ساختمان کامپیوتر

ساختمان کامپیوتر

اسلاید 1: عنوان ارائه :ساختمان کامپیوترارائه دهندگان :حامد حامدی - احسان سلطانی زیر نظر استاد ارجمند :جناب آقای مهندس انجیدنی بهمن 1385

اسلاید 2: ساختمان کامپیوترپردازنده : قلب هر سیستم کامپیوتری است بطوریکه کامپیوترها را اغلب بنام پردازنده آن می شناسند پردازنده های معروف مربوط به شرکت Intel می باشند . پردازنده ها با شماره هایی مشخص می شوند ،‌ اجرای دستور العملها و پردازش داده ها ،‌امکاناتی که هر کدام از پردازنده ها ارائه می دهند از قبیل : سرعت ، ظرفیت حافظه ، و جنبه های دیگر با هم متفاوتند . پردازنده های 8086، 80186، 80286،80386،80486،از پردازندههایی هستند که قبلاً مورد استفاده قرار می گیرند . که با ورود نسل جدید پنتیوم – پنتیوم پرو از دور خارج شدند .

اسلاید 3: ریز پردازنده ها : 16 بیتی : 80286،80186،8086،32 بیتی : 80486، 80386،وظیفه پردازنده ها : واکشی دستور بعدی : قرار دادن آن در صف اجرا و بازسازی شمارنده برنامه روکشانی دستور : ترجمه و واکشی علوندهای آن حافظه اجرای دستور : انجام محاسبات مورد نیاز ، ذخیره در حافظه ثبات ، تغییر وضعیت فلگ های متصل به پردازنده

اسلاید 4: پردازنده به 2 بخش تقسیم می شود :واحد محاسبه و منطق (ALU) واحد کنترل (CU) ALU : عملیات محاسباتی ، منطقی و شیفت را انجام می دهد . CU : دستورات و داده ها را دریافت کرده و آدرس را برای ALU رمز گشایی می کند . گذرگاه داده و آدرس : گذرگاه داخلی ( داخل پردازنده ) مجموعه ای اگزسیم ها موازی است که داده ها را بین بخش های مختلف پردازنده انتقال می دهد .

اسلاید 5: ثبات : در داخل پردازنده مرکزی حافظه های سریعی بنام ثبات ها وجود دارند که مستقیماً به واحد کنترل و واحد محاسبه و منطق متصل هستند چون دستیابی به ثبات ها سریع تر از دستیابی به حافظه است و دستوراتی که فقط از ثبات ها استفاده می شوند بسیار سریع تر از عملوندهای حافظه است . ( حافظه های 8،16،32، بیتی )

اسلاید 6: ساعت : هر عملی که پردازنده انجام می شود باید توسط یک ساعت داخلی همگام شود مگر چرخه ساعت یا ماشین نام و برحسب میلیون چرخه در ثانیه است (MHZ) که در اغلب پردازنده ها اصلی پنتیوم در MH 400 hsj . ثبات

اسلاید 7: ثباتعمومی : DX-CX-BX-AX سگفت : سگفت کد ، داده ds ، ES اضافی اندیس : DI, SI, SP,BP ثبات ها ی عمومی : AX : این ثبات در اعمالی که نیاز به ورودی – خروجی و محاسبات زیاد است مورد استفاده قرار می گیرد . ثبات AX به 2 بخش سمت چپ ( بالایی ) و بافت راست ( پافیی ) تقسیم می شوند .

اسلاید 8: BX : این ثبات معمولاً به عنوان اندیسی برای توسعه آدرس مورد استفاده قرار می گیرد و به ثبات پایه معروف است ایت ثبات در محاسبات نیز به کار می رود . CX : ثبات شمارنده برای کنترل تعداد دفعات حلقه تکرار مورد استفاده قرار می گیرد . ثبات

اسلاید 9: ثبات های سگمنت :قبل از بررسی ثبات ها ی سگمنت باید نگاهی به مفهوم سگمنت داشته باشیم . سگمنت ناحیه ای از حافظه است که آدرس شروع آن بر 16 قابل قسمت است و از مرز پاراگراف شروع می شود . اندازه سگمنت می تواند تا 64k باشد. هر برنامه اسمبلی می تواند تا چهار نوع سگمنت داشته باشد که عبارتند از : کد ، سگمنت داده ها ، سگمنت پشته و سگمنت ها ی اضافی . هر برنامه می تواند چندین سگمنت داشته باشد .

اسلاید 10: سگمنت کد : دستورالعمل های زبان ماشین که باید اجرا شوند ، در این سگمنت قرار می گیرند ، بطوریکه ، اولین دستور اجرایی برنامه ، در ابتدای این سگمنت قرار دارد . اگر کد برنامه بزرگ باشد ( بیش از 64K ) می تواند از چند سگمنت کد استفاده کند .سگمنت داده ها : داده ها و ناحیه های کار برنامه ها در این سگمنت قرار می گیرند . اگر برنامه به بیش از یک ناحیه داده نیاز داشته باشد ، می تواند آن ها را تعریف و استفاده کند .

اسلاید 11: سگمنت پشته : این سگمنت حاوی آدرس های برگشت از زیر برنامه است . به طور کلی ، هر نوع اطلاعاتی که برای فراخوانی زیر برنامه های لازم است در این سگمنت قرار می گیرد . سگمنت اضافی :این سگمنت برای انجام عملیات بر روی رشته ها مورد استفاده قرار می گیرد و در این اعمال ، برای مدیریت آدرس دهی حافظه به کار می رود .

اسلاید 12: ثبات های سگمنت عبارتند از : ES,SS,DS,CS‌ و هر کدام ، 16 بیتی اند . هر ثبات سگمنت ، آدرس شروع یک سگمنت را در خودش نگهداری می کند . ثبات cs ( ثبات سگمنت کد ) حاوی آدرس شروع سگمنت کد برنامه است که در آدرس دهی دستورات مورد استفاده قرار می گیرد . ثبات DS ( ثبات سگمنت داده ها ) آدرس شروع ناحیه داده ها را در خودش نگهداری می کند به طوری که دستور العملهای برنامه برای مراجعه

اسلاید 13: به داده ها از آین آدرس استفاده می کنند ثبات SS ( ثبات سگمنت پشته ) آدرس شروع سگمنت پشته را نگهداری می کند این ثبات معمولاً توسط سیستم مورد استفاده قرار می گیرد و برنامه نویس کمتر به آن مراجعه می نماید . ثبات ES ( ثبات سگمنت اضافی ) آدرس شروع سگمنت اضافی را نگداری می کند شکل 2-3 وضعیت سگمنت های و ثبات های آن ها را نشان می دهد

اسلاید 14: ثبات های اندیس : ثبات های اندیس حاوی آفیسا داده ها و دستور العملها و در داخل سگمنت ها هستند منظور از آفست فاصله متغیر برچسب یا دستور العمل از ابتدای سگمنت آن است در شکل 2-4 نمونه ای از آفست یک دستور لعمل نشان داده شده است . ثبات های اندیس در پردازش رشته ها آرایه ها و سایر ساختمان داده هایی که حاوی چند عنصر هستند مکوجب افزایش سرعت می شوند . ثبات های اندیس عبارتند از : DI,SI,Sp,BP

اسلاید 15: ثبات BP (Base Pointer ) این ثبات حاوی آفستی از ثبات SS ( ثبات پشته ) است در فراخوانی زیر برنامه ها ـ که در فصل 7 با آن ها آشنا شدید ) چنانچه پارامترها از طریق پشته به زیر برنامه منتقل شوند و از طریق ثبات BP قابل بازیابی خواهند بود . ثبات SP (Stack Pointer ) ثبات sp حاوی آفست بالای پشته است ثبات های sp , ss با هم ترکیب می شوند تا آدرس کامل بالای پشته را ایجاد کنند . ثبا ت SI ( Source Index ) این ثبات برای عملیات رشته ای مورد استفاده قرار می گیرد . و آدرس رشتهخ منبع را نگهداری می کند به همین دلیل آن را ثبات اندیس منبع گویند .

اسلاید 16: ثبات DI (Destination Index ) ثبات DI آدرس رشته مقصد را در عملیات رشته ای نگهداری می کند و به همین دلیل ثبات اندیس مقصد نام دارد . ثبا ت های وضعیت و کنترلی : ثبات IP (Instruction Pointer ) این ثبات همواره حاوی آفست دستور اجرایی در سگمنت کد است ثبات های IP , CS برای تعیین آدرس دستور بعدی به کار می روند .

اسلاید 17: ثبات فلگ ها ( Flags ) ثبات مخصوصی است که بیت های آن وضعیت پردازنده مرکزی یا نتیجه عملیات محاسباتی را نشان می دهد هر بیت ثبات فلگ مورد استفاده قرار گیرد و حالت فعلی کامپیوتر و نتایج حاصل از پردازش را مشخص می کند . بیت C : C مخفف CARRY به معنی رقم نقلی است و این بیت حاوی رقم نقلی از آخرین بیت در انجام محاسبات و یا شیفت است این بیت را CF نیز می نامند .

اسلاید 18: بیت D : D مخفف Direction و به معنی جهت است و این بیت برای کنترل اعمال رشته ای مثل مقایسه یا انتقال رشته ایی که بیش از یک کلمه اند به کار می رود . اگر این بیت برابر با یک باشد . عمل مقایسه یا شیفت از سمت راست به چپ و گرنه ، عمل مقایسه یا شیفت از چپ به راست انجام می شود این بیت را DF نیز می نامند . بیت P : P مخفف Parity به معنی توازن است و این بیت برای کنترل صحت اطلاعات به کار می رود . اگر این بیت برابر با یک باشد بیانگر این است که تعداد شیفت داده شده زوج است و اگر صفر باشد بیانگر این است که تعداد بیت های شیفت داده شده فرد است . این بیت را PF نیز می نامند .

اسلاید 19: بیت A : A مخفف Auxiliary carry و به معنی رقم نقلی کمکی است چنانچه در محاسبات 8 بیتی رقم نقلی در بیت سوم ایجاد شود این بیت برابر با یک خواهد شد این بیت را AF نیز می نامند . بیت Z : Z مخفف ZERo به معنی علامت است و برای بررسی نتیجه عملیات محاسباتی به کار می رود اگر نتیجه عملیات منفی باشد این بیت برابر با یک وگرنه برابر یا صفر است این بیت را SF می نامند . بیت T : T مخفف Trap و به معنی قدم به قدم است چنانچه این بیت برابر با یک باشد اجرای برنامه به صورت دستور به دستور انجام شود این بیت این بیت را TF نیز می نامند .

اسلاید 20: بیت I : I به معنی Interrupt و به معنی وقفه است اگر این بیت یک باشد سیستم به وقفه ها پاسخ می دهد و گرنه ئقفه ها را نادیده می گیرد نام دیگر این بیت IF است . بیت O : O مخفف Overflow و به معنی سرزیر است چنانچه در انجام محاسبات آخرین بیت ( بیت با ارزش ) به دلیل سر زیر شدن از بین برود . بیت O برابربا صفر خواهد شد . نام دیگر این بیت OF است .

اسلاید 21: ثبات های 32 بیتی : تمام پردازنده های اینتل از 80386 به بعد ، ثبات های 32 بیتی دارند . ( شکل 6-2 ) با استفاده از ثبات های 32 بیتی به فضای آدرس زیادی می توان دست یافت در این پردازنده ها ثبات های سگمنت 16 بیتی اند . اما توجه داشته باشید که دو ثبات جدید با نام GS, FS به این پردازنده هااضافه شدند . همان طور که در شکل 6- می بینید قسمت بالایی ثبات های عمومی 32 بیتی و نام گذاری نشدند . برای نوشتن مقدار 16 بیتی در نیمه بالایی این ثبات ها ابتدا باید آن را در نیمه پایینی قرار دهید سپس آن را به سمت پچ شیفت دهید . با دستورات شیفت در فصل 6 آشنا خواهید شد .

اسلاید 22: نکته قابل توجه این است که سرعت پردازنده از سرعت حافظه بیشتر است و پردازنده باید منتظر بماند تا حافظه دستور العمل ها را ارسال نماید . پردازنده ای پیشرفته از تکنیک های زیر استفاده می کنند تا دچار مشکل نشوند . پیش بینی چند مرحله ای . در این روش هر پردازنده چند مرحله آینده را تشخیص می دهد و چیزی را که باید بعداً انجام شود پیش بینی می کند . تحلیل جریان داده ها این کار بر اساس ارتباط بین دستور العملها صورت می گیرد . اجرای ذهنی در این خصوص از نتایج دو مورد قبلی برای اجرای ذهنی دستور العملها استفاده کند این ویژگی ها توسط برنامه نویسان قابل دستیابی نیست .

اسلاید 23: با تشكر از شما دوستان كه حوصله به خرج داده و ما را همراهي نموديد .

اسلاید 24: پايان