inventat ca urmare a rezultatelor obţinute în trei domenii speciale apărute şi dezvoltate în secolul XX:
· sisteme cibernetice;
· programare;
· circuite integrate.
Din acest motiv, microprocesorul poate fi considerat un “calculator în miniatură†constituit din:
· unitatea de comandă - control (Ucc);
· unitatea de execuţie (operaţii aritmetice şi logice-Ual);
· memorie proprie formată din 14 registre(MmP).
Activitatea primelor componente (Ucc, Ual) are loc prin utilizarea celor 14 registre: 2 pentru comandă-control, 4 pentru date (informaţii) şi 8 pentru adrese.
Un registru este un element esenţial în procesul de prelucrare a informaţiilor provenite din activitatea de execuţie a programelor aflate în memoria internă a calculatorului. Acesta reprezintă o unitate de adresare a memoriei interne în cadrul procesului de adresare a conţinutului memoriei interne, proces prin intermediul căruia are loc accesarea informaţiilor stocate în memorie. Unitatea de adresare se numeşte cuvânt de memorie. Performanţele microprocesorului sunt funcţie de:
· organizarea şi reprezentarea informaţiilor;
· organizarea şi capacitatea memoriei interne;
· tehnica de adresare a memoriei interne;
· metodele de execuţie a operaţiilor în procesarea informaţiilor;
· viteza de lucru (frecvenţa de lucru) în execuţia operaţiilor.
Formal, memoria internă este considerată o structură liniară (mi)i.>0, mi fiind 0 sau 1 cu semnificaţia “stinsâ€, respectiv “aprins†şi reprezintă o poziţie binară, numită bit (binary digit). Prin urmare, o succesiune de biţi poate fi utilizată pentru stocarea de informaţii convertite în poziţii binare. Unitatea de masură pentru memorie este byte-ul (octet-ul) şi reprezintă o succesiune de 8 poziţii binare, de exemplu 0 1 0 1 0 1 1 1
1b = 8 biţi sau 1o = 8 biţi. Multiplii byte-ului sunt:
1 Kb = 1024 b = 210 b ; 1 Mb = 1024 Kb =220 b ; 1 Gb = 1024 Mb = 230 b.
Din punct de vedere logic, memoria internă a unui calculator este organizată în blocuri de memorie, 1 bloc = 64 Kb, aceste blocuri având destinaţii precise în stocarea informaţiilor pentru buna funcţionare a calculatorului sub un sistem de operare adecvat.
Un rol important în utilizarea memoriei interne şi in procesul de prelucrare a informaţiilor are conceptul de cuvânt de memorie (word), acesta fiind de fapt o unitate de masură (unitate de adresare) în sistemul de coordonate (adrese) ataşat unei memorii interne având o anumită organizare logică, de exemplu în blocuri.
ÃŽn evoluţia sistemelor de calcul, capacitatea cuvântului de memorie a fost variabilă şi a determinat creşterea performanţelor acestora, în acest sens este cunoscută clasificarea microprocesoarelor în generaţii funcţie de capacitatea cuvântului de memorie utilizat:
· 1 cuv. = 4 biţi;
· 1 cuv. = 8 biţi = 1 b;
· 1 cuv. = 16 biţi = 2 b;
· 1 cuv. = 32 biţi = 4 b.
ÃŽn acest sens, până în prezent sunt cunoscute următoarele generaţii de microprocesoare:
· gen. 1 - mP tip 4004, 8008, 1w = 4 biţi ( dupa anul 1971 );
· gen. 2 - mP tip XT 8080, 1w = 8 biti ( dupa anul 1974 );
· gen. 3 - mP tip AT 8088, 8086, 80186,80286, 1w = 16 biţi ( dupa anul 1978; in 1981 apare PC ; in 1982 apar 80186, 80286);
· gen. 4 - mP tip AT 80386, 1w = 32 biţi ( anul 1985 );
· gen. 4,5 - mP tip 80486, 80586(Pentium), 80860, RISC-I860, etc.,1w = 32 biţi(după anul 1989; 80486 înglobează şi coprocesorul matematic 80387;1993-586 ).
Performanţa microprocesorului este dată şi de viteza de lucru (frecvenţa de lucru-impulsuri la intervale foarte mici de timp), masurată în MHz şi care determină realizarea unei viteze de execuţie de câteva milioane de instructiuni/secundă. Dacă primele microprocesoare aveau frecvenţa de lucru de 4MHz(mP 8088), 8MHz(mP 80186), 16MHZ(mP 80286), 30 MHz(mP 80386) , astăzi microprocesoarele actuale lucrează cu o frecvenţă de ordinul 400/500 MHz sau 700/900 MHz, aceasta datorându-se faptului că modernizarea lor este tot timpul în atenţia proiectanţilor şi fabricanţilor de microprocesoare, dar şi pentru că acestea încorporează aşa-numitul coprocesor matematic ce măreste viteza de lucru la execuţia operaţiilor aritmetice cu numere reale.
Performanţa microprocesorului este determinată şi de spaţiul de memorie internă pe care il poate adresa. Dacă primele microprocesoare erau construite să adreseze un spaţiu de memorie de 256Kb, 640Kb, sau 1Mb, astăzi există microprocesoare ce sunt proiectate sa adreseze un spaţiu de memorie de 32Mb, 64Mb.
Concluzie. Performanţa microprocesoarelor este determinată de:
· capacitatea cuvântului de memorie utilizat;
· viteza de lucru (frecvenţa de lucru);
· spaţiul de memorie internă adresabil.
Din punct de vedere al comunicaţiilor informaţiilor în funcţionarea unui sistem de calcul, se disting 3 tipuri de informaţii (magistrale-trasee de cupru ce generează informaţii binare şi prin care se realizează comunicarea mP cu celelalte componente ale SC) :
· informaţii ce reprezintă valori (date; pe 16 biţi);
· informaţii ce reprezintă adrese (coduri; pe 20 biţi);
· informaţii ce reprezintă control (comenzi).
Microprocesorul îşi exercită funcţiile, şi anume prelucrează programele aflate în memoria internă, prin utilizarea, coordonarea şi controlul:
· memoriei interne;
· dispozitivelor rapide (HD, FD, CD);
· dispozitivelor auxiliare ( diverse dispozitive I/O).
nitatea de comandă-control (Ucc) este utilizată de microprocesor pentru a programa execuţia secvenţială în timp a tuturor manevrelor necesare în vederea executării unei instructiuni (comenzi) aflată temporar în memoria internă. ÃŽn acest scop, Ucc :
- generează semnalele de comandă pentru întregul sistem de calcul;
- dirijează fluxul de date;
- corelează viteza de lucru a unităţii centrale cu timpul de acces al memoriei ;
- reglează acţiunile sale funcţie de un semnal de ceas a cărei frecvenţă este de ordinul MHz-ilor.
Semnalele prin care microprocesorul realizează comenzi de execuţie spre memorie sau spre alte componente ale sistemului se numesc semnale de comandă, iar semnalele prin care microprocesorul primeşte informaţii despre diferite componente ale sistemului se numesc semnale de stare. Comunicarea dintre microprocesor şi celelalte componente ale sistemului se face prin intermediul magistralelor externe. Efectuarea unor transferuri interne de date se realizează prin magistrala internă de date. La magistralele de date şi de comenzi pot fi cuplate circuite de I/O ce realizează legatura cu dispozitivele I/O.
Memoria microprocesorului(MmP) formată dintr-un număr de registre are rolul de a păstra temporar date, adrese de memorie şi informaţii de stare şi control. Aceste registre sunt impărţite în următoarele categorii:
· registre generale - în număr de 8 şi clasificate în registe de date ( notate AX, BX, CX, DX), registre de pointer ( SP, BP), registre de index ( SI, DI);
· registre de segment(adresare) - în număr de 4 şi notate prin CS(adresa de bază a segmentului de memorie care conţine codul programului), SS(segmentul de stivă curent), DS(segmentul de date curent - datele şi variabilele programului), ES (extrasegmentul curent);
· registrul pointer-ului de instrucţiune (IP- Instruction Program sau PC-Program Counter)- conţine adresa de memorie a următoarei instrucţiuni ce trebuie executată;
· registrul indicatorilor de stare şi control - conţine informaţii referitoare la natura rezultatului unei operaţii aritmetice(13 indicatori pentru 80386 şi 20 indicatori pentru microprocesorul 80486);
observatie.Microprocesorul 80386 utilizează în plus încă două registre de segment FS şi GS.
Pentru a executa o instrucţiune, în sistemul de calcul au loc următoarele evenimente:
- mP depune pe magistrala de date valoarea din registrul IP;
- mP depune pe magistrala de comenzi comanda de citire din memorie;
- memoria internă preia de pe magistrala de date valoarea care a fost stocată din IP;
- este cautată adresa dată de aceasta valoare şi se preia conţinutul ce va fi stocat pe magistrala de date;
- mP depune pe magistrala de comenzi comanda de terminare a citirii din memorie;
- mP citeşte de pe magistrala de date valoarea stocată anterior şi execută instrucţiunea codificată prin această valoare;
- valoarea din registrul IP este incrementată cu o unitate.
Fizic, microprocesorul este construit din circuite integrate (module) numite cip-uri (chips în engleză care înglobează Ucc, Ual, MmP şi se află pe aşa-numita placă de bază în interiorul unităţii de sistem ( system unit). Pe placa de bază se mai află:
· cipuri de memorie; circuite VLSI(Very Large Scale Integration)
· coprocesor matematic;
· cip pentru generatorul de ceas;
· cip pentru sunet;
· cip pentru accesul direct la memorie;
· cipuri pentru controlul dispozitivelor I/O.
Cele mai importante firme din lume producătoare de microprocesoare sunt:
Intel, Motorola, AMD, Cyrix/IBM, PowerPC, Digital Alpha, Sun Sparc,MIPS,ARM
Memoria internă (M)
Memoria unui sistem de calcul este de mai multe tipuri:
in punct de vedere fizic, memoria aflată pe placa de bază a unui calculator este constituită din câteva cipuri de capacitate 4Mb, 8Mb, 16Mb, 32Mb sau maxim 64Mb ce reprezintă memoria principala a sistemului de calcul, ce include o memorie de bază de 640Kb de tip RAM. Oricare ar fi tipul de memorie, aceasta este considerată constituită din celule de memorie (bytes), celula fiind cea mai mică parte a memoriei ce poate fi adresată direct şi care reprezintă unitatea de masură a memoriei, 1 celulă = 1 byte = 1 octet= 8 biţi.
Celulele de memorie sunt folosite pentru stocarea diferitelor tipuri de informaţii (numerice, alfabetice, grafice, sunete, etc.). Evident, în funcţie de natura informaţiei , pentru un tip de informaţie, se utilizează una sau mai multe celule de memorie. De exemplu, pentru reprezentarea în memorie a numerelor reale se utilizează 4, 6, 8 sau 10 celule (bytes), în cazul limbajului de programare Borland Pascal, determinând utilizarea mai multor domenii de valori reale: Single, Real, Double şi Comp, Extended, domenii ce se deosebesc prin precizia de calcul pe care o oferă în acest mod.
Prin urmare, limbajele de programare oferă metode şi tehnici diferite pentru reprezentarea informaţiilor, determinând precizii de calcul diferite, utilizatorul fiind acela care va decide, în funcţie de precizia de calcul dorită, limbajul de programare ce trebuie folosit sau programul de calcul ce trebuie apelat. Initial, în standardul Pascal era cuprins doar domeniul Real, celelalte au fost cuprise în convenţia IEEE (Institute for Electrical and Electronics Engineers).
_______________________________________
[
|
|
