Eksami konspekt (0)

PILET 1 TRIGERID Triger on mäluelement, mis säilitab 1 biti infot. Trigeril on 2 stabiilset olekut, mis vastavad loogikalülitustele 0 ja 1. Trigeri olek vastab tema väljundsignaali väärtusele mingil ajahetkel. Sõltuvalt sisendsignaalist olek kas säilib või muutub vastupidiseks. Väljundeid on üldjuhul 2 QjaQ. Kasutatakse mäluelementidena registrites , loendurites jne. Informatsiooni salvestusviisi järgi jagunevad kaheks: asünkroonsed ­ infot salvestatakse vahetult sisendisse antud signaalidega sünkroonsed ­ võimalik vaid sünkroimpulsi( clock ) olemasolul . Sünkroniseerimine ­ kui trigeriga on ühendatud lubav sisend , mille kõrgel väärtusel(1) loetakse sisse uued sisendid ja toimuvad üleminekud, madalal olekul (0) on triger passiivne ja säilitab oma endise oleku. Sõltuvalt tööpõhimõttest ja ehitusest jagunevad trigerid: ühetaktiline ­ puuduseks see, et ei võimalda samaaegselt infot vastu võtta ja edastada kahetak line ­ masterslave, kokku ühendatud 2 trigerit, et sünkroniseerimsel nulli haaramist elmineerida, siseviivitusega, slave lülitub esimesel taktil, master järgneval. Kasutatakse nt. skeemides, kus on vaja saada tagasisidet, nt. mälu vaatamine. Tööpõhimõtte järgi jaotatakse trigerid ka: RS (resetset) ­ seadesisendiga triger, keelatud on anda mõlemasse sisendisse korraga signaal 1, sest siis muutuksid väljundsignaalid määramatuks. 00=Q(t1), 01=1, 10=0, 11= T (toggle) ­ loendussisendiga, iga järgmine impulss muudab oleku vastupidiseks. 0=Q(t1), 1=Q t 1 D (delay) ­ andmesisendiga, säilitab niikaua eelmise väärtuse kuni clock sisendisse tuleb 1. Sõltub D väärtusest. Saab säilitada lühiajalist infot. 0=Q(t1), 10=0, 11=1. JK (jumpkey) ­ universaalsisendiga, nagu RS, aga pole keelatud kombinatsiooni 11. 11 korral muudab oleku vastupidiseks. 00=Q(t1), 01=0, 10=1, 11=Q t 1 .
KONVEIER PROTSESSORIS JA MÄLUS Käsu täitmise protsessoris võib jagada teatud sõltumatuteks etappideks .Näiteks neljaks etapiks: 1) IF Instruction Fetch (Käsu laadimine ) + Instruction Decode 2) OF Operand Fetch (Operandi laadimine) 3) OE Operand Execute (Operatsioni täitmine ALUs) 4) OS Operand Store (Resutaadi salvestamine ) Kui käske täita ilma konveirita, siis töötaks iga etapi täitmisel vaid 20% riistvarast ning ülejäänud ei teeks midagi, sest protsessor suudab korraga teha igast käsust ühte. Iga käsu täitmiseks kuluks 4 takti . Selleks, et käskude täitmise efektiivsust tõsta kasutataksegi konveierit, mille on arvutitehnikasse toonud RISC (Reduced instruction set computing) ideoloogia. Konveier võimaldab käskude paralleelset täitmist. Näiteks kui esimene käsk on läbinud esimese etapi ja jõudnud teise, siis saab alustada juba teise käsu esimese etapi täitmist jne. Konveier ei suurenda käskude täitmise kiirust, kuid tänu paralleelsusele täidetakse neid keskmiselt ajaühikus rohkem. Protsessor on nii ka pidevalt koormatud. Analoogiline on konveieri töö ka tootmises. Probleemiks on aga siirdekäsud, sest IF teostatakse parajasti käsu jaoks, mida kavas polegi. Tekib nn ,,mull". Viivitusega siire seisneb selles, et kuna uue käsu aadressi arvutamine toimub OE ajal, täidetakse järgnev käsk täielikult enne kui siirdekäsu aadressile minnakse, kaotatakse ainult 1 takt. Andmete sõltuvuse korral tekib samuti ,,mull". Probleemi lahendab andmete otsene edastus .
SUVAPÖÖRDUSMÄLUD Random access memory (RAM) ­ suvapöördusmälu (iga sõna poole pöördumine nõuab samapalju aega sõltumata tema asukohast mälus). Põhiliigiks on pooljuhtmälud, mis koosnevad trigeritest või muudest mäluelementidest. Sõltuvad toitepingest ja jagunevad kahte liiki: staatilised ­ koosneb trigeritest vm positiivse tagasisidega elementidest. Andmed hävivad toite kadumisel. Kasutatakse protsessoris töötsüklite ajal vajaminevate andmete säilitamiseks. Chip , millel aadressisisend, data väljund ning ChipSelect, OutputEnabled ning Read/Write väljundid. Kuna staatilises mälus säilib salvestatud informatsioon ka pärast mälust lugemist, püsides seal toitepinge olemasolu korral kui tahes kaua, siis nimetatakse niisugust mälu staatiliseks. Andmesõna pikkuseks on tavaliselt 8, 16, 32 jne bitti . dünaamilised ­ Dünaamilises muutmälus säilib info MOSFETtransistori paisu mahtuvuse elektrilaenguna. Tavaliselt säilib see laeng lekkevoolu tõttu väga lühikest aega. Seepärast tuleb info säilitamiseks laengut perioodiliselt näiteks iga 2 ms järel uuendada (regenereerida).Koosneb mälumaatriksist, milles küljes rea aadressi ning veeru aadressi puhvrid . RowAddressSelect ning ColumnAddressSelect sisendid, R/W sisend. Andmed tuleb mingi aja jooksul refreshida, vastasel juhul imbub laeng transistoritest välja ja andmed hävivad. Liigid: FastPageMode DRAM ­ mälus järjestikku paiknevad andmed paiknevad mälumaatriksi aktiveeritud rea järjestikustes veergudes. ExtendedDataOutput DRAM ­ väljundis olev puhver lubab alustada uut pöördumist enne eelmise lõppu. Synchronous DRAM ­ jaguneb mitmeks pangaks, milledes saab iseseisvalt infot refreshida, sünkroonne süsteemi kellaga, genereerib ise järjestikused aadressid . Rambus DRAM ­ multibank DRAM + liideslülitus, edastab infot nii ees kui tagafrondist, kiire. Content Adressable Memory, CAM ­ assotsiatiivmälu. Double Data Rate DRAM ­ edastab infot nii esi kui tagafrondist.SIMM 72 klemmi , DIMM 168 klemmi. Dünaamiliste muutmälude eeliseks on väike hind ja võimsustarve. Neid saab valmistada väga suure integratsiooniastmega, mis võimaldab toota suure mälumahuga kiipe . Seepärast ehitatakse arvutite ja mikroprotsessorsüsteemide suuremad mäluseadmed tavaliselt dünaamilistest mälukiipidest. Kõigi muutmälude üheks oluliseks puuduseks on salvestise hävinemine toitepinge väljalülitumisel. Selle puuduse vältimiseks kasutatakse avariitoidet ( katkematu toite allikaid) ning muid mäluseadmeid, kus informatsioon säilib teatud aja ka ilma toitepingeta. PILET 2
LOENDURID Loenduriteks nimetatakse impulsside loendamiseks ette nähtud loogikalülitust. Loendureid kasutatakse nii automaatikaseadmetes kui ka arvutustehnikas. Sisse tulevad impulsid. Väljundiks 0,1 kombinatsioonid. Erinevate väljundkombinatsioonide arvu nimetatakse mooduliks ­ väljundi väärtus, mille korral alustab jälle algusest. Realiseeritud trigeritel, mille otseväljundist läheb läbi Enabled signaaliga konjuktsiooni väärtus järgmise järgu sisendisse. Kui kõik eelmised järgud = 1, peab antud järk ümber lülituma. Jagunevad: sünkroonne loendur ­ ümberlülitumine toimub samaaegselt v. paralleelselt. Ümberlülitumisaeg on kogu aeg samasugune . Kasutatakse arvutites andmetöötluses. asünkroonne loendur ­ ümberlülitusaeg pole samasugune. Uue kombinatsiooni ilmumine sõltub sellest, missugusele üleminek toimub. Kasutatakse indikatsiooni seadmetes ja sagedusjagajates. Kahendloendur ­ on järjestikulised kahendkoodid. Kümnendloendur ­ järjestikuskoodid on 09 ja moodul on 10. See tähendab , et loenduril on 10 erinevat kombinatsiooni, millega ta vastab sissetulevale impulsijadale. Suvalise mooduliga e. grey koodiga loendurid ­ kõik järgnevad koodid on naaberkoodid. g= QI+ QI +1 Suvalise mooduliga e. naaberkoodid on koodid, mis erinevad teineteisest ainult ühe kahendjärgu poolest. Gray koodi puhul lülitub korraga ümber ainult 1 triger. Reversiivne loendur ­ Loendur, mis loendab nii pos kui ka neg suunas. Loendussuuna muutmine sõltub sellest, kas ülekandeks kasutatakse trigeri otsest või inverteeritud signaali. Ringloendur ­ Loendur, mis on moodustatud nihkeregistrist, kui selle väljund ühendada sisendiga. ADRESSEERIMISE VIISID otsene adresseerimine ­ operandid vahetult järgnevatel mäluaadressidel vahetu adresseerimine ­ operandide aadressid sõltumatud ning antakse eraldi aadressiga kas registermälus või põhimälus kaudne adresseerimine ­ käsukoodis on aadressi aadress, operandide vahetamise võimalus CPUde vahel autoinkrementne adresseerimine ­ pinumälust lugemiseks (pop), aadress saadakse registermälust, sellele lisatakse operandi mõõt ja tulemus läheb pinumälu järgmisesse aadressi autodekrementne adresseerimine ­ registrist lühike aadress, mille järgi pinumälust operandid (aadressist lahutatakse op. mõõt) ja resultaat pinusse segmenteerimine ­ kk + aadress segmendis, kui kõik andmed on ühes mälusegmendis, segmentidevaheline liikumine käsuloenduri abil indekseerimisega adresseerimine ­ aadressibaas & indeks + nihe > kui palju peab edasi liikuma, leidmaks operande, indeksiregister (selles pikk aadress) baseerimisega adresseerimine ­ käsukoodiga antakse ainult nihe, aadressibaas asub baasiregistris baseerimise ning indekseerimisega adresseerimine ­ nii indeksi kui baasiregistrid suhteline adresseerimine ­ käsukoodiga antakse nihe KUVARID CRT (Cathode Ray Tube ) Kuvar, mille pilt tekitatakse kineskoobi ekraanile samuti nagu tavalises televiisoris . Kineskoop kujutab endast suurt klaasist vaakumlampi, mille ekraani siseküljele on kantud kolme värvi luminofoorist (punane, roheline ja sinine) koosnevad punktid. Kineskoobi kaelaosas asub elektronkahur, millest väljuv elektronkiir paneb luminofoori helendama. Kallutuspoolide abil pannakse elektronkiir ekraani pinda mööda ridahaaval ülalt alla liikuma ja kui üks kaader on ekraanile joonistatud (kiir on alla välja jõudnud), algab protsess otsast peale. Kujundi moodustamine: kallutusmähisega mõjustatult tekitab elektronkiir ekraanile siksakilise mustri, mille eri punktides kiire intensiivsuse erinevused (videomälust saadud koodide järgi) tekitavad inimsilma jaoks illusiooni ekraanil olevast reaalse maailma peegeldusest. Videomälu: Dot clock annab aadressigeneraatorisse impulsi, viimane saadab aadressi videomällu (realiseeritud tavaliselt kahepordiliste nihkeregistrite baasil), mis samal ajal vahetab infot (aadresse ja datat) CPUga. Videomälu tühjendab oma nihkeregistri crtväljundisse, kus see läbib DAC ja jõuab monitori . LCD ( Liquid Crystal Display ) Nad on kergemad ja vajavad palju vähem toiteenergiat kui tavalised katoodkiiretoruga kuvarid. Kahe elektroodi vahel asub vedelkristall, mis teatud pinge andmisel polariseerib valgust (90kraadi). Tagant langeb ekraanile polariseerimata valgus, mis läbib filtri , mis hoolitseb veelkord polarisatsiooni nullistamise eest, siis läbib valgus LC kihi, mis kas polariseerib selle või mitte, olenevalt elektroodide pingest. Vedekristallist teisel pool asub 90 kraadi polariseeriv filter , mille läbib ainult polariseeritud valgus. Jagunevad: Passiivne maatriks ­ passiivsel maatriksil toimub ridade ja veergude juhtimine ridade kaupa. Teatud aja möödudes on vaja kujund uuesti joonistada. Probleemiks on naaber pixelite läbikostmine s.t. naabrid mõjutavad üksteist. Aktiivmaatrikskuvar LCD ­ Parima tulemuse saab TFT ( Thin Film Transistor ) kuvaris (üks LCD alaliik ) kus käsutatakse aktiivset maatriksit. Siin on analoogiliselt DRAMle iga pixeli juures suure mahtuvusega transistor mis teatud ajaks säilitab pixeli oleku. Tegemist on transistoridega mis on realiseeritud LCD maatriksil. Probleem on selles, et neid kilel realiseeritavaid transistore on värvi kuvaril kolm korda pikselite arv. Tehnoloogiliselt tähendab teatud arvu defektsete transistoride olemasolu, et kogu paneel on kõlbmatu. See teeb aga TFT kuvarid suhteliselt kalliks. Pildi kvaliteet on neil väga hea. Tihti on LCD kuvarite puuduseks aeglus , ebaselge kujund ja vajalik täpne vaatenurk. Tehnoloogia areng on muidugi neid puudusi oluliselt parandanud. Suurimaks energia tarbiaks on paneeli taga olev valgustus . Värviline kujund saadakse kolme värvi: punane, roheline ja sinine liitmisel. Valides summeeritavaid värve erineva intensiivsusega on meil võimalik saada ka erinevaid värve. Selline summeerimine kehtib monitoril kus on aktiivne valguse (värvide ) allikas ja taust on must. Plasmakuvar ­ pilt tekitatakse ioniseeritud keskkonna (plasma) elektrilise mõjutamisega. Elektroluminesentskuvar ­ pilt genereeritakse gaaslahendust kasutades. PILET 3 DEKOODER Dekooder on loogikalülitus, mis teeb kindlaks, milline kood sisendis on ja milline sisend on aktiivne. Dekooder tunneb ära vastava kahendkoodi ja aktiveerib sellele vastava väljundi. Sisendis njärguline kood, väljundis 2 järguline kood. Koosneb AND elementidest. Dekoodriga saab kahendkoodi muundada koodiks, millega aktiveerida mälupesa, juhtida segmentindikaatorit, konverteerida bindec, jne. Kaskaadlülitus ­ kõrgema taseme dekooder aktiveerib madalama taseme dekoodrid, need omakorda väljundid, etc.
KÄSUFORMAADID ­ 0,1,2,3 JA 1,5 AADRESSIGA ARVUTID 3 aadressiga arvuti ­ käsukood + I operandi pikk aadress + II o. pikk aadress + resultaadi pikk aadress, A=B+C 2 aadressiga arvuti ­ kk + I operandi pikk aadress (resultaat läheb sinna) + II operandi pikk aadress, B=B+C 1,5 aadressiga arvuti ­ kk + I operandi pikk aadress + resultaadi lühike aadress(registriaadress) 1 aadressiga arvuti ­ kk + I operandi aadress, 1 operand asub mälus, teine operand ning resultaat samal akumulaatorregistri (Ac) aadressil Käsusüsteem: andmeedastuskäsud ­ MOV, LOAD , STORE aritmeetikaloogika käsud ­ AND, OR, SUB, MUL siirete käsud ­JMP, CALL , RET pinumälu, I/Oseadmete, CPU juhtimise käsud ­ PUSH , POP, IN, OUT, NOP
ANDMEVAHETUSE JUHTIMINE: SÜSTEEMID KATKESTUSEGA JA ILMA, PRIORITEEDID Passiivne andmevahetus ­ I/O seadmete prioriteetide probleem lahendatakse korrapäraselt mux'de kaudu. Seadme käest loetakse olekusõna ning järjestatakse andmevahetuseks (polling) Staatiline vs dünaamiline prioriteetide jaotamine. Katkestustega süsteem ­ katkestus = pöördumine alamprogrammi poole. CPU lõpetab poolelioleva käsu, PC ( process count) & PSW (process status word) pinumällu. PCsse AP I käsk. Polling + Interrupt ­ programne katkestuste lahendamine Daisy chain ­ prioriteedid paika pandud riistvaraliselt (jäigalt) füüsilise asetusega Interrupt controller ­ olekuregistris oleva juhtsõnaga saab prioriteete juhtida
Andmevahetus otsepöördusreziimis ­ Direct Memory Access request data transfer (peripeheral) > request DMA cycle (DMA controller) > grant DMA cycle (CPU) > grant data transfer (DMA controller) > transfer data (peripeheral) DMA tsükli ajal on CPU olekus HALT. Cycle stealing ­ DMA controller & CPU teevad siinitsüklid vaheldumisi. PILET 4 SUMMAATOR : JÄRJESTIK, PARALLEEL JA KIIRE ÜLEKANNE Summaatoriks nim. arvuti loogikalülitust, mis on ette nähtud arvkoodide aritmeetiliseks summeerimiseks. Mitmejärgulise kahendarvu summaator koosneb mitmest ühejärgulisest summaatorist. Arvu summeerimisel tuleb lisaks kahe summeeritava arvu vastavatele järkudele liita nendega ka nooremate järkude summeerimisel tekkinud ülekanne. Seega on ühejärgulisel summaatoril kolm sisendit ning 2 väljundit. (kaks sisendit ja kolm väljundit?) Poolsummaator ei arvesta liitmisel eelmisest järgust tulenevat ülekannet. Kasutades kahte poolsummaatorit, on alati saadav üks täissummaator. Täissummaator arvestab liitmisel eelmisest järgust tulenevat ülekannet Jada ülekandega e. järjestikülekandega summaatoris moodustatakse väljundsignaal arvukohtade järjestikku summeerimisega, alates kõige nooremast (parempoolsest) kuni kõige vanema ehk vasakpoolsemani välja. Arvukoha summeerimiseks ja ülekande moodustamiseks kulub teatud aeg, mida ülekande seisukohalt võib vaadelda hilistumisena. Kuna ülekanne toimub järjestikku, siis aeglustab see summaatori tööd. Suure kohtade arvu korral on koguhilistumine võrdne hilistumise summaga üksikutes kohtades. Rööpülekandega e. paralleelülekandega summaatorid töötavad palju kiiremini kui jadaülekandega summaatorid. Mitmekohalise kahendarvu summeerimisel moodustatakse ülekanne korraga kõigi kohtade jaoks. Seetõttu ei kulu ülekandeks lisaaega ning summaator töötab kiiremini kui jadaülekande korral. Kiire ülekandega summaatorid nende puhul on rakendatud rööpülekannde põhimõtet kombineeritult koos jadaülekandega. Ülekanded on moodustatud kõigi kohtade jaoks korraga. OPTILISED MÄLUSEADMED Kõige levinumad optilised mäluseadmed on kindlasti CD ja DVD seadmed . Nii CD kui DVD ehitus meenutab vinüülplaati andmed kirjutatakse meediale spiraalina. Andmete kirjutamiseks ja lugemiseks kasutatakse laserit. Optilised mäluseadmed on aeglasemad, kui kõvaketas, seda eelkõige selle pärast, et CD ja DVD seadme lugemispea on oluliselt suurem kui kõvaketta lugemispea. Teiseks on kõvaketta ketaste pöörlemiskiirus suurem, kui CD ja DVD meediate pöörlemiskiirus lugemisseadmes. CD (Compact Disk ) loodi 1980'ndatel aastate alguses Sony ja Philipsi koostöös digitaalse helikandjana. Standartne CD mahutab 74 minutit heli või 650 MB andmeid. Tavaliselt toodetakse enamik muusika ja tarkvara plaatidest suurte tiraazide puhul tööstuslikult. CD kirjutaja abil saab plaatidele kirjutada iga arvutikasutaja . CDR on meedia, kuhu saab kirjutada ühe korra ja CDRW on meedia, mis on korduvkirjutatav. DVD ( Digital Video Disk või Digital Versatile Disc) loodi algselt kõrgekvaliteedilise helikandjana, kuid täna kasutatakse DVD plaate peamiselt videode levitamiseks. Standartne ühekihiline ja ühepoolne DVD meedia mahutab 4,38 GB infot, videolevis on kasutusel peamiselt kahekihilised DVD plaadid , mille mahutatavus on 7,92 GB. ANALOOG JA DIGITAAL INFO. ANALOOG LIIDES (DAC,ADC) Lained (võnked) ja elektromagnetväljad on analoogkujul, st. nad on sujuvate võngete pidevad signaalid. Lained vees, helid, valgus, elektromagnetism ja praktiliselt ka kõik muu, millega puutume kokku looduses, on analoogkujul. Samuti ka elektrivool . Kõige moodsamad elektroonikakomponendid on digitaalsed, mis tähendab, et kogu töödeldav informatsioon on esitatud numbrite abil. Digitaalelektroonika väljendab kõiki väärtuse muutusi diskreetsete sammude mitte sujuvate võngetega. Digitaalanaloog konverter ­ muudab kahendkoodis signaali pidevaks analoogsignaaliks. Paralleelkujul ülekantava signaali jaoks näiteks pingete summaator, mille abil saab määrata, kui mitu 'ühte' on antud signaalis. Või siis analoogimine, milles igas järgus paiknevale ühele antakse kindel pingenivoo (teistest suhteliselt erinev) ning pingete summeerimisega on võimalik määrata mistahes kood. Analoogdigitaal muundur: analoogsignaal lastakse läbi mitme erineva takistusega dioodi. Vastavalt sellele, kui mitu dioodi on jõudnud diskreetimisel pingenivoole '1', leitakse koodimuunduris kahendkood. Pingete analüsaator. Temperatuuriandur: Termopaar + ADC.. vastavalt termovoolu tugevusele. Luksmeeter: pingeallikas + fotodiood + ADC .. vastavalt dioodi takistuse suurenemisele. Spidomeeter : pöörlemisteljele on hulknurgakujuliselt paigutatud piesokristallid, nende deformatsiooni tõttu tekkinud elektriväli mõõdetakse ning läbi komparaatori leitakse selle väärtus.
PILET 5 VÕRDLUSSKEEM Võrdluskeem ehk komparaator , näitab operantide suuruse suhte. Võrdleb sisendisse tulevaid operande ning teeb kindlaks, kas esimeses sisendis olev operand on suurem (Great), võrdne (Equal) või väiksem (Less) kui teises olev, aktiveerides vastava väljundi. arv A on a1a0, arv B on b1b0, ,kui A B, siis G=1 ,kui L=G=0, siis A=B KÄSUFORMAADID ­ 0,1,2,3 JA 1,5 AADRESSIGA ARVUTID 3 aadressiga arvuti ­ käsukood + I operandi pikk aadress + II o. pikk aadress + resultaadi pikk aadress, A=B+C 2 aadressiga arvuti ­ kk + I operandi pikk aadress (resultaat läheb sinna) + II operandi pikk aadress, B=B+C 1,5 aadressiga arvuti ­ kk + I operandi pikk aadress + resultaadi lühike aadress(registriaadress) 1 aadressiga arvuti ­ kk + I operandi aadress, 1 operand asub mälus, teine operand ning resultaat samal akumulaatorregistri (Ac) aadressil Käsusüsteem: andmeedastuskäsud ­ MOV, LOAD, STORE aritmeetikaloogika käsud ­ AND, OR, SUB, MUL siirete käsud ­JMP, CALL, RET pinumälu, I/Oseadmete, CPU juhtimise käsud ­ PUSH, POP, IN, OUT, NOP
ANALOOG JA DIGITAAL INFO. HELIKAART Lained (võnked) ja elektromagnetväljad on analoogkujul, st. nad on sujuvate võngete pidevad signaalid. Lained vees, helid, valgus, elektromagnetism ja praktiliselt ka kõik muu, millega puutume kokku looduses, on analoogkujul. Samuti ka elektrivool. Kõige moodsamad elektroonikakomponendid on digitaalsed, mis tähendab, et kogu töödeldav informatsioon on esitatud numbrite abil. Digitaalelektroonika väljendab kõiki väärtuse muutusi diskreetsete sammude mitte sujuvate võngetega. Iga helikaardi aluseks on digitaalanaloogmuundur (DAC Digital to Analog Converter), mis arvuti poolt digitaalsel kujul saadetava info kindla algoritmi järgi madalsagedusvõnkumisteks (helisagedusteks) muudab. Just temast sõltub otseselt taasesitatava heli kvaliteet. Helikaardi andmetes alati leiduv bittide arv (bit rate, bit depth) näitab tegelikult DACi poolt kasutatava "sõna" pikkust. Mida rohkem bitte , seda loomulikuma esituse saame. Loomulik heli (ja ka video) signaal on analoogsignaal, mis tuleb kõigepealt viia digitaalkujule (digiteerida). Selleks kasutatakse analoogmuutuja muutumispiirkonna jagamist lõplikuks arvuks vahemikeks, millest igaühele omistatakse kindel numbriline väärtus. PILET 6 MULTIPLEKSOR , DEMULTIPLEKSOR Multipleksor kujutab endast andmeselektorit. Multipleksoril on mitu sisendit ja üks väljund. Sisendid jagunevad infosisenditeks ja juhtsisenditeks, kusjuures infosisendite arv määrab ära juhtsisendite arvu ning vastupidi. Vastavalt juhtsignaalile kommuteeritakse multipleksori väljundisse signaal ühest infosisendist. Kommuteeritavate infosisendite arv võrdub 2 , kus n on juhtsisendite arv. Järelikult saab kahe juhtsisendiga ehk kahebitise koodiga kommuteerida 4 sisendit, kolme juhtsisendiga 8 sisendit jne.Piisava arvu sisenditega multipleksori abil saab realiseerida suvalisi loogikafunktsioone. Demultipleksor on kommutaator , millel on üks infosisend ja mitu väljundit. Juhtsisendite arv sõltub väljundite arvust ja vastupidi. Vastavalt juhtsignaalile kommuteeritakse infosisendi signaal ühte väljundisse. Väljundite arv on 2 , kus n on juhtsisendite arv. Järelikult saab kahe juhtsisendiga ehk kahebitise koodiga kommuteerida 4 sisendit, kolme juhtsisendiga 8 sisendit jne. ADRESSEERIMISE VIISID otsene adresseerimine ­ operandid vahetult järgnevatel mäluaadressidel vahetu adresseerimine ­ operandide aadressid sõltumatud ning antakse eraldi aadressiga kas registermälus või põhimälus kaudne adresseerimine ­ käsukoodis on aadressi aadress, operandide vahetamise võimalus CPUde vahel autoinkrementne adresseerimine ­ pinumälust lugemiseks (pop), aadress saadakse registermälust, sellele lisatakse operandi mõõt ja tulemus läheb pinumälu järgmisesse aadressi autodekrementne adresseerimine ­ registrist lühike aadress, mille järgi pinumälust operandid (aadressist lahutatakse op. mõõt) ja resultaat pinusse segmenteerimine ­ kk + aadress segmendis, kui kõik andmed on ühes mälusegmendis, segmentidevaheline liikumine käsuloenduri abil indekseerimisega adresseerimine ­ aadressibaas & indeks + nihe > kui palju peab edasi liikuma, leidmaks operande, indeksiregister (selles pikk aadress) baseerimisega adresseerimine ­ käsukoodiga antakse ainult nihe, aadressibaas asub baasiregistris baseerimise ning indekseerimisega adresseerimine ­ nii indeksi kui baasiregistrid suhteline adresseerimine ­ käsukoodiga antakse nihe SPETSIAALSE RIISTVARA REALISEERIMINE Spetsiaalse riistvara realiseerimise võimalused: Programne realisatsioon + riistvaraline realisatsioon: CPUga ühendatakse siine mööda mikrokontroller (RAM, ROM, CLK, CPU + pordid ), selle külge omakorda riistvaraline skeem / trükkplaat. Tegevust kontrollib multifunktsionaalne CPU oma programmide ja algoritmidega, infot edastab spetsiaalne kontroller. Programne lahendus: Odav, aeglane, paindlik. Kasutusvaldkonnad peamiselt mitte väga nõudlike ning väikesemahuliste ülesannete juures. Riistvaraline realistatsioon trükkplaadina:Kallis, keerukas, väga kiire, jäik. Sobiv suuremahuliste, andmerohkete ning ekstreemsetes oludes läbiviidavate ülesannete lahendamise jaoks. Väikeste tootmismahtude juures hirmkallis. Juba loodud skeemi ei saa ümber konfigureerida. Programmeeritav loogika Tehnoloogiad : SRAM tech ­ StaticRAM trigerid ühendatakse muxga. AntiFuse tech ­ programmeeritavad maatriksid , milles saab erinevaid programme luua, põletades programmaatoriga maatriksi sõlmedest 'fuse' ühendusi. metallamorfne ränimetall ühendused. EPROM tech ­ Erasable Programmable Read Only Memory ­ EPROM transistorid, millel npn ühenduse paisu ning pooljuhi vahel on veel teine, nn ujuvpais, mis ei lase laengul transistorist hajuda, kuid võimaldab andmeid UVkiirgusega kustutada . (näiteks segmentindikaatori juhtimine püsimäluga > sisenditeks on aadressid 1..2..3 etc) Programmeritavad maatriksid: PLA ­ Programmable Logic Array Enamasti ei lähe vaja mitme muutuja Boole 'i funktsiooni muutujate kõigi kombinatsioonide kasutamist ­ seega sisaldavad dekoodrid jms elemendid ülearuseid transistoreid. Konjunktsioone realiseeriv maatriks + disjunktsioone realiseeriv maatriks. ANDORNOT ­ f. nide süsteemi jaoks. PLA põhimõte ­ tehakse maatriks, mille veergudeks sisendelemendid ja nende inversioonid, ridadeks pingestatud ühendused. Igas sõlmes asub transistor, mille kollektor on trükitud äärmiselt peene juhtmena (põleb läbi pingel +2Vh). Vastava programmaatoriga saab teatud ühenduskohtades connectionid läbi põletada ning panna maatriksi väljundina realiseerima mingi kindla Boole'i funktsiooni DNKd. Paindlik, odav, säästlik, kuna kasutab optimaalset hulka kristalli pinda. Antifuse tehnoloogia vajab suhteliselt täpset tootmist, muidu võivad tekkida läbilöögid. Ühe ja sama algmaatriksiga võib eri maskide abil luua erinevaid skeeme . Väikesemahuline tootmine. Ülesanded, mis vajavad kiiret, ka ebatavalistesse füüsikalistesse tingimustesse sobivat riistvara. Kasutaja poolt programmeritavad maatriksstruktuurid: FPGA ­ Field Programmable Gate Array Maatriks loogikaelementidest (AND, NOT, OR, ..), mille ümber, maatriks välimiste elementidena asuvad sisendväljundblokid. Luues maskiga? ühendusi maatriksi sees ning paigutades sisendid väljundid, saab skeemi panna realiseerima mistahes Boole'i f.ni. Kaustaja poolt programmeritav. Paindlik. Kasutab optimaalset hulka kristalli pinda. Loogikablokid: Lookup Table ­ mingi register , SRAM, ROM, whatever, milles on võimalik säilitada seosed sisendite vahel. Kasutades sisendväärtuste kombinatsiooni aadressina, saab väljundiks vastava seose LUTst. Muxrealisatsioon ­ andmesisenditeks loogilised '0' & '1', juhtsisenditeks f.ni muutujad. Muxde ühendused loovad vastavad loogilised seosed. I/Oblokid ­ reguleeritakse muxde ning eripidi asetsevate dioodidega FPGA arhitektuurid: Sümmeetriline ­ maatriks Rowbased ­ ridades Sea of gates ­ loogikablokid tihedalt üksteise kõrval Hierarhiline FPGAdel põhineva riistvara programmeerimine: Riistvara kirjeldus (Boole'i f.nid) > Loogiline optimeerimine & minimeerimine > Ülesande jaotamine (Technology mapping ) > Osaülesannete paigutus > Trasseerimine > Programmeeriminekonfigureerimine PILET 7 DEKOODER Dekooder on loogikalülitus, mis teeb kindlaks, milline kood sisendis on ja milline sisend on aktiivne. Dekooder tunneb ära vastava kahendkoodi ja aktiveerib sellele vastava väljundi. Sisendis njärguline kood, väljundis 2 järguline kood. Koosneb AND elementidest. Dekoodriga saab kahendkoodi muundada koodiks, millega aktiveerida mälupesa, juhtida segmentindikaatorit, konverteerida bindec, jne. Kaskaadlülitus ­ kõrgema taseme dekooder aktiveerib madalama taseme dekoodrid, need omakorda väljundid, etc.
MAGNETMÄLUSEADMED Magnetiline info salvestus põhineb magnet materjali magnetiseerimises ünes või teises suunas. Selleks kasutatakse lugemis/kirjutamis pead, mis on magnetmaterjalist ja mille peal on mähis. Juhtides mähisesse voolu ühes või teises suunas tekib ka vastava suunaline magnetväli. Magnet jõujooned kaarduvad materjalist välja sinna tehtud pilu kohal mis aga omakorda on salvestus materjali lähedal. Lugumisel aga indutseerib magnetvälja muutus mähises impulsse. Vool indutseeritakse selles kohas, kus toimub üleminek magneetimise ühelt suunalt teisele ja voolu suund sõltub sellest milises suunas on magnetvälja üleminek. Info kodeerimine magnetmälus:Suurema info tiheduse saavutamiseks info kodeeritakse. Info salvestuse tiheduse tõstmiseks kasutatakse ka vertikaalset magneetimist, kus eri suunas magnetiseeritud piirkonnad ei ole mitte horisontaalselt pinna suhtes aga vertikaalselt. See võimaldab piirkondade mõõtmeid vähendada. Returntobias recoding Nonreturn to zero one recording Phase encoded recording Erinevad: Pehme ketas ( Floppy ) Lint (Tape) Magnet ketas ­ Kettad , mis on suurema mahuga kui ümbri kettad (Floppy Disc). Iomega ZIP drive 'i kettale mahub 70 korda enam andmeid, kui 3,5 tollisele disketile (100 Mb). Seejuures on ZIP seadme lugemiskiirus üle kahekümne korra tavalisest flopiseadmest kiirem. LS120 (Imations SuperDisk) see on Compaq /Imation i 120 MBne standard. Ühendamiseks kasutatakse EIDE liidest. Loeb nii vanu 1,44 MB, kui ka uusi 120 MB kettaid, kasutades selleks kahte lugemispead. HiFD (High Floppy Disk) see on Sony disketiseade, mis suudab lugeda 200 MB seid 3½" diskette. Jaz (kõvaketta kantav version ) seadme maksimaalne pidev andmeedastuskiirus on 6,73 MB/s; keskmine otsiaeg 12 ms; pöörlemiskiirus 5400 pööret minutis ; ketta vormindamise aeg 30 min; talub kukkumist 3 meetri kõrguselt; andmed säilivad 10 aastat; keskmine tõrketa töövältus (MTBF) 250 000 tundi. Caleb UHD144 See uus seade lubab salvestada spetsiaalsele disketile 144 MB, olles samal ajal ühilduv ka vanade 1,44 MB ja 720 KB 3,5" diskettidega. Samsung ProFD See seade on ühilduv ka vanade 3.5tolliste (1.44Mb and 720Kb) ketastega ning mahutab spetsiaalketastel 123 megabaiti. Kõvaketas ( Hard drive) Pöörlemiskiirus: Pöörlemiskiirus näitab kui kiiresti kõvaketta plaadid pöörlevad. Tavaliselt kiirused 3600 , 4500, 5400, 7200, 10000 RPM. Ülekande kiirus: Sisemine ülekande kiirus (Internal transfer rate) kui kiiresti suudab lugemispea saata infot kontrollerile. Burst ülekandekiirus (Burst transfer rate) näitab liidese ülekande kiirust. Pidev ülekande kiirus (Sustained transfer rate) näitab kui kiiresti liigub info arvuti ja draivide vahel teatud kindala aja jooksul keskmiselt. Keskmine päringu kiirus (access time) = Keskmine otsimisaeg (seek time) + varjatud otsimisaeg ( latency ) Otsimisaeg (seek time) näitab kaua võtab lugeja peal aega, et jõuda õigele rajale (tavaliselt 10 ja 15 millisekundit). Varjatud otsimisaeg (latency) näitab, kaua võtab kõvakettal aega, et pöörata plaate nii, et pea jõuaks mööda rada liikudes õige punktini, kuhu info on salvestatud. Kõvaketta liidesed: IDE ( Integrated Drive Electronics või Intelligent Drive Electronics). Personaalarvutite enimlevinud kõvakettaliides. Paralleelnimetus ATA (AT Attachment, eesti k. AT ühendus). Lubab maksimaalset andmete ülekandekiirust 8,3 MB/s. IDE puhul tekivad probleemid suuremate kui 528 MB ketastega. EIDE (Enchanced IDE). IDE edasiarendus, mille maksimaalne andmete ülekandekiirus on 16,6 MB/s ning mis lubab CDROMi lugejate ja üle 528 MB mahutavate ketaste kasutamist. Lubab maksimaalselt 4 kettaseadme ühendamist. Töökindlus: MTBF keskmine tõrketa tööaeg ( mean time between failures) on kõvaketaste puhul 200,000 ja 500,000 tunni vahel.
KLAVIATUUR Sisendseade, mis kujutab endast maatriksit lülititest (magnetiline induktsioon, mehaaniline deformatsioon, takistuse muutumine). Skaneerimine : saadetakse välja rea kood, milles skaneeritava rea väärtus 0, loetakse sellele vastav veeru kood, kui selles on toimunud teatavad muutused, analüüsitakse koodi ning leitakse vastav lüliti, mis on alla vajutatud.
PILET 8 LOENDURID Loenduriiteks nimetatakse impulsside loendaamiseks ettee nähtud loo ogikalülitust. Loendureidd kasutatakse nii autom maatikasead dmetes kui kka arvutustehhnikas. Sissee tulevad impulsid. Väljundikks 0,1 kombiinatsioonid. Erinevate vääljundkombiinatsioonidee arvu nimettatakse moodulikks ­ väljundi väärtus, mille korral alu ustab jälle allgusest. Realiseeritud trigeritel, mille otsevälju undist läheb läbi Enabled d signaaliga konjuktsioonni väärtus jäärgmise järgu u sisendisse. Kui kõik eelmmised järgud = 1, peab antud järk üm mber lülitumma. Jagunevaad: sünkroonne e loendur ­ ümberlülitumine toimubb samaaegseelt v. paralleeelselt. Ümberlülitum Ü misaeg on ko ogu aeg samasugune. Kaasutatakse arvutites andmetöötluses. asünkroonn ne loendur ­­ ümberlülitu usaeg pole ssamasugunee. Uue kombinatsiooni ilmumine sõlttub sellest, m missugusele üleminek tooimub. Kasutatakse indikatsiooni seeadmetes ja sagedusjagajates. Kahendlo oendur ­ on järjestikulised kahendko oodid. Kümnend dloendur ­ järjestikusko oodid on 09 ja moodul oon 10. See täähendab , ett loenduril on 10 erinevat kombinatsio ooni, millegaa ta vastab sissetulevale impulsijadaale. Suvalise mooduliga e e. grey koodiga loendurid ­ kõik järggnevad kood did on naabeerkoodid. g== QI+ QI +1 Suvalise moodu uliga e. naabberkoodid on n koodid, miss erinevad teeineteisest aainult ühe kahendjäärgu poolest. Gray koodii puhul lülitu ub korraga üümber ainultt 1 triger. Reversiivvne loendur ­ ­ Loendur, mmis loendab nii pos kui kka neg suunaas. Loendusssuuna muutmine sõltub se ekandeks kasutatakse trrigeri otsest või inverteeeritud signaaali. ellest, kas üle Ringloendur ­ Loend dur, mis on mmoodustatud d nihkeregisttrist, kui sellle väljund üh hendada sisendigaa. MÄLU HIIERARHIA ARVUTIS
Mälu hierarhias on tiipus suhtelisselt väikese mmahuline, kuuid kiire registermälu. R Registermälu u on suhtekise elt kallis ja se ellepärast te ema maht on n ka piiratudd. Töötab ta protsessori kiirusega. Järgneb vvahemälu (p peidikmälu, CCache) mis o on juba suur ema mahugga, aga ka mõ õnevõrra aeglasem m. Esimesed kaks on realliseeritud reeglina staatiilise suvapöö ördus mälun na mis on kiirem dünaamilisest. Põhim mälu on dünaaamiline suvvapöördus m mälu mis taggab suurema pakkimistiheduse kristallil kui dü ünaamiline, kkuid on ka aeeglasem. Järrgnevad jubaa järjesti pöörduseega mälud m mis on veelgi aeglasemad d, kuid suureema mahulissed. ANDMEEDASTUS PROTOKOLLID : SÜNKROONNE, ASÜNKROONNE JNE Sünkroonne siin ­ clock reguleerib, millal andmed loetakse Asünkroonne siin ­ Siinitsükkel = 'mälu aadress valmis' genereerib 'mem. read' signaali, lisaks saadetakse sünkrosignaal, mille peale paneb mälu andmed valmis. Kui andmed käes, saadab prose teise sünkrosignaali, mis eelmised maha võtab. Tagasisideta siin ­ DataValid signaal, mille peale võib siini teises otsas asuv seade hakata andmeid lugema Tagasisidega siin ­ DataValid signaal, millele vastuvõetav seade annab DataAcceped signaali. Signaalide kestvusaeg ei sõltu üksteisest Täieliku tagasisidega siin ­ Andmed valmis genereerib DataValid, mis loob DataAccepted. Viimase ilmumisel kustutatakse 2 esimest. Ootetsüklite lisamisega.. kui DataAccepted signaali pole tulnud, ei võeta mälu aadressi signaali address busilt ära. Grupi andmeedastus ­ antakse count.. arv, mitu tsüklit tuleb teha & esimene aadress.. ülejäänud data võetakse järjestikustelt aadressidelt. Andmeedastus konveierina.. uus mäluaadress pannakse aadressisiinile enne, kui eelmise andmed on kohal Muxtud siin
PILET 9
REGISTRID Registriteks nim. trigeritest koosnevat seadet , mis võimaldab salvestada , säilitada ning taasesitada infot ühe sõna kaupa. Lisaks nihutatakse registri abil infosõna bitte vasakule või paremale. Sõna nihutamisega muundatakse rööpkoodis esitatud info jadakoodiks ning vastupidi. Sõna pikkus sõltub registri trigerite arvust ning võib olla väga erinev. Enam on levinud 8, 16, 24, ja 32 bitised registrid, mis vastavad sõnapikkusele 1, 2, 3 ja 4 baiti . Registrit juhitakse signaalidega: vastuvõtt (write) ja 0seade (reset). Ta on trigeritel põhinev lülitus kahendarvude registreerimiseks. Info säilib nii kaua kuni on toide sees. Bitte on võimalik sisestada ja väljastada rööbiti ja järjestikku. Rööbiti mäluregister, järjestikku nihkeregister. Registri põhiülesandeks on mitmejärgulise arvu säilitamine.Registrit võib kasutada ka arvude nihutamiseks paremale või vasakule, arvujada esituse viimiseks röökujule ja vastupidi. Sõltuvalt arvu esitusviisist jaotatakse registrid jada ja rööpregistriteks. Rööpregistrisse antakse säilitavana arvu kõik järgud korraga. Jadaregistrisse antakse arvu järgud ühekaupa tavaliselt alates nooremast järgust. Ilma nihketa register Hulk ühise juhtimisega trigereid . Nihkeregister Registrid, millesse info sisestamine ja väjastamine toimub järjestikku nim. nihkeregistriteks. Nihkeregistri koostamiseks kasut. nii RS, D kui ka JK trigereid. Nihkeregistris ühendatakse otsene ja inverteeritud väljund järgmise trigeri seadesisenditega S ja R. Seega toimub iga taktiga infosõna nihutamine ühe biti võrra. Sõltuvalt sellest kuidas trigerid omavahel ühendatakse, nihkub infosõna kas paremale või vasakule . Iga takti keskel nihutab sünkrosignaal info trigerite esimesest astmest teise. Reversiivne register selle puhul toimub kahesuunaline nihe.
MÄLU ORGANISEERIMINE : KOOSTAMINE MITMEST MOODULIST JA VAHELDAMINE Andmesiini jägulisus määrab ära tavaliselt sõna järgulususe mälus, kui sõna ei edastata osade kaupa. Sellist asja on tõesti mõnikord ka kasutatud. Teine probleem on seotud mälu sõnade arvuga mälus, nimelt ei ole kogu mälu mahtu mida on võimalik adresseerida aadress siini abil tehnoloogiliselt võimalik valmistada ühe moodulina. Seega tuleb koostada mälu mitmest moodulist. See annab ka võimaluse kasutatda ka väiksemat mälu millele võib vastavalt vajadusele ja rahakotile hankida soovi korral lisa. Mitmest pangast koosneval mälul võivad järjestikused pesad olla järjest ühes pangas ja siis edasi samuti järgmises. Vaheldamise korral on aga järjestikused aaressid erinevates pankades. Vaheldamine võimaldab järjestikulistelt aadressidelt lugemisel/ kirjutamisel käivitada konveieri. KÄSUFORMAADID ­ 0,1,2,3 JA 1,5 AADRESSIGA ARVUTID 3 aadressiga arvuti ­ käsukood + I operandi pikk aadress + II o. pikk aadress + resultaadi pikk aadress, A=B+C 2 aadressiga arvuti ­ kk + I operandi pikk aadress (resultaat läheb sinna) + II operandi pikk aadress, B=B+C 1,5 aadressiga arvuti ­ kk + I operandi pikk aadress + resultaadi lühike aadress(registriaadress) 1 aadressiga arvuti ­ kk + I operandi aadress, 1 operand asub mälus, teine operand ning resultaat samal akumulaatorregistri (Ac) aadressil Käsusüsteem: andmeedastuskäsud ­ MOV, LOAD, STORE aritmeetikaloogika käsud ­ AND, OR, SUB, MUL siirete käsud ­JMP, CALL, RET pinumälu, I/Oseadmete, CPU juhtimise käsud ­ PUSH, POP, IN, OUT, NOP
PILET 10 ARITMEETIKALOOGIKA SEADE (ALU) Sõltumata arvuti ja protsessori ehitusest on arvutis alati üks skeemiosa, kus teostatakse otsesed arvutustehted ja muu infotöötlus nimelt aritmeetikaloogikaseade ehk ALU (Arithmetical and Logical Unit ). Eri protsessoritel on üldiselt erinev tehete hulk ja valik, kuid tavaliselt hõlmab see aritmeetilisi (minimaalselt liitmine ja lahutamine) ning loogilisi tehteid (JA, VÕI, EITUS) ja nihutusoperatsioone (kahendarvu bitid nihutatakse oma senise positsiooni suhtes kas vasakule või paremale). VAHEMÄLU( CACHE ) ORGANISEERIMINE: OTSEVASTAVUSEGA , ASSOTSIATIIVNE JA KOGUMASSOTSIATIIVNE Vahemälu e peidikmälu protsessori sees. Programmeerija eest varjatud. Väga kiire. Kasulik, kuna paljusid operande, mälusõnu tuleb protsessori töös kasutada korduvalt. Seepärast salvestatakse viimatitöödeldud andmed ka caches. Cache'i kontroller analüüsib protsessorist mälu poole minevaid aadresse, juhul kui mälusõna leitakse cache'ist (hit), võetakse see sealt. Cache'i organiseerimise viisid: otsevastavusega (directmapped) ­ info lugemine mälust toimub gruppidena (LINE). Mälu on jagatud segmentideks (SET). Vahemälu kontroller võrdleb mälu poole pöördumisel, kas vastava grupi juures on soovitud segmendi number. Kui on kokkulangemine (hit), siis pöördub protsessor vahemälu poole. Kui aga ei lange kokku, asendatakse vastav grupp teisega . Vajadusel (kui protsessor on antud gruppi midagi kirjutanud) kopeeritakse asendatav grupp ka põhimällu. lihtsa organisatsiooniga selle poole pöördumisel saab korraga pöörduda nii cache'i kui põhimälu poole andmete update põhimälus lihtne igast segmendist saab korraga sees olla 1 line assotsiatiivne (associatice mapped) ­ mälus on aadresside asemel teatud osad line'st (TAG) + line. Otsimine vahemälust toimub grupi numbri järgi. Grupid ei ole järjestatud ja sellepärast kasutatakse assotsistiivmälu. vähem põhimälu poole pöördumisi mälu, kuid mälu ise on kallim Identifitseerimine toimub tag'i kaudu uuendamine: Least Recently Used, Least Frequently Used, First In First Out, Random andmete kirjutamine cache'i: writethrough ­ korraga muutused cache's & põhimälus (486) writeback ­ põhimälu update'itakse cache'i bloki asendamisel (Pentium) kogumassotsiatiivne vahemälu ­ n cache segmenti on järjestikku ühendet. Hit ühes = NO hit teistes. Kompromiss directmapped ja täielikult associative cache vahel. Vahemälu tasemed : L1 ­ inside CPU: Instruction Cache (16KB) + Data Cache (64KB) L2 ­ outside CPU, tavaliselt segamini andmed ja käsud: 0.5..1MB L3 ­ on the motherboard: SRAM 1..5MB PRINTERID Perifeeriaseade arvutist tulevate andmete trükkimiseks mingile maisele kandjale. Võib oma tööpõhimõtte järgi suuresti jaotada kaheks: löögiga printerid ­ Kõigi löökprinterite juures tekitatakse kujund paberile löögiga läbi värvilindi (tindiga immutatud kangas). Erinevus on selles kuidasja millega teostatakse löök. maatriksprinter: printimispeas asub nõeltest maatriks, iga nõela taga on solenoid, millesse voolu laskmisel magnetväli tõukab nõela peast välja. Paberi ja nõela vahel on trükilint, mis jätab paberile täpi. Täppidest moodustub kujund. löögita printerid jugaprinter (Inkjet Printer ) ­ tindipritsprinter. Idee meenutab natuke maariksprinerit ainult siin ei lööda trüki peas olevate nõeltega värvilinti vaid peas on pihustid millest pritsitakse paberile värvaine täppe. Pihusteid sisaldav trükipea liigub horisintaalselt paberi läheduses. Vertukaalne liikumine saadakse paberi kerimisega. Neist värvaine täppidest moodustatakse kujund. Suhteliselt lihtne on saada värvilist trükki. Pihustamiseks on kaks võimalust: 1) Piesokristalli pihusti mõjutatakse vooluga mille tulemusena ta muudab oma kuju ja paiskab tindi täpi pihustist väja. 2) Trükipeas on takisti mis voolu impulsi toimel kiiresti kuumeneb ja paiskab paisunud tindi tilga pihustist paberile. Siin on hea omadus, et kuumenenud tint kuivab kiiremini. laserprinter ( Laser Printer) ­ Laserprinter töö põhineb seleen trumlil. Seleen on pooljuht materjal mis valguse toimel muutub juhiks. Trummel laetakse kõrgepingega (1). Edasi mõjutatakse trumli pinda valgusega (2). Valguse allikaks on laserprinteris laser ja koopiamasinas originaali peegeldus . Need kohad mis saavad rohkem valgust muutuvad rohkem juhiks ja neilt kaob ka laeng. Nüüd pöörleb trummel edasi ja läheneb toonrile (3). Need kohad mis on rohkem laetud tõmbavad rohkem toonerit külge ja need mis said rohkem valgust ja on vähem laetud vähem. Seega moodustub toonerist trumlile kujund. Koopiamasinal on ta vastavalt peegeldusele aga printeris koosneb punktidest. Seejärel surutakse trummel vastu puhast paberit (4). Edasi kuumutatakse tooner paberile (5) ja trummel puhastatakse toonerist (6). Seega laser on printeris ainult valguse allikas. värviprinterid ­ Priterites ei ole kasutatav RGB süsteem mis monitoride puhul võimaldas värve liita. Põhjuseks on see, et paber ei ole aktiivne valgusallikas nagu kuvari elektronkiire toru ja taust on valge mitte must. Valge värv teatavast peegeldav kõiki värvusi. Kasutatkse kolme värvi: · CYAN mis peegeldab kõiki värvusi peale punase. ·MAGENTA mis peegeldab kõiki värvusi peale rohelise. ·YELLOW mis peegeldab kõiki värvusi peale sinise. Kõigi nende kolme värvi summa peaks andma musta, kuid must ei ole eriti kvaliteetne. Arvestades, et silm on musta kvaliteedi suhtes vägatundlik on lisatud eraldi ka muut värv ­ black . Kokku saadaksegi värvisüsteem CMYK mida pronterites kasutatakse. PILET 11 TRIGERID Triger on mäluelement, mis säilitab 1 biti infot. Trigeril on 2 stabiilset olekut, mis vastavad loogikalülitustele 0 ja 1. Trigeri olek vastab tema väljundsignaali väärtusele mingil ajahetkel. Sõltuvalt sisendsignaalist olek kas säilib või muutub vastupidiseks. Väljundeid on üldjuhul 2 QjaQ. Kasutatakse mäluelementidena registrites, loendurites jne. Informatsiooni salvestusviisi järgi jagunevad kaheks: asünkroonsed ­ infot salvestatakse vahetult sisendisse antud signaalidega sünkroonsed ­ võimalik vaid sünkroimpulsi(clock) olemasolul. Sünkroniseerimine ­ kui trigeriga on ühendatud lubav sisend, mille kõrgel väärtusel(1) loetakse sisse uued sisendid ja toimuvad üleminekud, madalal olekul(0) on triger passiivne ja säilitab oma endise oleku. Sõltuvalt tööpõhimõttest ja ehitusest jagunevad trigerid: ühetaktiline ­ puuduseks see, et ei võimalda samaaegselt infot vastu võtta ja edastada kahetak line ­ masterslave, kokku ühendatud 2 trigerit, et sünkroniseerimsel nulli haaramist elmineerida, siseviivitusega, slave lülitub esimesel taktil, master järgneval. Kasutatakse nt. skeemides, kus on vaja saada tagasisidet, nt. mälu vaatamine. Tööpõhimõtte järgi jaotatakse trigerid ka: RS (resetset) ­ seadesisendiga triger, keelatud on anda mõlemasse sisendisse korraga signaal 1, sest siis muutuksid väljundsignaalid määramatuks. 00=Q(t1), 01=1, 10=0, 11= T (toggle) ­ loendussisendiga, iga järgmine impulss muudab oleku vastupidiseks. 0=Q(t1), 1=Q t 1 D (delay) ­ andmesisendiga, säilitab niikaua eelmise väärtuse kuni clock sisendisse tuleb 1. Sõltub D väärtusest. Saab säilitada lühiajalist infot. 0=Q(t1), 10=0, 11=1. JK (jumpkey) ­ universaalsisendiga, nagu RS, aga pole keelatud kombinatsiooni 11. 11 korral muudab oleku vastupidiseks. 00=Q(t1), 01=0, 10=1, 11=Q t 1 .
JUHTAUTOMAAT : OSA KÄSU TÄITMISEL JA REALISEERIMINE Juhtautomaat kujutab endast käsu täitmise algoritmi riistvaralist realisatsiooni loogikaskeemina. Peale üldosa vastab igale käsule , mida protsessor on võimeline täitma (kuulub tema käsusüsteemi), algoritmis oma haru. Käsu dekodeerimise järgi toimub mikroprogrammis hargnemine .Selle hargnemise realiseerimiseks peab juhtautomaati tulema käsudekoodrist info selle kohta, milline on täitmisele tulev käsk. Mõnede käskude täitmisel on vaja realiseerida mikroprogrammis hargnemisi, mis sõltuvad protsessori mõne teise osa seisundist. Näiteks on vaja teada korrutamise realiseerimisel liitmise ja nihutamise abil eelneva ALU operatsiooni tulemuse võrdumist nulliga. Põhimõtteliselt on juhtautomaadi realiseerimiseks kaks võimalust: jäiga loogikaga juhtautomaat ­ jäiga loogika korral realiseeritakse algoritm loogikaskeemina kristalli pinnal ja iga muutus käsusüsteemis tähendab uue loogikaskeemi realiseerimist. püsimälus säilitatava mikroprogrammiga juhtautomaat ­ kui mikroprogrammi hoitakse püsimälus (näiteks Flash), siis saab käsusüsteemis teha muudatusi ilma uut loogikaskeemi koostamatta. Kogu mikroprogrammi täitmine taandub sõnade lugemisele mikroprogrammi sisaldavast püsimälust. Mingil määral toimib see analoogiliselt programmi täitmisega protsessoris. ANDMEEDASTUS PROTOKOLLID: SÜNKROONNE, ASÜNKROONNE JNE Sünkroonne siin ­ clock reguleerib, millal andmed loetakse Asünkroonne siin ­ Siinitsükkel = 'mälu aadress valmis' genereerib 'mem. read' signaali, lisaks saadetakse sünkrosignaal, mille peale paneb mälu andmed valmis. Kui andmed käes, saadab prose teise sünkrosignaali, mis eelmised maha võtab. Tagasisideta siin ­ DataValid signaal, mille peale võib siini teises otsas asuv seade hakata andmeid lugema Tagasisidega siin ­ DataValid signaal, millele vastuvõetav seade annab DataAcceped signaali. Signaalide kestvusaeg ei sõltu üksteisest Täieliku tagasisidega siin ­ Andmed valmis genereerib DataValid, mis loob DataAccepted. Viimase ilmumisel kustutatakse 2 esimest. Ootetsüklite lisamisega.. kui DataAccepted signaali pole tulnud, ei võeta mälu aadressi signaali address busilt ära. Grupi andmeedastus ­ antakse count.. arv, mitu tsüklit tuleb teha & esimene aadress.. ülejäänud data võetakse järjestikustelt aadressidelt. Andmeedastus konveierina.. uus mäluaadress pannakse aadressisiinile enne, kui eelmise andmed on kohal Muxtud siin
PILET 12 KOODIMUUNDUR On loogikaskeem , mis teisendab sisendkoodi mingisse teise loogikasse. Näiteks positiivsest loogikast negatiivsesse loogikasse inversiooni läbi. BinaryDecimal. Igale sisendjärgule vastab loogikaskeem, mis toimetab teisenduse. Koodimuundurid põhinevad samuti loogikalementidel ( NAND , AND) nagu dekoodrid, kuid on neist palju keerukamad. Koodimuundureid vadeldakse sageli ka kui dekoodrite ühte alaliiki . VAHEMÄLU(CACHE) ORGANISEERIMINE: OTSEVASTAVUSEGA, ASSOTSIATIIVNE JA KOGUMASSOTSIATIIVNE Vahemälu e peidikmälu protsessori sees. Programmeerija eest varjatud. Väga kiire. Kasulik, kuna paljusid operande, mälusõnu tuleb protsessori töös kasutada korduvalt. Seepärast salvestatakse viimatitöödeldud andmed ka caches. Cache'i kontroller analüüsib protsessorist mälu poole minevaid aadresse, juhul kui mälusõna leitakse cache'ist (hit), võetakse see sealt. Cache'i organiseerimise viisid: otsevastavusega (directmapped) ­ info lugemine mälust toimub gruppidena (LINE). Mälu on jagatud segmentideks (SET). Vahemälu kontroller võrdleb mälu poole pöördumisel, kas vastava grupi juures on soovitud segmendi number. Kui on kokkulangemine (hit), siis pöördub protsessor vahemälu poole. Kui aga ei lange kokku, asendatakse vastav grupp teisega. Vajadusel (kui protsessor on antud gruppi midagi kirjutanud) kopeeritakse asendatav grupp ka põhimällu. lihtsa organisatsiooniga selle poole pöördumisel saab korraga pöörduda nii cache'i kui põhimälu poole andmete update põhimälus lihtne igast segmendist saab korraga sees olla 1 line assotsia ivne (associatice mapped) ­ mälus on aadresside asemel teatud osad line'st (TAG) + line. Otsimine vahemälust toimub grupi numbri järgi. Grupid ei ole järjestatud ja sellepärast kasutatakse assotsistiivmälu. vähem põhimälu poole pöördumisi mälu, kuid mälu ise on kallim Identifitseerimine toimub tag'i kaudu uuendamine: Least Recently Used, Least Frequently Used, First In First Out, Random andmete kirjutamine cache'i: writethrough ­ korraga muutused cache's & põhimälus (486) writeback ­ põhimälu update'itakse cache'i bloki asendamisel (Pentium) kogumassotsiatiivne vahemälu ­ n cache segmenti on järjestikku ühendet. Hit ühes = NO hit teistes. Kompromiss directmapped ja täielikult associative cache vahel. Vahemälu tasemed: L1 ­ inside CPU: Instruction Cache (16KB) + Data Cache (64KB) L2 ­ outside CPU, tavaliselt segamini andmed ja käsud: 0.5..1MB L3 ­ on the motherboard: SRAM 1..5MB KUVARID CRT (Cathode Ray Tube) Kuvar, mille pilt tekitatakse kineskoobi ekraanile samuti nagu tavalises televiisoris. Kineskoop kujutab endast suurt klaasist vaakumlampi, mille ekraani siseküljele on kantud kolme värvi luminofoorist (punane, roheline ja sinine) koosnevad punktid. Kineskoobi kaelaosas asub elektronkahur, millest väljuv elektronkiir paneb luminofoori helendama. Kallutuspoolide abil pannakse elektronkiir ekraani pinda mööda ridahaaval ülalt alla liikuma ja kui üks kaader on ekraanile joonistatud (kiir on alla välja jõudnud), algab protsess otsast peale. Kujundi moodustamine: kallutusmähisega mõjustatult tekitab elektronkiir ekraanile siksakilise mustri, mille eri punktides kiire intensiivsuse erinevused (videomälust saadud koodide järgi) tekitavad inimsilma jaoks illusiooni ekraanil olevast reaalse maailma peegeldusest. Videomälu: Dot clock annab aadressigeneraatorisse impulsi, viimane saadab aadressi videomällu (realiseeritud tavaliselt kahepordiliste nihkeregistrite baasil), mis samal ajal vahetab infot (aadresse ja datat) CPUga. Videomälu tühjendab oma nihkeregistri crtväljundisse, kus see läbib DAC ja jõuab monitori. LCD (Liquid Crystal Display) Nad on kergemad ja vajavad palju vähem toiteenergiat kui tavalised katoodkiiretoruga kuvarid. Kahe elektroodi vahel asub vedelkristall, mis teatud pinge andmisel polariseerib valgust (90kraadi). Tagant langeb ekraanile polariseerimata valgus, mis läbib filtri, mis hoolitseb veelkord polarisatsiooni nullistamise eest, siis läbib valgus LC kihi, mis kas polariseerib selle või mitte, olenevalt elektroodide pingest. Vedekristallist teisel pool asub 90 kraadi polariseeriv filter, mille läbib ainult polariseeritud valgus. Jagunevad: Passiivne maatriks ­ passiivsel maatriksil toimub ridade ja veergude juhtimine ridade kaupa. Teatud aja möödudes on vaja kujund uuesti joonistada. Probleemiks on naaber pixelite läbikostmine s.t. naabrid mõjutavad üksteist. Aktiivmaatrikskuvar LCD ­ Parima tulemuse saab TFT (Thin Film Transistor) kuvaris (üks LCD alaliik) kus käsutatakse aktiivset maatriksit. Siin on analoogiliselt DRAMle iga pixeli juures suure mahtuvusega transistor mis teatud ajaks säilitab pixeli oleku. Tegemist on transistoridega mis on realiseeritud LCD maatriksil. Probleem on selles, et neid kilel realiseeritavaid transistore on värvi kuvaril kolm korda pikselite arv. Tehnoloogiliselt tähendab teatud arvu defektsete transistoride olemasolu, et kogu paneel on kõlbmatu. See teeb aga TFT kuvarid suhteliselt kalliks. Pildi kvaliteet on neil väga hea. Tihti on LCD kuvarite puuduseks aeglus, ebaselge kujund ja vajalik täpne vaatenurk. Tehnoloogia areng on muidugi neid puudusi oluliselt parandanud. Suurimaks energia tarbiaks on paneeli taga olev valgustus. Värviline kujund saadakse kolme värvi: punane, roheline ja sinine liitmisel. Valides summeeritavaid värve erineva intensiivsusega on meil võimalik saada ka erinevaid värve. Selline summeerimine kehtib monitoril kus on aktiivne valguse (värvide ) allikas ja taust on must. Plasmakuvar ­ pilt tekitatakse ioniseeritud keskkonna (plasma) elektrilise mõjutamisega. Elektroluminesentskuvar ­ pilt genereeritakse gaaslahendust kasutades. PILET 13 LOENDURID Loenduriteks nimetatakse impulsside loendamiseks ette nähtud loogikalülitust. Loendureid kasutatakse nii automaatikaseadmetes kui ka arvutustehnikas. Sisse tulevad impulsid. Väljundiks 0,1 kombinatsioonid. Erinevate väljundkombinatsioonide arvu nimetatakse mooduliks ­ väljundi väärtus, mille korral alustab jälle algusest. Realiseeritud trigeritel, mille otseväljundist läheb läbi Enabled signaaliga konjuktsiooni väärtus järgmise järgu sisendisse. Kui kõik eelmised järgud = 1, peab antud järk ümber lülituma. Jagunevad: sünkroonne loendur ­ ümberlülitumine toimub samaaegselt v. paralleelselt. Ümberlülitumisaeg on kogu aeg samasugune. Kasutatakse arvutites andmetöötluses. asünkroonne loendur ­ ümberlülitusaeg pole samasugune. Uue kombinatsiooni ilmumine sõltub sellest, missugusele üleminek toimub. Kasutatakse indikatsiooni seadmetes ja sagedusjagajates. Kahendloendur ­ on järjestikulised kahendkoodid. Kümnendloendur ­ järjestikuskoodid on 09 ja moodul on 10. See tähendab , et loenduril on 10 erinevat kombinatsiooni, millega ta vastab sissetulevale impulsijadale. Suvalise mooduliga e. grey koodiga loendurid ­ kõik järgnevad koodid on naaberkoodid. g= QI+ QI +1 Suvalise mooduliga e. naaberkoodid on koodid, mis erinevad teineteisest ainult ühe kahendjärgu poolest. Gray koodi puhul lülitub korraga ümber ainult 1 triger. Reversiivne loendur ­ Loendur, mis loendab nii pos kui ka neg suunas. Loendussuuna muutmine sõltub sellest, kas ülekandeks kasutatakse trigeri otsest või inverteeritud signaali. Ringloendur ­ Loendur, mis on moodustatud nihkeregistrist, kui selle väljund ühendada sisendiga. POOLJUHTMÄLUD Staatiline pooljuhtsuvapöördusmälu: Koosneb trigeritest vm positiivse tagasisidega elementidest. Andmed hävivad toite kadumisel. Kasutatakse protsessoris töötsüklite ajal vajaminevate andmete säilitamiseks. Chip, millel aadressisisend, data väljund ning ChipSelect, OutputEnabled ning Read/Write väljundid. Dünaamiline pooljuhtsuvapöördusmälu: Koosneb mälumaatriksist, milles küljes rea aadressi ning veeru aadressi puhvrid. RowAddressSelect ning ColumnAddressSelect sisendid, R/W sisend. Andmed tuleb mingi aja jooksul refreshida, vastasel juhul imbub laeng transistoritest välja & andmed hävivad. FastPageMode DRAM ­ mälus järjestikku paiknevad andmed paiknevad mälumaatriksi aktiveeritud rea järjestikustes veergudes. ExtendedDataOutput DRAM ­ väljundis olev puhver lubab alustada uut pöördumist enne eelmise lõppu. Synchronous DRAM ­ jaguneb mitmeks pangaks, milledes saab iseseisvalt infot refreshida, sünkroonne süsteemi kellaga, genereerib ise järjestikused aadressid. Rambus DRAM ­ multibank DRAM + liideslülitus, edastab infot esi+tagafrondist, kiire Content Adressable Memory, CAM ­ assotsiatiivmälu Double Data Rate DRAM ­ edastab infot nii esi kui tagafrondist SIMM ­ 72 klemmi DIMM ­ 168 klemmi ANDMEEDASTUS PROTOKOLLID: SÜNKROONNE, ASÜNKROONNE JNE Sünkroonne siin ­ clock reguleerib, millal andmed loetakse Asünkroonne siin ­ Siinitsükkel = 'mälu aadress valmis' genereerib 'mem. read' signaali, lisaks saadetakse sünkrosignaal, mille peale paneb mälu andmed valmis. Kui andmed käes, saadab prose teise sünkrosignaali, mis eelmised maha võtab. Tagasisideta siin ­ DataValid signaal, mille peale võib siini teises otsas asuv seade hakata andmeid lugema Tagasisidega siin ­ DataValid signaal, millele vastuvõetav seade annab DataAcceped signaali. Signaalide kestvusaeg ei sõltu üksteisest Täieliku tagasisidega siin ­ Andmed valmis genereerib DataValid, mis loob DataAccepted. Viimase ilmumisel kustutatakse 2 esimest. Ootetsüklite lisamisega.. kui DataAccepted signaali pole tulnud, ei võeta mälu aadressi signaali address busilt ära. Grupi andmeedastus ­ antakse count.. arv, mitu tsüklit tuleb teha & esimene aadress.. ülejäänud data võetakse järjestikustelt aadressidelt. Andmeedastus konveierina.. uus mäluaadress pannakse aadressisiinile enne, kui eelmise andmed on kohal Muxtud siin PILET 14 SUMMAATOR: JÄRJESTIK, PARALLEEL JA KIIRE ÜLEKANNE Summaatoriks nim. arvuti loogikalülitust, mis on ette nähtud arvkoodide aritmeetiliseks summeerimiseks. Mitmejärgulise kahendarvu summaator koosneb mitmest ühejärgulisest summaatorist. Arvu summeerimisel tuleb lisaks kahe summeeritava arvu vastavatele järkudele liita nendega ka nooremate järkude summeerimisel tekkinud ülekanne. Seega on ühejärgulisel summaatoril kolm sisendit ning 2 väljundit. (kaks sisendit ja kolm väljundit?) Poolsummaator ei arvesta liitmisel eelmisest järgust tulenevat ülekannet. Kasutades kahte poolsummaatorit, on alati saadav üks täissummaator. Täissummaator arvestab liitmisel eelmisest järgust tulenevat ülekannet Jada ülekandega e. järjestikülekandega summaatoris moodustatakse väljundsignaal arvukohtade järjestikku summeerimisega, alates kõige nooremast (parempoolsest) kuni kõige vanema ehk vasakpoolsemani välja. Arvukoha summeerimiseks ja ülekande moodustamiseks kulub teatud aeg, mida ülekande seisukohalt võib vaadelda hilistumisena. Kuna ülekanne toimub järjestikku, siis aeglustab see summaatori tööd. Suure kohtade arvu korral on koguhilistumine võrdne hilistumise summaga üksikutes kohtades. Rööpülekandega e. paralleelülekandega summaatorid töötavad palju kiiremini kui jadaülekandega summaatorid. Mitmekohalise kahendarvu summeerimisel moodustatakse ülekanne korraga kõigi kohtade jaoks. Seetõttu ei kulu ülekandeks lisaaega ning summaator töötab kiiremini kui jadaülekande korral. Kiire ülekandega summaatorid nende puhul on rakendatud rööpülekannde põhimõtet kombineeritult koos jadaülekandega. Ülekanded on moodustatud kõigi kohtade jaoks korraga. ERINEVA PÖÖRDUSVIISIGA MÄLUD: FILO ,FIFO, ASSOTSIATIIVMÄLU, KAHE PORDIGA MÄLU Pinumälu ( Stack ) ­ ,,First In Last Out". Pinumällu kirjutamisel näitab pinumälu osuti (Stack Pointer SP või Top Of Stack ­ TOS) alati viimasele sinna kirjutatud sõnale. Seega saab lugeda esimesena ainult sinna viimasena salvestatud sõna. Sõna, mis kirjutati esimesena loetakse välja viimasena. Realiseeritakse kahel viisil: Protsessori põhimälu baasil ­ see tähendab pinumälule eraldatakse teatud mälu piirkond ja SP on salvestatud spetsiaalsesse registrisse . Alati kui toimub kirjutamine siis modifitseeritakse SP väärtust, et ta näitaks esimesele vabale pesale ja siis salvestatakse sõna. Lugemisel vastupidi. Riistvaraline realisatsioon ­ pinumälu on põhimõtteliselt rida ühise juhtimisega nihkeregistreid, kus infot saab nihutada sünkroonselt. Igale sõna bitile vastab oma nihkeregister. Kiiremat riistvaralist realisatsiooni kasutatakse spetsiaalsetes kohtades, üldotstarbelistes protsessorites on tavaliselt põhimälul põhinev realisatsioon. Pinumälu kasutatakse alamprogrammide poole pöördumisel tagasipöörde aadressi salvestamiseks, samuti katkestuste korral. Puhvermälu ( Buffer ) ­ ,,First In First Out". Sõna, mis kirjutati esimesena mällu, loetakse ka esimesena välja. Kasutatakse näiteks erineva andmeedastus kiirusega seadmete vahel info puhverdamiseks. Assotsiatiivmälu (CAM) ­ ,,ContentAdressable Memory". CAMs on võimalik otsida infot sõna sisu järgi ja saada teada, kas teine osa sõnast või tema aadress. Kahe pordiga mälu (Dual port RAM) ­ Kahe pordiga mälud võimaldavad samaaegselt ühe aadressi järgi kirjutada ja teise aadressi järgi lugeda. Näiteks videomälu, kus protsessori poolelt kirjutatakse kujutise infot mällu ja teiselt poolt toimub kujutise laotamine ekraanile.
SIIRETE (HARGNEMISTE) ENNUSTAMINE (BRANCH PREDICTION ) Protsessorites on tihti eraldi loogikaskeem mis tegeleb hargnemiste ennustamisega, et muuta konveier efektiivsemaks. Hargnemise ennustamine toimub teatud statistiliste kriteeriumite järgi ja ei saa anda alati õiget tulemust, kuid siiski suudab vähendada konveieri uuesti käivitamise vajaduse tõenäosust. Näiteks: siiret eeldati ja tuli ( Predict taken, branch taken)=ÕIGE, siiret ei eeldatud, siire tuli (Predict not take, branch taken)=VALE.
PILET 15
MULTIPLEKSOR, DEMULTIPLEKSOR Multipleksor kujutab endast andmeselektorit. Multipleksoril on mitu sisendit ja üks väljund. Sisendid jagunevad infosisenditeks ja juhtsisenditeks, kusjuures infosisendite arv määrab ära juhtsisendite arvu ning vastupidi. Vastavalt juhtsignaalile kommuteeritakse multipleksori väljundisse signaal ühest infosisendist. Kommuteeritavate infosisendite arv võrdub 2 , kus n on juhtsisendite arv. Järelikult saab kahe juhtsisendiga ehk kahebitise koodiga kommuteerida 4 sisendit, kolme juhtsisendiga 8 sisendit jne.Piisava arvu sisenditega multipleksori abil saab realiseerida suvalisi loogikafunktsioone. Demultipleksor on kommutaator, millel on üks infosisend ja mitu väljundit. Juhtsisendite arv sõltub väljundite arvust ja vastupidi. Vastavalt juhtsignaalile kommuteeritakse infosisendi signaal ühte väljundisse. Väljundite arv on 2 , kus n on juhtsisendite arv. Järelikult saab kahe juhtsisendiga ehk kahebitise koodiga kommuteerida 4 sisendit, kolme juhtsisendiga 8 sisendit jne.
KONVEIER PROTSESSORIS JA MÄLUS Käsu täitmise protsessoris võib jagada teatud sõltumatuteks etappideks.Näiteks neljaks etapiks: 1) IF Instruction Fetch (Käsu laadimine) + Instruction Decode 2) OF Operand Fetch (Operandi laadimine) 3) OE Operand Execute (Operatsioni täitmine ALUs) 4) OS Operand Store (Resutaadi salvestamine) Kui käske täita ilma konveirita, siis töötaks iga etapi täitmisel vaid 20% riistvarast ning ülejäänud ei teeks midagi, sest protsessor suudab korraga teha igast käsust ühte. Iga käsu täitmiseks kuluks 4 takti. Selleks, et käskude täitmise efektiivsust tõsta kasutataksegi konveierit, mille on arvutitehnikasse toonud RISC (Reduced instruction set computing) ideoloogia. Konveier võimaldab käskude paralleelset täitmist. Näiteks kui esimene käsk on läbinud esimese etapi ja jõudnud teise, siis saab alustada juba teise käsu esimese etapi täitmist jne. Konveier ei suurenda käskude täitmise kiirust, kuid tänu paralleelsusele täidetakse neid keskmiselt ajaühikus rohkem. Protsessor on nii ka pidevalt koormatud. Analoogiline on konveieri töö ka tootmises. Probleemiks on aga siirdekäsud, sest IF teostatakse parajasti käsu jaoks, mida kavas polegi. Tekib nn ,,mull". Viivitusega siire seisneb selles, et kuna uue käsu aadressi arvutamine toimub OE ajal, täidetakse järgnev käsk täielikult enne kui siirdekäsu aadressile minnakse, kaotatakse ainult 1 takt. Andmete sõltuvuse korral tekib samuti ,,mull". Probleemi lahendab andmete otsene edastus.
PINUMÄLU (STACK) REALISEERIMINE JA KASUTAMINE PROTSESSORIS Pinumälu (Stack) ­ ,,First In Last Out". Pinumällu kirjutamisel näitab pinumälu osuti (Stack Pointer SP või Top Of Stack ­ TOS) alati viimasele sinna kirjutatud sõnale. Seega saab lugeda esimesena ainult sinna viimasena salvestatud sõna. Sõna, mis kirjutati esimesena loetakse välja viimasena. Realiseeritakse kahel viisil: Protsessori põhimälu baasil ­ see tähendab pinumälule eraldatakse teatud mälu piirkond ja SP on salvestatud spetsiaalsesse registrisse. Alati kui toimub kirjutamine siis modifitseeritakse SP väärtust, et ta näitaks esimesele vabale pesale ja siis salvestatakse sõna. Lugemisel vastupidi. Riistvaraline realisatsioon ­ pinumälu on põhimõtteliselt rida ühise juhtimisega nihkeregistreid, kus infot saab nihutada sünkroonselt. Igale sõna bitile vastab oma nihkeregister. Kiiremat riistvaralist realisatsiooni kasutatakse spetsiaalsetes kohtades, üldotstarbelistes protsessorites on tavaliselt põhimälul põhinev realisatsioon.
PILET 16 LOENDURID Loenduriteks nimetatakse impulsside loendamiseks ette nähtud loogikalülitust. Loendureid kasutatakse nii automaatikaseadmetes kui ka arvutustehnikas. Sisse tulevad impulsid. Väljundiks 0,1 kombinatsioonid. Erinevate väljundkombinatsioonide arvu nimetatakse mooduliks ­ väljundi väärtus, mille korral alustab jälle algusest. Realiseeritud trigeritel, mille otseväljundist läheb läbi Enabled signaaliga konjuktsiooni väärtus järgmise järgu sisendisse. Kui kõik eelmised järgud = 1, peab antud järk ümber lülituma. Jagunevad: sünkroonne loendur ­ ümberlülitumine toimub samaaegselt v. paralleelselt. Ümberlülitumisaeg on kogu aeg samasugune. Kasutatakse arvutites andmetöötluses. asünkroonne loendur ­ ümberlülitusaeg pole samasugune. Uue kombinatsiooni ilmumine sõltub sellest, missugusele üleminek toimub. Kasutatakse indikatsiooni seadmetes ja sagedusjagajates. Kahendloendur ­ on järjestikulised kahendkoodid. Kümnendloendur ­ järjestikuskoodid on 09 ja moodul on 10. See tähendab , et loenduril on 10 erinevat kombinatsiooni, millega ta vastab sissetulevale impulsijadale. Suvalise mooduliga e. grey koodiga loendurid ­ kõik järgnevad koodid on naaberkoodid. g= QI+ QI +1 Suvalise mooduliga e. naaberkoodid on koodid, mis erinevad teineteisest ainult ühe kahendjärgu poolest. Gray koodi puhul lülitub korraga ümber ainult 1 triger. Reversiivne loendur ­ Loendur, mis loendab nii pos kui ka neg suunas. Loendussuuna muutmine sõltub sellest, kas ülekandeks kasutatakse trigeri otsest või inverteeritud signaali. Ringloendur ­ Loendur, mis on moodustatud nihkeregistrist, kui selle väljund ühendada sisendiga.
SUVAPÖÖRDUSMÄLUD Random access memory (RAM) ­ suvapöördusmälu (iga sõna poole pöördumine nõuab samapalju aega sõltumata tema asukohast mälus). Põhiliigiks on pooljuhtmälud, mis koosnevad trigeritest või muudest mäluelementidest. Sõltuvad toitepingest ja jagunevad kahte liiki: staa lised ­ koosneb trigeritest vm positiivse tagasisidega elementidest. Andmed hävivad toite kadumisel. Kasutatakse protsessoris töötsüklite ajal vajaminevate andmete säilitamiseks. Chip, millel aadressisisend, data väljund ning ChipSelect, OutputEnabled ning Read/Write väljundid. Kuna staatilises mälus säilib salvestatud informatsioon ka pärast mälust lugemist, püsides seal toitepinge olemasolu korral kui tahes kaua, siis nimetatakse niisugust mälu staatiliseks. Andmesõna pikkuseks on tavaliselt 8, 16, 32 jne bitti. dünaamilised ­ Dünaamilises muutmälus säilib info MOSFETtransistori paisu mahtuvuse elektrilaenguna. Tavaliselt säilib see laeng lekkevoolu tõttu väga lühikest aega. Seepärast tuleb info säilitamiseks laengut perioodiliselt näiteks iga 2 ms järel uuendada (regenereerida).Koosneb mälumaatriksist, milles küljes rea aadressi ning veeru aadressi puhvrid. RowAddressSelect ning ColumnAddressSelect sisendid, R/W sisend. Andmed tuleb mingi aja jooksul refreshida, vastasel juhul imbub laeng transistoritest välja ja andmed hävivad. Liigid: FastPageMode DRAM ­ mälus järjestikku paiknevad andmed paiknevad mälumaatriksi aktiveeritud rea järjestikustes veergudes. ExtendedDataOutput DRAM ­ väljundis olev puhver lubab alustada uut pöördumist enne eelmise lõppu. Synchronous DRAM ­ jaguneb mitmeks pangaks, milledes saab iseseisvalt infot refreshida, sünkroonne süsteemi kellaga, genereerib ise järjestikused aadressid. Rambus DRAM ­ multibank DRAM + liideslülitus, edastab infot nii ees kui tagafrondist, kiire. Content Adressable Memory, CAM ­ assotsiatiivmälu. Double Data Rate DRAM ­ edastab infot nii esi kui tagafrondist.SIMM 72 klemmi, DIMM 168 klemmi. Dünaamiliste muutmälude eeliseks on väike hind ja võimsustarve. Neid saab valmistada väga suure integratsiooniastmega, mis võimaldab toota suure mälumahuga kiipe. Seepärast ehitatakse arvutite ja mikroprotsessorsüsteemide suuremad mäluseadmed tavaliselt dünaamilistest mälukiipidest. Kõigi muutmälude üheks oluliseks puuduseks on salvestise hävinemine toitepinge väljalülitumisel. Selle puuduse vältimiseks kasutatakse avariitoidet (katkematu toite allikaid) ning muid mäluseadmeid, kus informatsioon säilib teatud aja ka ilma toitepingeta.
ANDMEVAHETUSE JUHTIMINE: SÜSTEEMID KATKESTUSEGA JA ILMA, PRIORITEEDID Passiivne andmevahetus ­ I/O seadmete prioriteetide probleem lahendatakse korrapäraselt mux'de kaudu. Seadme käest loetakse olekusõna ning järjestatakse andmevahetuseks (polling) Staatiline vs dünaamiline prioriteetide jaotamine. Katkestustega süsteem ­ katkestus = pöördumine alamprogrammi poole. CPU lõpetab poolelioleva käsu, PC (process count) & PSW (process status word) pinumällu. PCsse AP I käsk. Polling + Interrupt ­ programne katkestuste lahendamine Daisy chain ­ prioriteedid paika pandud riistvaraliselt (jäigalt) füüsilise asetusega Interrupt controller ­ olekuregistris oleva juhtsõnaga saab prioriteete juhtida
Andmevahetus otsepöördusreziimis ­ Direct Memory Access request data transfer (peripeheral) > request DMA cycle (DMA controller) > grant DMA cycle (CPU) > grant data transfer (DMA controller) > transfer data (peripeheral) DMA tsükli ajal on CPU olekus HALT. Cycle stealing ­ DMA controller & CPU teevad siinitsüklid vaheldumisi.
PILET 17 TRIGERID Triger on mäluelement, mis säilitab 1 biti infot. Trigeril on 2 stabiilset olekut, mis vastavad loogikalülitustele 0 ja 1. Trigeri olek vastab tema väljundsignaali väärtusele mingil ajahetkel. Sõltuvalt sisendsignaalist olek kas säilib või muutub vastupidiseks. Väljundeid on üldjuhul 2 QjaQ. Kasutatakse mäluelementidena registrites, loendurites jne. Informatsiooni salvestusviisi järgi jagunevad kaheks: asünkroonsed ­ infot salvestatakse vahetult sisendisse antud signaalidega sünkroonsed ­ võimalik vaid sünkroimpulsi(clock) olemasolul. Sünkroniseerimine ­ kui trigeriga on ühendatud lubav sisend, mille kõrgel väärtusel(1) loetakse sisse uued sisendid ja toimuvad üleminekud, madalal olekul(0) on triger passiivne ja säilitab oma endise oleku. Sõltuvalt tööpõhimõttest ja ehitusest jagunevad trigerid: ühetaktiline ­ puuduseks see, et ei võimalda samaaegselt infot vastu võtta ja edastada kahetak line ­ masterslave, kokku ühendatud 2 trigerit, et sünkroniseerimsel nulli haaramist elmineerida, siseviivitusega, slave lülitub esimesel taktil, master järgneval. Kasutatakse nt. skeemides, kus on vaja saada tagasisidet, nt. mälu vaatamine. Tööpõhimõtte järgi jaotatakse trigerid ka: RS (resetset) ­ seadesisendiga triger, keelatud on anda mõlemasse sisendisse korraga signaal 1, sest siis muutuksid väljundsignaalid määramatuks. 00=Q(t1), 01=1, 10=0, 11= T (toggle) ­ loendussisendiga, iga järgmine impulss muudab oleku vastupidiseks. 0=Q(t1), 1=Q t 1 D (delay) ­ andmesisendiga, säilitab niikaua eelmise väärtuse kuni clock sisendisse tuleb 1. Sõltub D väärtusest. Saab säilitada lühiajalist infot. 0=Q(t1), 10=0, 11=1. JK (jumpkey) ­ universaalsisendiga, nagu RS, aga pole keelatud kombinatsiooni 11. 11 korral muudab oleku vastupidiseks. 00=Q(t1), 01=0, 10=1, 11=Q t 1 .
POOLJUHTMÄLUD Staatiline pooljuhtsuvapöördusmälu: Koosneb trigeritest vm positiivse tagasisidega elementidest. Andmed hävivad toite kadumisel. Kasutatakse protsessoris töötsüklite ajal vajaminevate andmete säilitamiseks. Chip, millel aadressisisend, data väljund ning ChipSelect, OutputEnabled ning Read/Write väljundid. Dünaamiline pooljuhtsuvapöördusmälu: Koosneb mälumaatriksist, milles küljes rea aadressi ning veeru aadressi puhvrid. RowAddressSelect ning ColumnAddressSelect sisendid, R/W sisend. Andmed tuleb mingi aja jooksul refreshida, vastasel juhul imbub laeng transistoritest välja & andmed hävivad. FastPageMode DRAM ­ mälus järjestikku paiknevad andmed paiknevad mälumaatriksi aktiveeritud rea järjestikustes veergudes. ExtendedDataOutput DRAM ­ väljundis olev puhver lubab alustada uut pöördumist enne eelmise lõppu. Synchronous DRAM ­ jaguneb mitmeks pangaks, milledes saab iseseisvalt infot refreshida, sünkroonne süsteemi kellaga, genereerib ise järjestikused aadressid. Rambus DRAM ­ multibank DRAM + liideslülitus, edastab infot esi+tagafrondist, kiire Content Adressable Memory, CAM ­ assotsiatiivmälu Double Data Rate DRAM ­ edastab infot nii esi kui tagafrondist SIMM ­ 72 klemmi DIMM ­ 168 klemmi SPETSIAALSE RIISTVARA REALISEERIMINE Spetsiaalse riistvara realiseerimise võimalused: Programne realisatsioon + riistvaraline realisatsioon: CPUga ühendatakse siine mööda mikrokontroller (RAM, ROM, CLK, CPU + pordid), selle külge omakorda riistvaraline skeem / trükkplaat. Tegevust kontrollib multifunktsionaalne CPU oma programmide ja algoritmidega, infot edastab spetsiaalne kontroller. Programne lahendus: Odav, aeglane, paindlik. Kasutusvaldkonnad peamiselt mitte väga nõudlike ning väikesemahuliste ülesannete juures. Riistvaraline realistatsioon trükkplaadina:Kallis, keerukas, väga kiire, jäik. Sobiv suuremahuliste, andmerohkete ning ekstreemsetes oludes läbiviidavate ülesannete lahendamise jaoks. Väikeste tootmismahtude juures hirmkallis. Juba loodud skeemi ei saa ümber konfigureerida. Programmeeritav loogika Tehnoloogiad: SRAM tech ­ StaticRAM trigerid ühendatakse muxga. AntiFuse tech ­ programmeeritavad maatriksid, milles saab erinevaid programme luua, põletades programmaatoriga maatriksi sõlmedest 'fuse' ühendusi. metallamorfne ränimetall ühendused. EPROM tech ­ Erasable Programmable Read Only Memory ­ EPROM transistorid, millel npn ühenduse paisu ning pooljuhi vahel on veel teine, nn ujuvpais, mis ei lase laengul transistorist hajuda, kuid võimaldab andmeid UVkiirgusega kustutada. (näiteks segmentindikaatori juhtimine püsimäluga > sisenditeks on aadressid 1..2..3 etc) Programmeritavad maatriksid: PLA ­ Programmable Logic Array Enamasti ei lähe vaja mitme muutuja Boole'i funktsiooni muutujate kõigi kombinatsioonide kasutamist ­ seega sisaldavad dekoodrid jms elemendid ülearuseid transistoreid. Konjunktsioone realiseeriv maatriks + disjunktsioone realiseeriv maatriks. ANDORNOT ­ f. nide süsteemi jaoks. PLA põhimõte ­ tehakse maatriks, mille veergudeks sisendelemendid ja nende inversioonid, ridadeks pingestatud ühendused. Igas sõlmes asub transistor, mille kollektor on trükitud äärmiselt peene juhtmena (põleb läbi pingel +2Vh). Vastava programmaatoriga saab teatud ühenduskohtades connectionid läbi põletada ning panna maatriksi väljundina realiseerima mingi kindla Boole'i funktsiooni DNKd. Paindlik, odav, säästlik, kuna kasutab optimaalset hulka kristalli pinda. Antifuse tehnoloogia vajab suhteliselt täpset tootmist, muidu võivad tekkida läbilöögid. Ühe ja sama algmaatriksiga võib eri maskide abil luua erinevaid skeeme. Väikesemahuline tootmine. Ülesanded, mis vajavad kiiret, ka ebatavalistesse füüsikalistesse tingimustesse sobivat riistvara. Kasutaja poolt programmeritavad maatriksstruktuurid: FPGA ­ Field Programmable Gate Array Maatriks loogikaelementidest (AND, NOT, OR, ..), mille ümber, maatriks välimiste elementidena asuvad sisendväljundblokid. Luues maskiga? ühendusi maatriksi sees ning paigutades sisendid väljundid, saab skeemi panna realiseerima mistahes Boole'i f.ni. Kaustaja poolt programmeritav. Paindlik. Kasutab optimaalset hulka kristalli pinda. Loogikablokid: Lookup Table ­ mingi register, SRAM, ROM, whatever, milles on võimalik säilitada seosed sisendite vahel. Kasutades sisendväärtuste kombinatsiooni aadressina, saab väljundiks vastava seose LUTst. Muxrealisatsioon ­ andmesisenditeks loogilised '0' & '1', juhtsisenditeks f.ni muutujad. Muxde ühendused loovad vastavad loogilised seosed. I/Oblokid ­ reguleeritakse muxde ning eripidi asetsevate dioodidega FPGA arhitektuurid: Sümmeetriline ­ maatriks Rowbased ­ ridades Sea of gates ­ loogikablokid tihedalt üksteise kõrval Hierarhiline FPGAdel põhineva riistvara programmeerimine: Riistvara kirjeldus (Boole'i f.nid) > Loogiline optimeerimine & minimeerimine > Ülesande jaotamine (Technology mapping) > Osaülesannete paigutus > Trasseerimine > Programmeeriminekonfigureerimine PILET 18 P DEKOOD DER Dekoode er on loogikaalülitus, mis tteeb kindlakks, milline koood sisendis on ja millinee sisend on aktiivne. Dekooder tunneb ära vastava kahendkoodi ja aaktiveerib seellele vastavaa väljundi. Sisendis njärguline kkood, väljundis 2 järguline kood. K oosneb AND D elementideest. Dekoodriga saab kah hendkoodi m muundada ko oodiks, milleega aktiveerida mälupesa, juhtida segmentindikaatorit,, konverteerrida bind dec, jne. Kaskaadlülitus ­ kõrggema taseme dekooder aktiveerib m madalama taaseme dekoo odrid, need omakord da väljundid, etc.
KATKEST TUSED ARVU UTIS (INTERR RUPT) Katkestuse täitmine: CPU lõpetab pooleli ole eva käsu PC ja PSW ssalvestatakse STACKI PCsse laetaakse uus vääärtus (Alamp programmi aalgus aadresss) Arvutid kkasutavad kaatkestusi (intterrupts) mittmesuguste ks ülesannetteks. Näitekks kui te vaju utate mingile kklahvile, saaddab klaviatuuriprotsessoor põhiprots essorile ühee katkestuse. Katkestus oon signaal, m mis sunnib p põhiprotsessorit oma töö öd hetkeks kkatkestama jja täitma mingit muud ülesanne et. Selleks salvestab prottsessor oma hetkelise tööö jätkamiseeks vajalikud andmed ja asub seejärel ssellele katke estusele vasttavat ülesannet täitma. KKatkestusedd jagunevad ka erinevateesse gruppide esse. MÄLUDEE KLASSIFIKA ATSIOON Vastuolulised nõuded: võimalikult suur maht võimalikult väiksel infokandjal võimalikult kiire võimalikult väike e energiatarve Millistel ffüüsika nähttustel põhine evad deform matsioon laeng positiivvne tagasisidde magne etilised nähtu used optiliseed nähtused viiteliin n PILET 19
REGISTRID Registriteks nim. trigeritest koosnevat seadet, mis võimaldab salvestada , säilitada ning taasesitada infot ühe sõna kaupa. Lisaks nihutatakse registri abil infosõna bitte vasakule või paremale. Sõna nihutamisega muundatakse rööpkoodis esitatud info jadakoodiks ning vastupidi. Sõna pikkus sõltub registri trigerite arvust ning võib olla väga erinev. Enam on levinud 8, 16, 24, ja 32 bitised registrid, mis vastavad sõnapikkusele 1, 2, 3 ja 4 baiti. Registrit juhitakse signaalidega: vastuvõtt (write) ja 0seade (reset). Ta on trigeritel põhinev lülitus kahendarvude registreerimiseks. Info säilib nii kaua kuni on toide sees. Bitte on võimalik sisestada ja väljastada rööbiti ja järjestikku. Rööbiti mäluregister, järjestikku nihkeregister. Registri põhiülesandeks on mitmejärgulise arvu säilitamine.Registrit võib kasutada ka arvude nihutamiseks paremale või vasakule, arvujada esituse viimiseks röökujule ja vastupidi. Sõltuvalt arvu esitusviisist jaotatakse registrid jada ja rööpregistriteks. Rööpregistrisse antakse säilitavana arvu kõik järgud korraga. Jadaregistrisse antakse arvu järgud ühekaupa tavaliselt alates nooremast järgust. Ilma nihketa register Hulk ühise juhtimisega trigereid. Nihkeregister Registrid, millesse info sisestamine ja väjastamine toimub järjestikku nim. nihkeregistriteks. Nihkeregistri koostamiseks kasut. nii RS, D kui ka JK trigereid. Nihkeregistris ühendatakse otsene ja inverteeritud väljund järgmise trigeri seadesisenditega S ja R. Seega toimub iga taktiga infosõna nihutamine ühe biti võrra. Sõltuvalt sellest kuidas trigerid omavahel ühendatakse, nihkub infosõna kas paremale või vasakule . Iga takti keskel nihutab sünkrosignaal info trigerite esimesest astmest teise. Reversiivne register selle puhul toimub kahesuunaline nihe. ALAMPROGRAMMIDE POOLE PÖÖRDUMINE Katkestustega süsteem ­ katkestus = pöördumine alamprogrammi poole CPU lõpetab poolelioleva käsu, PC (process count) & PSW (process status word) pinumällu. PCsse alamprogrammi I käsk. Vaja käsuloenduri, sest vajalik on järgmise käsu aadress. PINUMÄLU (STACK) REALISEERIMINE JA KASUTAMINE PROTSESSORIS Pinumälu (Stack) ­ ,,First In Last Out". Pinumällu kirjutamisel näitab pinumälu osuti (Stack Pointer SP või Top Of Stack ­ TOS) alati viimasele sinna kirjutatud sõnale. Seega saab lugeda esimesena ainult sinna viimasena salvestatud sõna. Sõna, mis kirjutati esimesena loetakse välja viimasena. Realiseeritakse kahel viisil: Protsessori põhimälu baasil ­ see tähendab pinumälule eraldatakse teatud mälu piirkond ja SP on salvestatud spetsiaalsesse registrisse. Alati kui toimub kirjutamine siis modifitseeritakse SP väärtust, et ta näitaks esimesele vabale pesale ja siis salvestatakse sõna. Lugemisel vastupidi. Riistvaraline realisatsioon ­ pinumälu on põhimõtteliselt rida ühise juhtimisega nihkeregistreid, kus infot saab nihutada sünkroonselt. Igale sõna bitile vastab oma nihkeregister. Kiiremat riistvaralist realisatsiooni kasutatakse spetsiaalsetes kohtades, üldotstarbelistes protsessorites on tavaliselt põhimälul põhinev realisatsioon. PILET 20
MIKROSKEEMIDE VALMISTAMISE TEHNOLOOGIAD Bipolaarsed tehnoloogiad: dioodloogika: kokku ühendatud np pooljuhid lüliti avatud, kui vool kulgeb noole suunas. Väljundvoolu hergnevustegur ­ dioodide arv loogikaskeemis piiratud, kuna vastasel juhul võib ühte dioodi hakata läbima liiga suur vool ... summa eelnenud dioodidest * I ... vana, ei kasutata TTL ­ TransistorTransistor Loogika: bipolaarne transistor ... npn = emitterbasecollector ja pnp = emitterbasecollector ... viimane on negatiivse loogika näide (invertor) kolme olekuga väljund: Enabled+x1+x2. Kui E=0, f=? väiksema energitarbega & kiirem kui eelmine STTL ­ Shotky TTL ... lisatud Shotky diood , kiire lülitumisega IIL ­ Integrated Injection Logics ... suhteliselt madalam töökiirus, suurim elemenditihedus.. TTL modifikatsioon , milles kahe transistori pnpnp osad kokku ühendet ECL ­ EmitterCoupled Logic ... väga kiire bipolaartransistoritel põhinev loogika Pooljuhtide tehnoloogia: MOS ­ Metal Oxide Semiconductor n( channel )MOS transistor: pnp poljuhid, pp pooljuhtide vahele tekib voolu juhtiv kanal , mis suleb transistori, kui pinge npooljuhi kohal = +V = H p(channel)MOS transistor: npn pooljuhid, sama lugu, ainult nüüd asub gate p pooljuhi kohal CMOS ­ Complementary MOS ... kiire, voolutarve vaid lülitumishetkel MOS on unipolaarne , energiatarve väike, suhteliselt aeglasem, kuid võimaldab suurt pakkimistihedust RISC JA CISC PROTSESSORID , MIKROPROGRAMM RISC ­ Reduced Instruction Set Computer Vähe käske. Kiire. Interpreteeriv mikroprogramm puudub, käsk läheb kohe täitmisele. kiirem käsutäitmine (paralleelselt). fix käsuformaat ­ käsu lihtsam dekodeerimine. mälu poole ainult LOAD & STORE käsud (ühes käsus 3 registeraadressi). võimas registermälu. efektiivne andmevahetus alamprogrammidega. efektiivne siirdekäskude ja alamprogrammide juhtimine. lihtsad käsud CISC ­ Complex Instruction Set Computer Palju käske. Aeglane. Interpretaatori rolli täidab kristalli pinnal realiseeritud mikroprogramm. ~ 1 CISCkäsk = 5 RISC käsku Tavaliselt on reaalsetes protsessorites RISC & CISC ideoloogia paralleelselt. Mikroprogramm ­ näiteks kui ALU ei oska riistvaras korrutada võime teha keeruka mikroprogrammi spetsiaalosa, mis realiseerib selle liitmise ja nihke kaudu. RISC ideoloogia sellist keerukat ja aeglast mikroprogrammi ei luba. Korrutamine teostatakse riistvaras ALUs või ta üldse puudub. Mikroprogrammis on olemas üldosa koos käsukoodi lugemise ja käsuloenduri modifitseerimisega ning operandide lugemine ja relsultaadi salvestamine, kuid ta puudub täitmisel. PINUMÄLU (STACK) REALISEERIMINE JA KASUTAMINE PROTSESSORIS Pinumälu (Stack) ­ ,,First In Last Out". Pinumällu kirjutamisel näitab pinumälu osuti (Stack Pointer SP või Top Of Stack ­ TOS) alati viimasele sinna kirjutatud sõnale. Seega saab lugeda esimesena ainult sinna viimasena salvestatud sõna. Sõna, mis kirjutati esimesena loetakse välja viimasena. Realiseeritakse kahel viisil: Protsessori põhimälu baasil ­ see tähendab pinumälule eraldatakse teatud mälu piirkond ja SP on salvestatud spetsiaalsesse registrisse. Alati kui toimub kirjutamine siis modifitseeritakse SP väärtust, et ta näitaks esimesele vabale pesale ja siis salvestatakse sõna. Lugemisel vastupidi. Riistvaraline realisatsioon ­ pinumälu on põhimõtteliselt rida ühise juhtimisega nihkeregistreid, kus infot saab nihutada sünkroonselt. Igale sõna bitile vastab oma nihkeregister. Kiiremat riistvaralist realisatsiooni kasutatakse spetsiaalsetes kohtades, üldotstarbelistes protsessorites on tavaliselt põhimälul põhinev realisatsioon.
PILET 21 P SUMMAA ATOR: JÄRJEESTIK, PARA ALLEEL JA KIIIRE ÜLEKAN NE Summaatoriks nim. aarvuti loogikkalülitust, mis on ette näähtud arvkoo odide aritmeeetiliseks summeerimiseks. Miitmejärgulise e kahendarvvu summaatoor koosneb mitmest üheejärgulisest summaattorist. Arvu ssummeerimisel tuleb lissaks kahe su mmeeritavaa arvu vastavvatele järkud dele liita nend dega ka noorremate järku ude summee erimisel tekkkinud ülekan nne. Seega oon ühejärgulisel summaattoril kolm sissendit ning 2 2 väljundit. ((kaks sisendiit ja kolm vääljundit?) Poolsummaator e ei arvesta liittmisel eelmisest järgust tulenevat ülekannet. Kaasutades kah hte poolsummaatorit, on n alati saadav üks täissum mmaator. Täissum mmaator arvestab liitm misel eelmise est järgust tuulenevat üleekannet Jada üllekandega e. järjestiküle ekandega summaatoris m moodustatakse väljundssignaal arvukohttade järjestikkku summee erimisega, allates kõige nnooremast (p parempoolsest) kuni kõiige vanema e ehk vasakpo oolsemani väälja. Arvukoh ha summeerrimiseks ja ülekande mo oodustamiseks kulub teaatud aeg, mida ülekande seisukohalt võib vaadeelda hilistum misena. Kunaa ülekanne toimub jäärjestikku, siiis aeglustab b see summaaatori tööd. Suure kohtaade arvu korrral on koguhilisstumine võrd dne hilistumise summagga üksikutes kohtades. Rööpülekandega e e. paralleelülekandega summaatoridd töötavad p palju kiiremini kui jadaülekaandega summaatorid. M Mitmekohalisse kahendarrvu summeeerimisel moo odustatakse ülekanne e korraga kõigi kohtade jjaoks. Seetõttu ei kulu üülekandeks liisaaega ningg summaator töötab kiiiremini kui jjadaülekande korral. Kiire üllekandega su ummaatorid d nende puhul on rakenndatud rööp pülekannde p põhimõtet kombineeritult koos jadaülekand dega. Ülekan nded on mooodustatud kkõigi kohtadee jaoks korraaga. ALAMPR ROGRAMMID DE POOLE PÖ ÖÖRDUMIN NE Katkestustega süstee em ­ katkesttus = pöördu umine alampprogrammi p poole CPU lõõpetab poolelioleva käsu, PC C (process co ount) & PSWW (process sttatus word) p pinumällu. P PCsse alamproggrammi I kässk. Vaja käsu uloenduri, se est vajalik onn järgmise kääsu aadress.. MÄLUDEE KLASSIFIKA ATSIOON Vastuolulised nõuded: võimalikult suur maht võimalikult väiksel infokandjal võimalikult kiire võimalikult väike e energiatarve Millistel ffüüsika nähttustel põhine evad deform matsioon laeng positiivvne tagasisidde magne etilised nähtuused optiliseed nähtused viiteliin n PILET 22 KOMBINATSIOON JA JÄRJESTIKSKEEMID Kombinatsioonskeem: digitaalskeem, milles, teades sisendite väärtusi, võime väljundid välja arvutada üheselt, väljundid on määratud üksüheselt sisendite väärtustega. Järjestikskeem: digitaalskeem, milles väljundi väärtus sõltub eelmistest, eelnevatel diskreetse aja hetkedel I/Os olnud väärtustest ­ skeemil on mäluolek. Positiivne vs negatiivne loogika. Täielikult vs mittetäielikult määratud Boole' Enamkasutatavaid järjestikskeeme KÄSU TÄITMINE PROTSESSORIS e. von Neumanni tsükkel.
a) käsukoodi laadimine (käsuloendurisse) b) käsuleonduri modifitseerimine : PC:=PC+1 käsu aadress mälu aadressiregistrisse + read mälupesa sisu mälu puhverregistrisse mälu puhverregistrist kood käsuregistrisse + ALUsse c) Käsukoodi dekodeerimine d) käsu täitmine juhtautomaadi sisendid, mille käsudekooder aktiveeris ALU seadistamine
PINUMÄLU (STACK) REALISEERIMINE JA KASUTAMINE PROTSESSORIS Pinumälu (Stack) ­ ,,First In Last Out". Pinumällu kirjutamisel näitab pinumälu osuti (Stack Pointer SP või Top Of Stack ­ TOS) alati viimasele sinna kirjutatud sõnale. Seega saab lugeda esimesena ainult sinna viimasena salvestatud sõna. Sõna, mis kirjutati esimesena loetakse välja viimasena. Realiseeritakse kahel viisil: Protsessori põhimälu baasil ­ see tähendab pinumälule eraldatakse teatud mälu piirkond ja SP on salvestatud spetsiaalsesse registrisse. Alati kui toimub kirjutamine siis modifitseeritakse SP väärtust, et ta näitaks esimesele vabale pesale ja siis salvestatakse sõna. Lugemisel vastupidi. Riistvaraline realisatsioon ­ pinumälu on põhimõtteliselt rida ühise juhtimisega nihkeregistreid, kus infot saab nihutada sünkroonselt. Igale sõna bitile vastab oma nihkeregister. Kiiremat riistvaralist realisatsiooni kasutatakse spetsiaalsetes kohtades, üldotstarbelistes protsessorites on tavaliselt põhimälul põhinev realisatsioon.
PILET 23
MIKROSKEEMIDE VALMISTAMISE TEHNOLOOGIAD Bipolaarsed tehnoloogiad: dioodloogika: kokku ühendatud np pooljuhid lüliti avatud, kui vool kulgeb noole suunas. Väljundvoolu hergnevustegur ­ dioodide arv loogikaskeemis piiratud, kuna vastasel juhul võib ühte dioodi hakata läbima liiga suur vool ... summa eelnenud dioodidest * I ... vana, ei kasutata TTL ­ TransistorTransistor Loogika: bipolaarne transistor ... npn = emitterbasecollector ja pnp = emitterbasecollector ... viimane on negatiivse loogika näide (invertor) kolme olekuga väljund: Enabled+x1+x2. Kui E=0, f=? väiksema energitarbega & kiirem kui eelmine STTL ­ Shotky TTL ... lisatud Shotky diood, kiire lülitumisega IIL ­ Integrated Injection Logics ... suhteliselt madalam töökiirus, suurim elemenditihedus.. TTL modifikatsioon, milles kahe transistori pnpnp osad kokku ühendet ECL ­ EmitterCoupled Logic ... väga kiire bipolaartransistoritel põhinev loogika Pooljuhtide tehnoloogia: MOS ­ Metal Oxide Semiconductor n(channel)MOS transistor: pnp poljuhid, pp pooljuhtide vahele tekib voolu juhtiv kanal, mis suleb transistori, kui pinge npooljuhi kohal = +V = H p(channel)MOS transistor: npn pooljuhid, sama lugu, ainult nüüd asub gate p pooljuhi kohal CMOS ­ Complementary MOS ... kiire, voolutarve vaid lülitumishetkel. MOS on unipolaarne, energiatarve väike, suhteliselt aeglasem, kuid võimaldab suurt pakkimistihedust. PROTSESSORI ÜLDSTRUKTUUR Protsessor teostab mitmesuguseid operatsioone mälus paiknevate käskude järgi. Protsessori koosseisu kuulub ALU, juhtautomaatmikroprogrammautomaat, mitu registrit ning vahemälu. Käsuloenduri ülesandeks on järjestikuste käskude lugemine PC aadressi järgi. Käsuloendur saab järgneva käsu aadressi ???st (juhtautomaadist arvatavasti ... või siis programmistilt). Saadab Read signaali ja mälu aadressi Mäluaadressi Registrisse, kus selle järgi leitakse mälust vastav pesa ja kirjutatakse selle sisu Mälu Puhverregistrisse, sealt omakorda käsukood ning operand(id) käsuregisreisse. Mälust saadud käsk säilitatakse käsuregistris kuni käsudekooder selle identifitseerib. Käsudekoodrist liigub vastavast väljundist signaal juhtautomaati. Juhtautomaat saadab juhtsignaalid operatsiooniautomaati. Operatsiooniautomaat loeb nõutud andmed oma suurde registermälusse ning saadab andmed ALUsse, mis juhtautomaadi käskude järgi teeb vastavad tehted . Lippude register saadab samuti operande ALUsse. PUUDUTUSTUNDLIK EKRAAN takistusel põhinev ­ ekraanil on läbipaistev takistite maatriks, mille peal on elektrit juhtiv kile. Vajutades mingis punktis sellele kilele tekib ühendus mingi punktiga takistite maatriksis. Kui nüüd sellele maatriksile on antud külgedel mingi pinge nt. 1V, siis selle pinge näitabki tema asukohta maatriksil nii X kui ka Y suunal. mahutuvusel põhinev ­ ekraani pinnal on kaks läbipaistvat juhtivat kihti, mis on eristatud isolaatoriga. Need juhtivad kihid moodustavad mahtuvuse (kondensaator). Neist kihtidest alumisele juhitakse läbi takistite nurkadesse vahelduv vool. Kui nüüd inimese sõrm (mis omab ka teatud mahtuvust) puudutab välimist kihti muutub ka kogu ekraani mahtuvus, mis mõjutab ka vahelduv voolu. Kui punktide puudutuse mõju on teada, saab määrata koordinaadid.