Bevezetés az informatikába

Bevezetés az informatikába ˝ 4. eloadás Dr. Istenes Zoltán Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar Programozáselmélet és Szoftvertechnológiai Tanszék

Matematikus BSc - I. félév / 2008 / Budapest

Dr. Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT)

Bevezetés az informatikába

2008

1 / 32

1

Logikai kapcsolások Elemi logikai kapuk Egyszeru˝ logikai kapcsolások Összeadók

2

Vezérlo˝ egység megvalósítása "Ütemezés", "kapuzás" Huzalozott vezérlo˝ Mikroprogramozott vezérlo˝



2008

2 / 32

Logikai kapcsolások

Tartalom

1


2




2008

3 / 32


"kapcsoló elemek..." vákumcso˝ ˝ (elektroncso)

tranzisztor

integrált áramkör

(Jack Kilby, 1958)

Brattain, Brattain, Shockley (1947)

(≈ 1940 − 1950) Dr. Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT)


2008

4 / 32


˝ integrált áramkörök fejlodése..."

Intel 8742 mikrovezérlo˝ 8bit CPU @12MHz, 128B RAM, 2KB EPROM, IO


A tranzisztorok számának (≈számítási teljesítmény) növekedésének az üteme 18 hónaponként duplázódik Bevezetés az informatikába

2008

5 / 32


Elemi logikai kapuk

Tartalom

1


2




2008

6 / 32


Elemi logikai kapuk

ÉS, VAGY, NEM logikai kapuk VAGY (OR)

ÉS (AND) x 0 0 1 1

y 0 1 0 1

x 0 0 1 1

z 0 0 0 1

y 0 1 0 1

z 0 1 1 1

x 0 1

z

y


x

z 1 0 A

x

A+B

A·B

x

NEM (NOT)

z

z

y


2008

7 / 32


Elemi logikai kapuk

NEM-ÉS, NEM-VAGY, KIZÁRÓ-VAGY logikai kapuk NEM-ÉS (NAND) x 0 0 1 1

y 0 1 0 1

NEM-VAGY (NOR) x 0 0 1 1

z 1 1 1 0

y 0 1 0 1

x 0 0 1 1

y 0 1 0 1

z

y


x

z 0 1 1 0 A⊕B

A+B

A·B

x

z 1 0 0 0

kizáró vagy (XOR)

z

y


x

z

y

2008

8 / 32



Elemi logikai kapuk


2008

9 / 32


Egyszeru˝ logikai kapcsolások

Tartalom

1


2




2008

10 / 32



Multiplexer d0 multiplexer s 0 0 0 0 1 1 1 1

d0 0 0 1 1 0 0 1 1

d1 0 1 0 1 0 1 0 1

z 0 0 1 1 0 1 0 1


z d1 s d0 MUX d1 s

z s 0 1


z d0 d1

2008

11 / 32



4x2 bemenetu˝ és 4 bemenetu˝ multiplexer

s 0 1


z x y


s0 0 0 1 1

s1 0 1 0 1

z d0 d2 d1 d3

2008

12 / 32



4x2 bemenetu˝ és 4 bemenetu˝ multiplexer x3 y3

MUX

x2 y2

MUX

x1 y1

MUX

x0 y0

MUX

z3 z2 z1

s 0 1

z x y

z0

s0 0 0 1 1

s1 0 1 0 1

z d0 d2 d1 d3

s



2008

12 / 32



4x2 bemenetu˝ és 4 bemenetu˝ multiplexer x3 y3

MUX

x2 y2

MUX

x1 y1

MUX

x0 y0

MUX

z3 z2

d0 d1

MUX MUX

d2 d3

MUX s0

z1 z0

s 0 1

z x y

s


z


s1 s0 0 0 1 1

s1 0 1 0 1

z d0 d2 d1 d3

2008

12 / 32



4 bites AND/XOR muvelet ˝ (logikai egység) x3 y3

MUX

z3

x2 y2

MUX

z2

s 0 1

x1 y1

MUX

z1

z x AND y x XOR y

x0 y0

MUX

z0

s



2008

13 / 32


Összeadók

Tartalom

1


2




2008

14 / 32


Összeadók

Összeadás

Reprezentáció?!

0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=...



2008

15 / 32


Összeadók

Összeadás

Reprezentáció?!

0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=...



2008

15 / 32


Összeadók

Összeadás

Reprezentáció?!

0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=...



2008

15 / 32


Összeadók

Összeadás

Reprezentáció?!

0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=...



2008

15 / 32


Összeadók

Összeadás

Reprezentáció?!

0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=...



2008

15 / 32


Összeadók

Félösszeadó

félösszeadó x 0 0 1 1

y 0 1 0 1

c 0 0 0 1

s 0 1 1 0

s = sum = összeg c = carry = átvitel



2008

16 / 32


Összeadók

Félösszeadó

x

s

félösszeadó x 0 0 1 1

y 0 1 0 1

c 0 0 0 1

s 0 1 1 0

y c

s

x s = sum = összeg c = carry = átvitel


y

1/2+ c


2008

16 / 32


Összeadók

Többbites számok összeadása

1000 +0110 1110


1100 1011 +0110 10001


átvitel (carry)

fix pontosság...

2008

17 / 32


Összeadók


1000 +0110 1110


1100 1011 +0110 10001


átvitel (carry)

fix pontosság...

2008

17 / 32


Összeadók


1000 +0110 1110


1100 1011 +0110 10001


átvitel (carry)

fix pontosság...

2008

17 / 32


Összeadók

1 bites teljes összeadó

teljes összeadó x 0 0 0 0 1 1 1 1

y 0 0 1 1 0 0 1 1

cin 0 1 0 1 0 1 0 1

cout 0 0 0 1 0 1 1 1


s 0 1 1 0 1 0 0 1

cin = carry in = bemeneti átvitel cout = carry out = kimeneti átvitel


2008

18 / 32


Összeadók

1 bites teljes összeadó x y

teljes összeadó x 0 0 0 0 1 1 1 1

y 0 0 1 1 0 0 1 1

cin 0 1 0 1 0 1 0 1

cout 0 0 0 1 0 1 1 1


s 0 1 1 0 1 0 0 1

1/2+

s 1/2+

cin

c cout

x y cin

s 1+ cout

cin = carry in = bemeneti átvitel cout = carry out = kimeneti átvitel


2008

18 / 32


Összeadók

4 bites összeadó

y3 x3

cin3

1+ cout3

y2 x2

cin2

1+ s3

cout2

y1 x1

y0 x0 c0

cin1

1+ s2

cout1

1+ s1

cout0

s0

terjedo˝ átvitel (ripple carry) s=x+y



2008

19 / 32


Összeadók

Kivonás kettes komplemensel

5 +2 7

0101 +0010 0111

2 -2 -2

0010 1101 1110

5 +-2 3

bináris egyes komplemens kettes komplemens

0101 +1110 10011

kivonás helyett, negált összeadás túlcsordulás (overflow)



2008

20 / 32


Összeadók


5 +2 7

0101 +0010 0111

2 -2 -2

0010 1101 1110

5 +-2 3


0101 +1110 10011




2008

20 / 32


Összeadók


5 +2 7

0101 +0010 0111

2 -2 -2

0010 1101 1110

5 +-2 3


0101 +1110 10011




2008

20 / 32


Összeadók

4 bites összeadó-kivonó kapcsolás x3 x2 x1 x0 y3 MUX

z3 z2 z1 z0

y2 MUX y1

s 0 1

z x+y x-y

MUX y0 MUX cin

cout

s Dr. Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT)


2008

21 / 32


Összeadók

4 bites aritmetikai-logikai kapcsolás 4

x0..3

aritmetikai (+/-)

y0..3

4 4

4

4x2 MUX logikai (and/xor)

4

s0 s0 0 0 1 1

s1 0 1 0 1

z0..3

s1

z x+y x AND y x-y x XOR y



2008

22 / 32

Vezérlo˝ egység megvalósítása

Tartalom

1


2




2008

23 / 32


"Ütemezés", "kapuzás"

Tartalom

1


2




2008

24 / 32



kapuzó áramkör és demultiplexer x x

z0

z s

z1 s

kapuzó áramkör x s z 0 0 hi-Z 0 1 0 1 0 hi-Z 1 1 1 hi-Z = high impedance


demultiplexer x 0 0 1 1

s 0 1 0 1


z0 0 0 1 0

z1 0 0 0 1 2008

25 / 32



Kapuzás 1

utasításelérés: 0,1,2,3

2

dekódolás: 4

3

operandusok beolvasása: 5,1,2,6

4

muveletvégzés: ˝ 7,8,9

5

˝ 10,11 eredmény tárolása, következo:

k1 k10

ALU k7

MEM

k5

k9

ACC

k2 Dr. Istenes Zoltán (ELTE-IK-PSZT)

k0

Vez/Dek k8

PC

k4

TMP k6 Bevezetés az informatikába

mk op

k11

k3 2008

26 / 32



Kapuzás 1


2

dekódolás: 4

3


4


5


k1 k10

ALU k7

MEM

k5

k9

ACC


k0

Vez/Dek k8

PC

k4


mk op

k11

k3 2008

26 / 32



Kapuzás 1


2

dekódolás: 4

3


4


5


k1 k10

ALU k7

MEM

k5

k9

ACC


k0

Vez/Dek k8

PC

k4


mk op

k11

k3 2008

26 / 32



Kapuzás 1


2

dekódolás: 4

3


4


5


k1 k10

ALU k7

MEM

k5

k9

ACC


k0

Vez/Dek k8

PC

k4


mk op

k11

k3 2008

26 / 32



Kapuzás 1


2

dekódolás: 4

3


4


5


k1 k10

ALU k7

MEM

k5

k9

ACC


k0

Vez/Dek k8

PC

k4


mk op

k11

k3 2008

26 / 32



Kapuzás 1


2

dekódolás: 4

3


4


5


k1 k10

ALU k7

MEM

k5

k9

ACC


k0

Vez/Dek k8

PC

k4


mk op

k11

k3 2008

26 / 32



Kapuzás összehasonlítás k1

ALU ACC

mk op

k6 k1

ALU k7

MEM

ACC


k11

k3 k5

k9

k10

PC

k4

TMP

k2

k0

Vez/Dek k8

k7

MEM

k5

k9

k10

Vez/Dek k8

k0

PC

k4

mk op

TMP k6

k3


2008

27 / 32


Huzalozott vezérlo˝

Tartalom

1


2




2008

28 / 32


Huzalozott vezérlo˝

Huzalozott vezérlo˝ egység clock

counter

DEMUX k0 DEMUX

DEMUX

1


k1

mk

2

dekódolás: 4

3


4

...

k2 k3 k4

1 2 3 4 5



k5

2008

29 / 32


Mikroprogramozott vezérlo˝

Tartalom

1


2




2008

30 / 32



Mikroprogramozott vezérlo˝ egység

mikroprogramtár ............ 111100000000 000010000000 011001100000 000000011100 000000000011 ............ mikroutasítás vezérlo˝ jelek


1


2

dekódolás: 4

3


4


5

eredmény tárolása, ˝ 10,11 következo:


2008

31 / 32



Összefoglalás, fogalmak

elemi logikai kapuk egyszeru˝ logikai kapcsolások, multiplexer, demultiplexer összeadás, félösszeadó, teljes összeadó, többbites összeadó "kapuzás" vezérlo˝ egység huzalozott vezérlo˝ mikroprogramozott vezérlo˝



2008

32 / 32

Bevezetés az informatikába

Recommend Documents