Архітектура еом теорія
1. Систе́ма чи́слення сукупність способів і засобів запису чисел для проведення підрахунків. Є такі найбільш відомі системи числення: двійкова, десяткова, шістьнадцядкова, вісімкова і інЛюди навчилися рахувати дуже давно, ще в кам'яному віці. Спочатку вони просто розрізняли, один предмет перед ними або більше. Через якийсь час з'явилося слово для позначення двох предметів. У деяких племен Австралії й Полінезії до самого останнього часу було тільки два числівника: «один» і «два». А всі числа, більші двох, одержували назви у вигляді комбінацій цих двох числівників. Наприклад, три — це «два, один», чотири — «два, два», п'ять — «два, два, один».
Як тільки люди почали рахувати, у них з'явилася потреба в записі чисел. Знахідки археологів на стоянках первісних людей свідчать про те, що спочатку кількість предметів відображали рівною кількістю яких-небудь значків: карбів, рисок, крапок.
Щоб дві людини могли точно зберегти деяку числову інформацію, вони брали дерев'яну бирку, робили на ній потрібне число карбів, а потім розколювали бирку навпіл.
Кожний ніс свою половинку й зберігав її. Це дозволяло уникати «підробки документів». Адже при виникненні спірної ситуації половинки можна було скласти й зрівняти збіг і число карбів.
Така система запису чисел називається одиничною (унарною)» тому що будь-яке число в ній утворюється шляхом повторення одного знака, що символізує одиницю.
2. Форма́ти да́них — сукупність регламентованих в архітектурі ЕОМ структур для представлення різних за специфікою обробки та представлення видів інформації (цілих чисел, дробових чисел, текстових рядків тощо). формати даних, можна розбити на дві великих групи: цілочисельні формати й формати для чисел із плаваючою комою. Цілочисельні формати використовуються для представлення цілих чисел і інформації, що може бути закодована такими числами (наприклад, символьні дані, рядки бітів, булеві вирази й ін.).
В першому випадку використовується зазвичай формат з урахуванням знака, що кодується, як правило, в старшому розряді, в другому випадку — беззнаковий формат. В іншому, номенклатура цілочисельних форматів різниться лише довжиною основного інформаційного поля. Як одиниця виміру довжини формату використовуєтьсяслово, рівне двом або чотирьом байтам (залежно від архітектури). Формат із плаваючою комою використовується для представлення дробових або дійсних чисел.
3. Прямий код – це двійковий код числа переведений в двійкову систему числення. Обернений код - у цифрових розрядах нулі замінюються одиницями, а одиниці - нулями. Додатковий код ( англ. two's complement , Іноді twos-complement) - найбільш поширений спосіб представлення негативних цілих чисел вкомп'ютерах. Він дозволяє замінити операцію віднімання на операцію складання і зробити операції додавання і віднімання однаковими для знакових і беззнакових чисел, ніж спрощує архітектуру ЕОМ. Додатковий код негативного числа можна отримати інвертуванням модуля двійкового числа (перше доповнення) та додатком до інверсії одиниці (друге доповнення), або відніманням числа з нуля.
Додатковий код (доповнення до 2) двійкового числа виходить додаванням 1 до молодшого значущого розряду його доповнення до 1
4. З десяткової - Для переведення запису чисел з десяткової системи числення з основою р необхідно ділити на число р, фіксуючи остачу, що належить алфавіту системи числення р. Процесс продовжувати доти, доки частка від ділення більша або рівна р. запис числа починається з частки і завершується записом першої остачі.
В десяткову Щоб перевести запис числа з системи числення з основою р у десяткову систему числення необхідно розкласти число в системі числення р у многочлен і виконати обчислення у десятковій системі числення.
Для того,щоб додати два додатні числа нам потрібно додати їхні прямі коди і результат отримаємо в прямому коді.
Для того, щоб додати два числа, одне з них додатне, а друге від’ємне потрібно до прямого коду додатного числа додати додатковий код від’ємного числа, якщо результат виконання є додатній, то е – прямий код, якщо результат від’ємний то це додатковий код.
5. Пристрій керування (ПК). Здійснює координацію роботи всіх інших пристроїв, виконує функції керування пристроями, керує обчисленнями в комп'ютері.
Арифметико-логічний пристрій (АЛП). Так називається пристрій для цілочислових операцій. Арифметичні операції, такі як додавання, множення і ділення, а також логічні операції (OR, AND, ASL, ROL і ін.) обробляються за допомогою АЛП. Ці операції складають переважну більшість програмних кодів у більшості програм. Всі операції в АЛП обробляються в регістрах — спеціально відведених чарухнках АЛП. У процесорі може бути декілька АЛП. Кожен здатний виконувати арифметичні або логічні операції незалежно від інших, що дозволяє виконувати декілька операцій одночасно. Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні і логічні дії. Логічні операції поділяються на дві прості операції: «Так» і «Ні» («1» і «0»). Звичайно, ці два пристрої виділяються суто умовно, конструктивно вони не розділені.
пристрій генерації адрес. Це пристрій не менш важливий, ніж АЛП, тому що він відповідає за коректну адресацію при завантаженні або збереженні даних.
Математичний співпроцесор Процесор може містити декілька математичних співпроцесорів. Кожний з них здатний виконувати, щонайменше, одну операцію з плаваючою комою, незалежно від того, що роблять інші АЛП. Метод конвеєрної обробки даних дозволяє одному математичному співпроцесорові виконувати декілька операцій одночасно. Співпроцесор підтримує високоточні обчислення як цілочислені, так і з плаваючою комою і, крім того, містить набір корисних констант, що прискорюють обчислення. Співпроцесор працює паралельно з центральним процесором, забезпечуючи, таким чином, високу продуктивність.
Дешифратор інструкцій (команд). Аналізує інструкції з метою виділення операндів і адрес, за якими розміщуються результати. Потім випливає повідомлення іншому незалежному пристроєві про те, що необхідно зробити для виконання інструкції. Дешифратор допускає виконання декількох інструкцій одночасно для завантаження усіх виконуючих пристроїв.
процесор — інтегральна схема, яка виконує функції центрального процесора (ЦП) або спеціалізованого процесора. Сьогодні слово мікропроцесор є практично повним синонімом слова процесор, оскільки функціональний блок, що на ранніх стадіях розвитку обчислювальної техніки займали цілу плату чи навіть шафу, тепер вміщається в одну невеличку інтегральну схему із сотнями мільйонів транзисторів всередині
6. відома також як головна плата (англ.mainboard) — плата, на якій містяться основні компоненти комп'ютера, що забезпечують логіку роботи.
Форм фактор, слот процесора, порти, шина, чіпсет
Північний міст (від англ. Northbridge) - один з основних елементів чіпсета комп'ютера, що відповідає за роботу зпроцесором, пам'яттю і відеоадаптером. Північний міст визначає частоту системної шини, можливий тип оперативної пам'яті (у системах на базі процесорів Intel) (SDRAM, DDR, інші), її максимальний обсяг і швидкість обміну інформацією з процесором.Крім того, від північного мосту залежить наявність шини відеоадаптера, її тип і в північний міст нерідко вбудовують і графічне ядро. У багатьох випадках саме північний міст визначає тип і швидкодію шини розширення системи (PCI, PCI Express, інше).Північний міст в значній мірі впливає на те, до якої міри може бути розігнаний комп'ютер, оскільки використовувана ним частота є базовою для частоти роботи процесора. У сучасних системах, коли комп'ютер стає швидше, чіп все більш нагрівається. Тому на сьогоднішній день нерідко використовуються різні типи охолодження північного мосту, наприклад радіатори або кулери.
Південний міст (від англ. Southbridge), також відомий як контролер-концентратор вводу-виводу від англ. I / O Controller Hub (ICH). Це мікросхема, яка реалізує «повільні» взаємодії на материнській платі між чіпсетом материнської плати і її компонентами. Південний міст зазвичай не підключений безпосередньо до процесора (CPU), на відміну від північного мосту.Північний міст пов'язує південний міст з CPU. Функціонально південний міст включає в себе: Шину PCI; шину ISA; SMBus (SM шина) або інтерфейс I 2 C; DMA контролер; контролер переривань; IDE (SATA або PATA) контролери; шина LPC Bridge; годинник реального часу (Real Time Clock); управління харчуванням (Power management ( APM і ACPI); енергонезалежну пам'ять BIOS (CMOS); звуковий контролер AC97 (опціонально).
7. Команди пересилки даних не вимагають виконання ніяких операцій над операндами. Операнди просто пересилаються (точніше, копіюються) із джерела (Source) у приймач (Destination). Джерелом і приймачем можуть бути внутрішні регістри процесора, комірки пам'яті чи пристрою вводу/виводу. АЛП у даному випадку не використовується.
Арифметичні команди виконують операції додавання, віднімання, множення, ділення, збільшення на одиницю (інкементування), зменшення на одиницю (декрементування) і т.д. Цим командам потрібно один чи два вхідних операнди. Формують команди один вихідний операнд.
Логічні команди виконують над операндами логічні операції, наприклад, логічне І, логічне АБО, операцію "Нерівнозначність", очищення, інверсію, різноманітні зсуви (вправо, вліво, арифметичний зсув, циклічний зсув). Цим командам, як і арифметичним, потрібно один чи два вхідних операнди, і формують вони один вихідний операнд.
Нарешті, команди переходів призначені для зміни звичайного порядку послідовного виконання команд. З їхньою допомогою організуються переходи на підпрограми і повернення з них, усілякі цикли, розгалуження програм, пропуски фрагментів програм і т.д. Команди переходів завжди змінюють уміст лічильника команд. Переходи можуть бути умовними і безумовними. Саме ці команди дозволяють будувати складні алгоритми обробки інформації.
8. Способом, або режимом адресації називають процедуру знаходження операнда для виконуваної команди. Якщо команда використовує два операнди, то для кожного з них має бути заданий спосіб адресації, причому режими адресації першого і другого операнда можуть як збігатися, так і розрізнятися. Операнди команди можуть знаходитися в різних місцях: безпосередньо у складі коди команди, в якому-небудь регістрі, в елементі пам'яті; у останньому випадку існує декілька можливостей вказівки його адреси. Строго кажучи, способи адресації є елементом архітектури процесора, відображаючи закладені в нім можливості пошуку операндів. З іншого боку, різні способи адресації певним чином позначаються в мові асемблера і в цьому сенсі є розділом мови.
Регістрова адресація. Операнд (байт або слово) знаходиться в регістрі. Цей спосіб адресації застосовний до всіх регістрів процесора, що програмно-адресуються.
Безпосередня адресація. Операнд (байт або слово) указується в команді і після трансляції поступає в код команди; він може мати будь-який сенс (число, адреса, код ASCII), а також бути представлений у вигляді символічного позначення.
9. Конвеєр команд - апаратна структура в обчислювальних пристроях ЕОМ, призначена для прискорення виконання машинних команд шляхом суміщення певних стадій їх виконання в часі.
Загальноприйнятим в теорії конвеєрних структур є така послідовність етапів:
Вибірка (instruction fetch, IF) - завантаження нової команди з пам'яті
Декодування (instruction decode, ID) - інтерпретація та відправка команди у відповідний операційний пристрій в залежності від різновиду операції
Виконання (execution, EX) - виконання команд та обчислення ефективної адреси пам'яті для результату або операндів, які необхідно завантажити
Звертання до пам'яті (memory, MEM) - виконання операцій з пам'яттю (для команд завантаження/збереження)
Збереження результату (writeback, WB) - збереження результату обчислень в регістрі
Спочатку визначимо декілька понять:
Пропускна здатність - максимальна кількість команд, які виконуються за один такт машинного часу (instructions per cycle, IPC)
Тривалість етапу (стадії) - кількість машинних циклів для виконання одного етапу конвеєрного обчислення (може бути різною для різних етапів)
Необхідний (максимальний) ступінь паралелізму - кількість (незалежних) команд, які потрібно завантажити в конвеєр для повного використання його потенціалу