پاورپوینت نگاه کلی به سخت افزار

1
فصل اول
نگاه کلی به سخت افزار

2
نگاه کلی به سخت افزار:

چهارعناصر اصلی سخت افزار:

1- پردازنده (cpu): کنترل و پردازش داده ها .

2- حافظه اصلی: ذخیره داده ها و برنامه ها و نا پایدار.

3- مولفه های ورودی و خروجی: انتقال داده ها بین کامپیوتر و محیط خارجی .

4- اتصالات داخلی سیستم: جهت ارتباط بین سه مولفه دیگر .

3
واحد پردازش مرکزی processing unit control
حافظه واحد پردازش مرکزی

مولفه ورودی و خروجی

میانگیرد
pc
IR
IP BR
IP AR
MBR
MAR
داده
داده
داده
دستور
دستور
دسترالعمل

4
واحد پردازش مرکزی
PC : حاوی دستورالعملی که باید واکشی شود .
IR : ثبات دستور العمل حاوی آخرین دستور العمل واکشی شده .
MIR : ثبات آدرس حافظه،محل خواندن و نوشتن را مشخص می کند .
MBR: ثبات میانگیر حافظه،در برگیرنده داده ای است که قرار است خوانده یا نوشته شود.
I/O AR: ثبات آدرس ورودی خروجی،مشخص کردن یک دستگاه ورودی یا خروجی خاص .
I/O BR: ثبات میانگیر ورودی خروجی،برای تبادل داده بین پردازنده و مولفه ورودی خروجی .

5
ثباتهای پردازنده
حافظه سریعتر وکوچکتر از حافظه اصلی است که در داخل پردازنده قرار گرفته است.

دو وظیفه آن:
1- مراجعه به حافظه اصلی را به حداقل می رساند.
(قابل روئیت هستند)
2- کنترل عملیات پردازنده
(ثبات کنترل و وضعیت ؛ اغلب قابل رویت نیستند)

6
حافظه : شامل مجموعه ای از محل هایی است ، که حاوی یک عدد دودویی است ، که می توانیم دستورالعمل یا داده تفسیر شود که بوسیله شماره آدرس هایی برای آنها مشخص می شود.
مولفه ای ورودی / خروجی
داده ای میانگیر داخلی است.
جهت نگهداری داده ها تا زمان انتقال

7
ثبات قابل روئیت برای کاربرد
ثباتی است که برنامه نویس می تواند به وسیله دستور العمل های ماشین به آنها مراجعه کند.

1- ثباتهای داده : برنامه ساز می تواند به بعضی توابع نسبت دهد.

2- ثباتهای آدرس : حاوی آدرس داده و دستورالعمل ها می باشد.

3- ثبات کد وضعیت : بیتهای هستند که به عنوان نتیجه عمل ها توسط سخت افزار مقدار گذاری می شود.
(بخشهایی از آن برای کاربر قابل روئیت نیست)

8
ثبات های آدرس
1- ثبات شاخص ( X+ مقدار پا یه = آدرس موثر)

2- ثبات اشاره گر قطعه: حافظه به قطعاتی تقسیم شده و یک ثبات برای نگهداری آدرس پایه (محل شروع) قطعه استفاده می شود.ممکن است چند ثبات آدرس پایه وجود داشته باشد.

3- ثبات اشاره گر پشته: ثباتی خاص جهت اشاره به بالای پشته در حافظه اصلی.

9
ثبات های کنترل وضعیت
این ثبات قابل روئیت برای کاربر نیست.
برای کنترل عمل پردازنده به کار می روند.

– ثبات کلمه وضعیت (PSW) :حاوی اطلاعات وضعیت.
علاوه بر کد وضعیت شامل اطلاعات ذیل می باشد
– بیت فعال و غیر فعال کردن وقفه.
– بیت حالت کار بر/ سرپرست.

تخصیص چند صد یا هزارکلمه ازابتدای حافظه برای مقاصد کنترلی متداول است

10
چرخه دستورالعمل:
1- چرخه واکشی: یک دستور را از حافظه می خواند

2- چرخه دستورالعمل: اجرای دستورالعمل واکشی شده

11
– ثبات pc آدرس حافظه که با بیتی واکشی شده را نشان می دهد. – واکشی دستورالعمل به ثبات IR . – معمولا پردازنده پس از واکشی دستورالعمل یک واحد به PCاضافه می کند. – ثبات :IRدارای 4 بیت که بیت اول عمل و سه بیت دیگر آدرس حافظه را مشخص می کند . – کد عمل : عملی را که با بیتی پردازنده انجام بدهد را نشان می دهد.

12
وقفه
راهکاری است که به وسیله آن دستور العملی توسط پردازنده و پس از انجام عمل دیگر به روند عادی خود باز گردد.

13
رایجترین وقفه ها 1- برنامه: وقفه ای است که در بعضی شرایط خاص یک دستورالعمل رخ می دهد مثل سر ریز، تقسیم بر صفر. 2- زمان سنج: وقفه ای که توسط زمان سنج داخلی پردازنده تولید می شود. 3- ورودی/خروجی: این وقفه به وسیله کنترل کننده ورودی وخروجی ایجاد می شود. 4- نقص سخت افزار: این وقفه با سخت افزار تولید میشود.

14
اعمال ریز پردازنده در یکی از چهار کرده زیر قرار دارد:
1- پردازنده – حافظه

2- پردازنده – ورودی/خروجی

3- پردازش داده ها (محاسباتی به منطقی)

4- کنترل

15
پردازش یک وقفه
1- یک دستگاه یک علامت وقفه برای پردازنده می دهد.
2- اجرای دستورالعمل جاری به پایان می رسد.
3- پردازنده اعلام وصول وقفه می کند.
4- محتوای ثبات (PSW) وpc در بالای پشته کنترل قرار می دهد.
5- پردازنده بر اساس وقفه مقدار pc جدید را قرار می دهد.

16
پردازش یک وقفه
6-باقیمانده اطلاعات وضعیت فرایند را ذخیره می کند.
7-وقفه را پردازش می کند.
8-بازیابی اطلاعات ثباتهایی که قبلا ذخیره شده.
9-pc و psw قدیمی را دوباره پردازش کن.

17
وقفه های چند گانه: (همزمانی چند وقفه)

دارای دو رویکرد:

1- پردازش ردیفی وقفه: در هنگام وقوع یک وقفه بقیه وقفه ها از کار بیفتند تا کار آن تمام شود.

نکته منفی : اولویت نسبی به حساب نمی آید.

18
وقفه ای چند گانه:
2- پردازش وقفه تو در تو: در صورتی که وقفه دیگری رخ داد واولویت بالایی داشت به برنامه برگرداننده و وقفه اول متوقف می شود.

19
چند برنامگی :
چون پردازنده نسبت به قسمت های دیگر سریعتر است برای استفاده حداکثر از آن می توان در یک زمان چند برنامه از کاربر فعال باشد.

چند برنامگی:
چند برنامه برای اجرا نوبت بگیرند.

20
توضیحات درباره نمودار فوق
با حرکت به سطوح پایین تر این سلسله مراتب:

الف: کاهش هزینه در هر بیت
ب: افزایش ظرفیت
ج: افزایش زمان دسترسی
د: کاهش تعداد دفعات دسترسی پردازنده به حافظه

21
ثباتها:سریعترین و گرانترین و کوچکترین و نا پایدارند.

حافظه اصلی:دارای آدرس یکتا و نا پایدار هستند. با حافظه پنهان توسعه داده می شوند.

حافظه پنهان: قابل روئیت برای کاربران نیست و ناپایدارند.

22
حافظه پنهان :
این حافظه به دو صورت کارایی را افزایش می دهند:

1-نوشتن های روی دیسک دسته بندی می شوند.

2-بعضی از داده ها قبل از نوشتن به وسیله برنامه هایی مورد مراجعه قرار می گیرند.

23
نقش حافظه نهان
ارائه سریعترین حافظه موجوى
حافظه ای بزرگ از انوع ارزان تر حافظه های نیمه هادی
– حاوی بخشی از حافظه اصلی است.

24
اصول حافظه پنهان
نحوه عملکرد:
ابتدا بررسی می شود که آیا کلمه در حافظه وجود دارد یا خیر؟
اگر خیر بود یک بلوک را اخیتار کرده و در آن قرار می دهیم.
اگر بله بود به پردازش تحویل داده می شود.

25
طراحی حافظه پنهان :
نکات کلیدی:

-اندازه حافظه پنهان: با وجود اندازه کوچک تاثیر زیاد.

-اندازه بلوک: واحدی از داده ها که بین حافظه اصلی و پنهان مبادله می شود.

-تابع نگاشت: هنگام فراخوانی بلوک جدید پدید می آید.

26
طراحی حافظه پنهان :
-الگوریتم تعویض: بلوکی که باید عوض شود را انتخاب می کند (هنگام تعویض و باید دقت شود که کمترین استفاده در آینده را داشته باشد.)

-سیاست نوشتن: زمان انجام عمل نوشتن را مشخص می کند.

27
روشهای انتقال ورودی / خروجی
سه روش زیر وجود دارد:

1-ورودی/ خروجی برنامه سازی شده.

2-ورودی/ خروجی مبتنی بر وقفه.

3-دسترسی مستقیم به حافظه (DBA)

28
ورودی/خروجی برنامه سازی شده:
با مواجهه با دستور العمل ورودی / خروجی صادر می شود.
عمل در خواست شده را انجام و بیت های مناسب از ثبات ذکر شده را مقدار گذاری می کند.

مسئول استخراج داده ها از حافظه به دستگاه خروجی .

مسئول ذخیره سازی داده ها در حافظه اصلی.

29
گروههای دستورالعمل های ورودی /خروجی :
1-کنترل: دستورالعمل ها برای فعال کردن دستگاه خارجی.

2-آزمون: بررسی مولفه های ورودی و خروجی.

3-خواندن/نوشتن: دستور العمل هایی برای انتقال داده ها بین ثباتهای پردازنده و دستگاههای خارجی.

30
ورودی خروجی مبتنی بر مولفه:
1-ابتدا یک READ به مولفه ورودی/خروجی می دهد.
2-سپس متن مورد نظر را ذخیره می کند.
3-پس از آماده شدن مولفه ورودی / خروجی به پردازنده وقفه می دهد.
4-پس متنی که فرمان READ را صادر کرده بار گذاری شده و اجرا می شود.

31
دسترسی مستقیم به حافظه
1-دسترسی مستقیم به حافظه به وسیله مولفه دیگری روی گذرگاه سیستم انجام شود.
2-دسترسی مستقیم بر حافظه به عهده یک مولفه ورودی/خروجی گذاشته شود.

حافظه DMA مولفه ورودی/خروجی