Tietokonetekniikka 3 Tietokoneen Rakenteen ja toiminnan perusteet

Esitys aiheesta: "Tietokonetekniikka 3 Tietokoneen Rakenteen ja toiminnan perusteet"— Esityksen transkriptio:

1 Tietokonetekniikka 3 Tietokoneen Rakenteen ja toiminnan perusteet
Lähde: Haltsonen, S., Rautanen, E. Pieka TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

2 3.1 Tietokoneen perusrakenne
Katso kuva 3-1 ja muistikartta ! Aritmeettislooginen yksikkö ALU (arithmetic logic unit) Mm. rekisteriryhmä sisältää rekistereitä (register), joihin talletetaan toiminnan aikana tarvittavia tietoja ja muistiosoitteita (memory address) tai muistiosoitteiden laskemisessa tarvittavia tietoja. TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

3 Kuva 3-1 Tietokoneen rakenne
TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

4 Tietokoneen rakenne ja toiminnalliset osat sekä nimistöä
TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

5 3.2 Tietokoneen konekieli
Tietokoneen muistissa olevaa ohjelmaa kutsutaan konekieliseksi ohjelmaksi. Konekieli on binäärikoodia eli 0:a ja 1:ä, joka on ohjelmalistoissa ja jäljityksessä heksa –muodossa.   DDRB=0x01; // Korkean tason ohjelmointikieli 00009a e0e LDI R30,LOW(1) 00009b bbe OUT 0x17,R30 Osoite | konekoodi | symbolinen konekoodi, ASM TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

6 Konekielisten käskyjen muodot Käskykanta, Instruction set
TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

7 3.3 Käskyjakso, Instruction cycle
Yhden käskyn käsittely koostuu käskynhausta (fetch) ja suorituksesta (execution). Käskyjakson vaiheet: Käskyn hakeminen ohjelmamuistista Käskyn tulkitseminen eli dekoodaus Operandien (kohde-, lähde - rekisteri) hakeminen Operaatioiden (konekäskyjen) suorittaminen Tulosten tallentaminen Seuraavan käskyn sijaintipaikan selvittäminen TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

8 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet
Kuva 3-2. Käskyn haku TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

9 Kuva 3-3. Muistiin viittaavan käskyn suorittaminen (a) ja (b)
TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

10 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

11 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

12 3.4 Von Neumann ja Hardvard -arkkitehtuurit
Joko perusteet: Von Neumann -arkkitehtuuri Yhtenäinen muistiavaruus ohjelman ja työmuistin yhteys kulkee yhteisen väylän kautta. Hardvard -arkkitehtuuri Kullakin oma muistiavaruus Piirit ovat erillisessä muistiavaruudessa TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

13 Von Neumann -arkkitehtuuri
TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

14 Kuva 3-4. Von Neumann -arkkitehtuuri
TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

15 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet
von Neumann tietokonearkkitehtuuri Memory-mapped I/O Yhtenäinen muistiavaruus ohjelma- että työmuistin yhteys kulkee yhteisen väylän kautta. TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

16 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet
CodeVisionAVR SRAM Memory Organisation Muistikartta Katso CVAVR:n muistin jako stack 256 -> 512 Hardware Stack ! GPR sfrb Pino yleiset muuttujat SP Keko TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

17 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet
Harvard TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

18 Kuva 3-5. Hartvard -arkkitehtuuri
TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

19 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet
Harvard tietokonearkkitehtuuri Piirit ovat erillisessä muistiavaruudessa Kullakin oma muistiavaruus ohjelmamuisti ja työmuisti sekä liitäntälaitteet ovat kukin erikseen liitetty suorittimeen. TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

20 3.5 CISC- ja RISC –koneet Jakoperusteet:
CISC (Complex instruction set computer) Käskykannassa runsaasti käskyjä Käskykanta ja tietokoneen rakenne ovat mutkikkaita. RISC (reduced instruction set computer) Käskykanta on yksinkertainen. Tietokoneen rakenne on yksinkertainen ja se on optimoitu suorittamaan yksinkertainen käskykanta tehokkaasti. TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

21 RISC –koneiden yhteisiä ominaisuuksia
Jokaisella kellojaksolla aloitetaan uuden käskyn suoritus. Yhden käskyn suoritus voi kestää useita kellojaksoja TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

22 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet
RISC –koneiden yhteisiä ominai-suuksia TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

23 3.6 Tietokoneen monitasomalli
Virtuaalikone ks. Kuva 3-6 ! Nelitasomalli ks. Kuva 3-7 ! TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

24 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

25 Kuva 3-6. Monitasoinen tietokone
TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

26 Kuva 3-7. Nelitasoinen tietokone
TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

27 TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

28 3.7 Laitteiston ja ohjelmiston abstraktiotasot
Ks taulukko 3-1. Laitteiston abstraktiotaso TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

29 3.8 Tietokoneen arkkitehtuuri ja organisaatio
Tietokoneen arkkitehtuuri tarkoittaa Ohjelmoijalle näkyviä ominaisuuksia ja niitä ominaisuuksia, joita ohjelmoija hyödyntää ohjelmaa kirjoittaessaan. Tietokoneen organisaatio puolestaan ohjelmoijalle näkymättömiä tietokoneen ominaisuuksia eli toimintayksikön sisäisiä rakenneratkaisuja ja yksiköiden välisiä liitäntöjä. TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet

30 3.9 Tietokoneen tehokkuus
Tehokkuus (performance) eli laskentateho Laitteisto ? Käyttöjärjestelmä ? TK:n rakenteen ha toiminnan perusteet