DNF a KNF - disjunktivní normalova forma = K v K1 v K2 / K + K1 + K2 (p‘ * q) + (p * q) - konjunktivní normalova forma = D * D1 * D2 (p‘ + q) * (p + q) Převádět formule lze pomocí: - ekvivalentních uprav - pravdivostní tabulky - Karnaughovy mapy – na svisle i vodorovne ose jsou hodnocení - ne tabulka hodnot, ale ta vždy v pravo
LOGICKE OBVODY – kombinacni ,sekvencni(pametova a kombinacni část) - Každá veličina na vstupu i výstupu může nabývat jednu ze dvou hodnot (0 nebo 1) Analyza – z hradel udelam exitacni tabulku Syntéza – z tabulky utvorim obvod z hradel SEKVENČNÍ LOGICKÝ OBVOD - jeho hodnoty výstupu nezavisi pouze na vstupech, ale i na vnitřním stavu obvod R-S klopný obvod J-K klopný obvod + exitační tabulka
S-R řízený vstupem CP
Generator taktovacích pulsů: Generátor hodinových pulsů (CP)- hodiny, generuje taktovací pulsy Reakce: - obvody latch – reagují během celého pulsu - obvody flip-flop a master-slave – reagují pouze na náběžnou hranu nebo sestupnou hranu pulsu
POLOVODIČE V počítačových systémech jsou logické obvody realizovány převážně polovodičovými prvky. Polovodič je pevná látka, jejíž elektrická vodivost závisí na vnějších nebo vnitřních podmínkách, a dá se pomocí těchto podmínek snadno ovlivnit Krystal křemíku (Si): - Obvyklá polovodičová látka je krystal křemíku (Si) - Čtyřmocný (obsahuje 4 valenční elektrony) krystal křemíku (Si) - (Si) má za pokojové teploty velmi malou elektrickou vodivost. Pokud ale do jejich struktury přídáme některé jiné prvky, jejich vodivost se podstatně zvýší. Polovodič N – donor: -Přídáme do struktury krystalu křemíku pětimocné prvky: arsen (As), fosfor (P) – vzniknou volné elektrony a ty se začnou pohybovat -> zvýší se elekt. vodivost Polovodič P – akceptor: - Přídáme do struktury krystalu křemíku třímocné prvky: Galio (Ga), Indio (In) – vzniknou díry (některé vazby neobsazeny) PROCESOR CPU – základni součást PC, která vykonává strojové instrukce zapsané v programu Obsahuje tyto části: procesor, vyrovnávací pameti (cache), systemova sbernice, nekdy i hlavni pamet Registry procesoru: Střadač – sada datových registrů, obsahuje výsledek provedene instrukce IR - Registr instrukcí – instrukce načtená z pameti IND – indexregistr, slouží pro modifikaci adresy IP - čítač instrukcí, adresa provadene instrukce v pameti FLAG – stavový registr – registr prikazu Řadič – načítá strojové instrukce, dekoduje a ridi cinnost procesoru při jejich provádeni Mikrooperace – dílci operace, napr pro zvyseni obsahu citace, nacteni operandu z hlavni pameti, generování ridicich signalu pro ALU, nutná k provedení instrukce Mikroprogram – program co ridi cinnost radice CISC – Complexni sada instrukcí – obsahuje uplnou sadu strojových instukci, i ty co mají slozite operace, potřebuje tedy vice casu na zpracovani stroj. Instrukce. Vnitrne se pouzivaji RISC pro interpretaci stroj, kodu RISC – Redukovana sada instrukci – pouze rychle a jednoduche instrukce, vetsi spotřeba pameti pro program, slozitejsi instrukce totiž potřebuje rozlozit na jednodusi Velmi uspesne u mobilu a super PC, je to jednodussi architektura = nižší spotřeba energie ALU – operace s cisly v pevne radove carce - bitove logicke operace - operace s cisly v pohyblive radove carce zajistuje jednotka pro praci s ČPČ, v procesoru, realizovana samostatne, koprocesor - program – operace jsou prevedeny na operace v pevne radove carce a prevedeny v ALU - Jednotka ALU je slozena z N identických jednobitovych rezu, každý rez provádí požadovanou operaci na jednom bitu vstupnich operandu - obvody v alu realizovany pomoci hradel NON, AND,OR - komparátor, testovani schody vstupu - scitacka – scitani vstupu v doplnkovem kodu jednobitovy rez ALU -obvod posuvu(shifter) – bitovy posuv vlevo ci vpravo
Jednobitová sčítačka – lze ji popsat 2 booleovskými funkcemi
PAMĚTI - zařízení, které slouží k ukládání programů a dat, s nimiz pocitac pracuje Dělíme na: Registry – pametova mista na cipu procesoru - jsou pouzivana pro kratkodobe uchovani prave zpracovavanych informaci Vnitřní – pameti osazene většinou uvnitř zakladni jednotky - realizovany pomoci polovodičových soucastek - jsou do nich zavadeny prave spustene programy, nebo alespoň jejich casti, a data, se kterymy programy pracuji Vnější – většinou vymenna media v podobe disku ci magnetických pasek - zaznam provaden na magnetickem nebo optickem principu - slouží pro dlouhodobe uchovani informacni a zalohovani dat Organizace vnitřní paměti – skládá se z jednobitových paměťových míst, tzv binarni bunky, jejich urcity počet tvori Pametovou bunku - pametova bunka je nejmensi samostatne adresovatelna jednotka pameti VNITRNI PAMETI Pameti zavisle na energii – SRAM, DRAM Pameti nezavisle na energii – ROM,PROM,EPROM,EEPROM, Flash RAM pameti – delene na RAM RWM (cteni a zapis) a RAM ROM (pouze pro cteni) ROM pameti, lze znich standartne jen cist, obsah lze menit omezeným zpusobem : ROM- obsah pameti je dán fyzickym zapojenim, nelze dodatecne menit PROM – programable, lze jednou nastavit EPROM – obsah lze opakovane nastavit, smazani pameti pomoci UV zarenim EEPROM – lze opakovane menit el.polem, nutne specialni zarizeni Flash – lze meniit bez nutnosti speciálního zarizeni Pameti ROM se pouziívaji pro ulozeni BIOSu, nejčastěji pomoci EEPROM a Flash SRAM (static RAM) – uchovava informaci po celou dobu co je pripojena k elektr. Napajeni, S-R nebo D klopny obvod, vyuziva se prevazne pro male a rychle pameti CACHE !!! DRAM (dynamic RAM) – informace ulozeny pomoci elektrického naboje v kondenzatoru, jsou potřeba refreshe, uzivana pro OPERACNI PAMET !!!
Mezipaměti (cache): Využití SRAM: velmi rychlý paměťový zásobník Je určený k dočasnému ukládáné dat, která procesor potřebuje. Cache s přímým zobrazením - do každého řádku je uloženo více bloků hlavní paměti - určitý blok je uložen do stejného řádku cache tabulky Asociativní cache - blok může být uložen do libovolné řádky cache tabulky - tag musí být celé číslo bloku - na každém řádku komparátor, proto se asoc. pam. dělají s malou kapacitou Cache s omezenou asociativitou. - z N tabulek, se stejným počtem řádků vedle sebe -> skupina řádků Adresace paměti Fyzická adresa– je přenesená na adresní sběrnici a fyzicky adresuje hlavní paměť Logická – má ji přidělenou proces k adresaci prostoru Efektivní – vzniká modifikací operandu segmentovými registry
Procesor bez dynamického prekladu adres – efektivni adresa se uklada primo do adresového bufferu, odkud je pak prenesena na adresni sbernici Procesor s dynamickym prekladem adres – mezi vnitrni sbernici procesoru a adresni sbernici je vlozena jednotka DAT (Dynamic adress translation), která preklada efektivni(logickou) adresu na fyzickou Virtualni adresový prostor – pokud je proces vetsi nez fyzicka pamet pocitace, nelze jej primo ulozit nebo spustit - proces je nutno rozdělit na mensi casti které pak jdou postupne nahravat do pameti a zpracovávat - pokud to jde automaticky, jednotka DAT mapuje logický adresový prostor na fyzicky tak, jak stanovuje operacni systém = procesor muze pracovat v celem svém logickem prostoru, jakoby se fyzicka pamet rozšířila na velikost logicke pameti – virtualni pamet Virtualni pamet – její stránky mohou ale nemusí byt v hlavni pameti - každý proces ma svůj vlastní odkladaci prostor na pevnem disku - prenos mezi hlavni pameti a diskem probiha vždy po celych strankach - uživatel nebo proces adresuje pomyslnou virtualni pamet, - o prevod virtualni adresy na reálnou se postara automaticky HardWare pocitace, - o prenos potrebne stranky do Hlavni Pameti se postara automaticky operacni systém TLB cache – rychle cache do kterých se ukladaji adresy stranek - pro uchovavani prave nactene radky tabulky stranek, jsou procesory vybaveny rychlou vyrovnavaci pameti - ctani / zapis z / do pameti – adresova jednotka hleda nejdriv adresy stranky v TLB cache - když nenajde, hleda v tabulce stranek - jeli znama fyzicka adresa, hleda jeji obsah v cache pameti, mezi procesorem a hlavni pameti - není-li ani tam, obrati se na hlavni pamet
PŘERUŠOVACÍ SYSTÉM - přerušení znamená přechod procesoru na vykonavani obsluhy přerušení, po vykonání se vraci k predeslemu vykonavani strojového kodu - protože může prijit vice zadosti o preruseni, musí existovat řadič přerušení, který rozhodne kdo prijde první na řadu, také podle priority dulezitosti INT – vstup pro přerušení (žádost modulu o cas procesoru) INTA – vystup pro potvrzeni přerušení Modul zažádá –> procesor se rozhodne -> vrati potvrzeni zadosti Technika řetězení: - žádají o přerušení signálem INT, každý modul má jeden vstup i vystup, přenáší se signál z modulu na modul, dokud daný modul nechce zadat o preruseni - priorita, cim bliz je k procesoru tim je priorita vyssi Technika samostatné žádosti: - každý modul je spojen s řadičem přerušení samostatnym vodičem. - jakmile nejaky modul zažádá, řadič zažada procesor - když procesor odpovi INTA, řadič vybere modul s nejvyšší prioritou
SBĚRNICE – komunikační cesta, soustava vodičů, která spojuje dvě či více zařízení - v určitý okamžik je možne aby pouze jedno z připojených zařízení vložilo na sbernici data, jinak kolize, a data se zničí - vložená data mohou číst všechna zarizeni pripojena na sbernici - přenos sběrnice řídí jen jeden modul (pán sběrnice, „master“), ostatní jsoui ve funkci sluhy slave) Obvody pro připojování ke sběrnici: Obvody s otevřeným kolektorem: - Kolektor výstupního tranzistoru je pouze propojen s výstupem obvodu. Třístavové obvody - obvody, jejichž výstup může být: - Logická 0 a logická 1 a stav vysoké impedance - vložená data pak mohou číst všechna zařízení připojená ke sběrnici současně. Časování sběrnice: - způsob, kterým jsou koordinovány jednotlivé fáze přenosu dat po sběrnici. Synchronní sběrnice: - Jednoduchá implementace – použití u osobních počítačů - Aktivita na sběrnici je synchronizována s hodinovým signálem a trvá určitý počet cyklů – cyklus sběrnice Asynchronní sběrnice: - Obtížnější realizace – použití u výkonných počítačů - Větší přenosová rychlost - Aktivita na sběrnici vzniká reakcí na změnu některého řídícího signálu
I/O moduly,kanály a procesory - přídavná zařízení sloužící ke vstupu a výstupu dat nebo k uchování a archivaci dat - nejsou pripojována ke sbernici přímo ale přes I/O moduly Hlavní důvody : způsoby ovládání jednotlivých zařízení se liší -> větší univerzalita procesoru - přenos dat z přídavných zařízení je pomalejší než přenos mezi procesorem a hlavní pamětí - přídavná zařízení většinou požadují jiné formáty dat a jinou šířku sběrnice než je systémová Adresa přídavného zařízení – procesor musí modulu oznámit, které z přidaných zařízeni k nemu pripojených ma danou cinnost provest, takze musí uvest adresu pridavneho zarizeni - adresa modulu – definuje jeden ci několik nejvýznačnějších bitů adresy - adresa zařízení – je dána určitým počtem nejméně významných bitů adresy Řízení činnosti – nejdulezitejsi stavy zařízení jsou udržované v stavovém registru: - online, offline, busy, ready I/O kanál – přenáší data z přídavných zařízení - jeho činnost není řízena instrukcemi procesoru ale kanálovým programem - při přenosu dat procesor pouze zadá I/O kanálu příkaz, ke spusteni odpovídajícího kanálového programu, který pak ridi prenos dat I/O procesor – I/O kanál realizovaný jako samostatný procesor s vlastní pameti - muze zmenit format prenasenych dat nebo provest jejich zakodovani(dekodovani), kontrolu spravnosti nebo komprimaci Typy kanálu (procesoru) - selektorový – pro rychla pridavna zarizeni, vybira pouze jeden modul - multiplexorový – pro pomala pridavna zarizeni, každy modul ma nezavisle samostatne pripojeni, kanal je schopen pracovat s vice moduly pomoci časového multiplexu
PARALELISMUS - paralelni systém je takový systém, který paralelne zpracovava vice samostatných uloh (procesu) -zpracováni urcite ulohy automaticky rozdeli do mensich casti, které pak paralerne zpracovava Granularita paralerniho zpracovani: - hrubozrnná – paralelismus na urovni procesů, systémy obsahujici vice nez jeden procesor - jemnozrnna granularita – paralelismus na urovni prikazů Rozdělení paralelních systemu - výpočetní systém zařízení, do kterého vstupuje jeden nebo více toku dat a jeden nebo více toku instrukcí SI – single instruction MI – multiple instr SD – single data MD – multiple data
