background image

1

1

Architektura Systemów Komputerowych

Wykład 1

Pojęcia podstawowe. Systemy liczbowe.

2

Warunki uzyskania zaliczenia:

‰

Obecność na laboratoriach

‰

Pozytywna ocena z pracy na  laboratorium

‰

Pozytywna końcowa ocena z testu wyboru 
(wykład+laboratorium)

Architektura Systemów Komputerowych

3

Literatura i materiały:

‰

W. Stallings, Organizacja i architektura systemu komputerowego, 
Projektowanie systemu a jego wydajność, Wydawnictwa Naukowo-
Techniczne

‰

G.Syck, Turbo Assembler. Biblia Użytkownika, LT&P, Warszawa 1994

‰

J.Scanlon, Assembler 80286/80386

‰

J.Biernat, Architektura komputerów, Oficyna Wydawnicza Politechniki 
Wrocławskiej, Wrocław, 1999

‰

P.Metzger, Anatomia PC,  Helion

‰

Randall Hyde, Profesjonalne programowanie. Część 1. Zrozumieć 
komputer, 2005

‰

Czasopisma specjalistyczne i popularnonaukowe

4

System komputerowy

SK

składa

się

ze

współzależnych

zespołów

elementów.

Charakteryzuje się go poprzez określenie jego

‰

struktury (tj. sposobu powiązania zespołów)

‰

i funkcjonowania (tj. działania jego poszczególnych zespołów).

Wyróżnia się przy tym następujące poziomy systemu:

‰

sprzęt komputerowy,

‰

system operacyjny (oprogramowanie systemowe),

‰

oprogramowanie użytkowe (aplikacje).

background image

2

5

Architektura

– odnosi się do tych atrybutów systemu, które są

widzialne dla programisty, czyli inaczej mają bezpośredni wpływ na
logiczne wykonywanie programu.

Organizacja

to opis zależności sprzętowych, przedstawienie

poszczególnych podzespołów komputera który funkcjonuje według
pewnych zasad, współpracuje ze sobą by osiągnąć określony cel.

‰

lista instrukcji, liczba bitów stosowana do reprezentacji danych,
mechanizm I/O, techniki adresowania;

‰

czy dostępna jest operacja mnożenia?

‰

sygnały sterujące, interfejsy, technologia wykonania pamięci

‰

np. czy mnożenie jest realizowane sprzętowo, czy przez sekwencję
dodawań?

Architektura a Organizacja

systemu komputerowego

6

Warstwy systemu komputerowego

Struktura systemu komputerowego jest struktura hierarchiczną i
składa się z pięciu zasadniczych warstw tj.:

‰

warstwa sprzętowa,

‰

system operacyjny,

‰

programy narzędziowe,

‰

programy użytkowe

‰

użytkownicy.

7

Warstwy systemu komputerowego

Sprzęt

– zapewnia podstawowe możliwości obliczeniowe (procesor,

pamięć, urządzenia wejścia/wyjścia) – podstawowe zasoby systemu
komputerowego.

Oprogramowanie systemowe

– kontroluje i koordynuje użycie zasobów

sprzętowych poprzez różne programy użytkowe dla różnych użytkowników.

Oprogramowanie narzędziowe

– wspomaga zarządzanie zasobami

sprzętowymi poprzez dogodne interfejsy użytkowe oraz usprawnia,
modyfikuje oprogramowanie systemowe.

Programy użytkowe

– określają sposoby, w jakie zostają użyte zasoby

systemowe do rozwiązywania problemów obliczeniowych zadanych przez
użytkownika (kompilatory, systemy baz danych, gry, oprogramowanie
biurowe).

Użytkownicy

– osoby, maszyny, inne komputery, które mają bezpośredni

kontakt z oprogramowaniem użytkowym.

8

Klasyfikacja systemów komputerowych

‰

Systemy 

ogólnego przeznaczenia

(np. komputery osobiste, stacje 

robocze)

‰

Systemy 

czasu rzeczywistego

(np. systemy sterowania 

procesami przemysłowymi, monitoringu)

‰

Systemy 

wbudowane 

(np. mikrokontrolery, zwykle występują bez 

klawiatury, wyświetlacze)

‰

Systemy 

wielozadaniowe

(w systemach tych procesor wykonuje 

na przemian wiele różnych zadań)

background image

3

9

Klasyfikacja systemów komputerowych

‰

Systemy 

wielodostępowe

(każdy użytkownik współpracujący z 

określonym zadaniem pracuje przy osobnym terminalu 
wyposażonym w urządzenia wejścia wyjścia)

‰

Systemy 

wieloprocesorowe

(posiadają kilka współpracujących ze 

sobą procesorów, systemy równoległe)

‰

Systemy 

rozproszone

(zbudowane w oparciu o niejednorodne 

jednostki, podsystemy mogą mieć różne przeznaczenie) 

10

Funkcje i główne bloki komputera

‰

Funkcje

…

przesyłanie danych

…

przechowywanie danych

…

przetwarzanie danych

…

funkcje sterujące

‰

Bloki funkcjonalne

…

pamięć

…

podsystem I/O

…

procesor (arytmometr)

…

procesor (układ sterujący)

11

Operacja 1 – przesyłanie danych

Przemiesz-

czanie

I/O

Sterowanie

Przetwa-

rzanie

Pamięć

12

Operacja 2 – przechowywanie danych

Przemiesz-

czanie

I/O

Sterowanie

Przetwa-

rzanie

Pamięć

background image

4

13

Operacja 3 – przetwarzanie danych (1)

Przemiesz-

czanie

I/O

Sterowanie

Przetwa-

rzanie

Pamięć

14

Operacja 4 – przetwarzanie danych (2)

Przemiesz-

czanie

I/O

Sterowanie

Przetwa-

rzanie

Pamięć

15

Bloki funkcjonalne komputera

Wyróżnia się 5 bloków:

Sterowanie    

Arytmometr     

Pamięć

Procesor

Wejście

Wyjście

16

Architektury komputerów

‰

Architektura Harwardzka

‰

Zmodyfikowana architektura Harwardzka

‰

Architektura SHARC (Super Harvard ARChitecture)

‰

Architektura von Neumanna

‰

Zmodyfikowana architektura von Neumanna

background image

5

17

Architektura Harwardzka

o

Rozkazy i dane przechowywane są 
w oddzielnych pamięciach.

o

Organizacja pamięci może być 

różna (inne długości słowa danych i 
rozkazów).

o

Komputer posiada 2 magistrale, 

rozkazów oraz danych.

o

Możliwość pracy równoległej –

jednoczesny odczyt z pamięci 
programu oraz pamięci danych,

o

Stosowana m.in. w 

mikrokontrolerach jednoukładowych. 

RAM DANYCH

RAM 

PROGRAMU

obszar I/O

CPU

ADRES 2

ADRES

DANE 2

DANE 2

18

Architektura von Neumanna

o

Ścisły podział komputera na 3 podstawowe 

części: procesor, pamięć i urządzenia wejścia 
wyjścia

o

Program oraz dane umieszczone są we 

wspólnej pamięci.

o

Nie da się rozróżnić danych o rozkazów 

(instrukcji).

o

Dane nie mają przypisanego znaczenia.

o

Pamięć traktowana jest jako liniowa tablica 

komórek, które identyfikowane są przy 
pomocy dostarczanego przez procesor 
adresu.

o

Procesor ma dostęp do przestrzeni 

adresowej, dekodery adresowe zapewniają 
mapowanie pamięci na rzeczywiste układy. 

RAM

(PROGRAMU

I DANYCH)

obszar I/O

CPU

ADRES

DANE 2

19

Systemy liczbowe

System liczbowy

– zestaw reguł umożliwiających przedstawienie 

liczb za pomocą określonych symboli (cyfr) oraz wykonywanie na tych 
liczbach określonych działań (operacji arytmetycznych).

‰

pozycyjne

systemy liczbowe – znaczenie cyfry (wartość) jest 

uzależnione od pozycji, które zajmuje w liczbie (przykład: system 
dziesiętny, np. 7744)

‰

niepozycyjne (addytywne)

systemy liczbowe – znaczenie cyfry 

jest niezależne od zajmowanej pozycji w liczbie (przykład: system 
rzymski, np. XVIII ).

20

Cyfrowa reprezentacja wartości

W technice komputerowej wykorzystywane są głównie systemy: 

‰

dwójkowy

‰

ósemkowy

‰

dziesiątkowy

(dziesiętny)

‰

szesnastkowy

(heksadecymalny).

‰

system dwójkowy: {0, 1}

‰

system ósemkowy: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7},

‰

system dziesiętny: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9},

‰

system szesnastkowy:{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F } –
(A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15)

background image

6

21

Systemy pozycyjne wagowe

22

Systemy pozycyjne wagowe

23

System dziesiętny 

Cyfry mogą przyjmować dziesięć różnych wartości: 0,1..9

12 =  2*1 + 1*10 = 2*10

0

+ 1*10

+ 0*10

2

+ ...

012 =  2*10

0

+ 1*10

+ 0*10

2

+ ... = 12  

24

Pojemność liczby

Maksymalna wartość, jaką można zapisać w danym systemie 
liczbowym na 

pozycjach całkowitych i 

pozycjach ułamkowych.

1

=

m

p

m

p

L

(

) (

)

n

m

p

n

m

p

p

L

+

=

1

1

,