ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: ΤΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΥΛΙΚΟΥ – ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΣΕ ΕΝΑΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ.

Παρουσίαση με θέμα: "ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: ΤΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΥΛΙΚΟΥ – ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΣΕ ΕΝΑΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: ΤΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΥΛΙΚΟΥ – ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΣΕ ΕΝΑΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ

2 ΜΙΑ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΑΠΟΨΗ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

3 ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ & ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ  Οι Μικροϋπολογιστές είναι ψηφιακά συστήματα που «προγραμματίζονται» από τον άνθρωπο με την χρήση γλωσσών προγραμματισμού ή εν γένει με την χρήση του Λογισμικού ή Software (S/W).  Αποτελούν το επόμενο «στρώμα», πάνω από το κατώτερο και πρωτογενές «στρώμα» της ψηφιακής τεχνολογίας.  Η ψηφιακή λογική δημιουργεί την υποδομή για να αναπτυχθεί ο μικροϋπολογιστής και το λογισμικό.  Η επιστήμη της Πληροφορικής αναπτύσσεται πάνω στην υποδομή που δημιουργούν οι μικροϋπολογιστές και το λογισμικό.

4 ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ & ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ

5 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

6 Συστήματα Μικροεπεξεργαστών vs Ενσωματωμένα Συστήματα Συστήματα Μικροεπεξεργαστών Γενικού σκοπού υπολογιστικά συστήματα Δυνατότητα εκτέλεσης μεγαλύτερου εύρους εφαρμογών Μεγαλύτερη ποικιλία διαμόρφωσης διαθέσιμου υλικού Μεγαλύτερη ευελιξία επαναπρογραμματισμού - ταυτόχρονης εκτέλεσης προγραμμάτων Πολλές φορές δεν εκμεταλλευόμαστε βέλτιστα το διαθέσιμο υλικό Πολλές φορές ο κώδικας δεν είναι βέλτιστος Χρειαζόμαστε περισσότερα και πιο αργά κυκλώματα ελέγχου για να συνεργαστούν τα διάφορα components

7 Συστήματα Μικροεπεξεργαστών vs Ενσωματωμένα Συστήματα Ενσωματωμένα Συστήματα Ειδικού σκοπού-εφαρμογής υπολογιστικά συστήματα Αναπτύσσονται με στόχο την βέλτιστη απόδοση σε ένα συγκεκριμένα έργο Το υλικό που συναποτελεί το ενσωματωμένο σύστημα είναι βέλτιστο για το στόχο χρήσης του συστήματος Το λογισμικό είναι βέλτιστο για το στόχο χρήσης του συστήματος Το σύστημα για την συγκεκριμένη εργασία είναι πιο γρήγορο- αποδοτικό από ένα αντίστοιχο σύστημα μικροεπεξεργαστή Πιο οικονομικό

8 Συστήματα Μικροεπεξεργαστών vs Ενσωματωμένα Συστήματα

9 Microcontrollers

10 Συστήματα Μικροεπεξεργαστών vs Ενσωματωμένα Συστήματα

11 Βασικές Αρχές Μικροϋπολογιστικών Συστημάτων Ο ρόλος της CPU O ρόλος της μνήμης Ο ρόλος της Ε/Ε Ο ρόλος των διαύλων

12 Βασικές Αρχές Μικροϋπολογιστικών Συστημάτων Είδη διαύλων Σήματα ελέγχου Συνδυασμοί σημάτων ελέγχου

13 Αρχιτεκτονική Μικροεπεξεργαστών Μια ΚΜΕ παρουσιάζει ομοιότητες με ένα μΥ-Σ H μονάδα ελέγχου ουσιαστικά παίζει το ρόλο της CPU στην αρχιτεκτονική αυτή

14 Μονάδα Ελέγχου σε μια ΚΜΕ Όσο οι δυνατότητες του υλικού αυξάνονται και από την άλλη οι compilers γίνονται όλο και πιο αποδοτικοί  Η πλάστιγγα έχει γυρίσει προς προγραμματιζόμενη λογική Η Μονάδα Ελέγχου καθορίζει την μετάβαση μεταξύ των τριών βασικών καταστάσεων της CPU Επιπλέον τρόποι λειτουργίας: user mode, supervisor mode

15 Μονάδα Ελέγχου σε μια ΚΜΕ Βασικές λειτουργίες κάθε εντολής Κλήση Εντολής: Μεταφέρεται από τη μνήμη και από την θέση που δείχνει ο μετρητής προγράμματος PC ο κώδικας της επόμενης εντολής Αποκωδικοποίηση: Αν είναι που περιέχει και άλλα byte δεδομένων, τότε εκτελείται το 3 ο βήμα (αλλιώς παραλείπεται) Μεταφορά από τη μνήμη της υπόλοιπης εντολής Εκτέλεση της εντολής

16 Εσωτερικοί Καταχωρητές Μετρητής Προγράμματος PC Καταχωρητής ειδικού σκοπού με εντελώς συγκεκριμένο ρόλο: Δείχνει την διεύθυνση της επόμενης προς εκτέλεση εντολής Άρα η μονάδα ελέγχου γνωρίζει με σαφήνεια που θα βρεί την επόμενη εντολή που πρέπει να διαχειριστεί Τα δεδομένα που διαβάζονται από την συγκεκριμένη διεύθυνση μεταφέρονται στον καταχωρητή IR (Instruction Register) H πρώτη λέξη της εντολής είναι πάντα ο κωδικός της εντολής op-code Με βάση αυτόν η μονάδα ελέγχου γνωρίζει ακριβώς ποιες μικρολειτουργίες πρέπει να γίνουν

17 Εσωτερικοί Καταχωρητές Πολλές φορές οι εντολές έχουν επιπλέον ορίσματα Οι εντολές έχουν αποτελέσματα Για τους σκοπούς αυτούς χρησιμοποιούνται οι εσωτερικοί καταχωρητές γενικού σκοπού που κάθε αρχιτεκτονική χρησιμοποιεί Η διαχείριση δεδομένων των καταχωρητών γενικού σκοπού είναι πολύ πιο γρήγορη από την αντίστοιχη διαχείριση μέσω μνήμης Όσο περισσότεροι είναι τόσο μεγαλύτερη ευελιξία

18 Αριθμητική Λογική Μονάδα Σύνολο κυκλωμάτων που δέχονται σαν είσοδο δύο ορίσματα και υλοποιούν αριθμητικές/λογικές εντολές Κατ’ ελάχιστο εκτελούν Δυαδική πρόσθεση / αφαίρεση Λογικό AND, OR, XOR Συμπλήρωμα Ολίσθηση / περιστροφή Πολλαπλασιασμός / διαίρεση (εισήχθησαν από 16bit και άνω)

19 Αριθμητική Λογική Μονάδα Σύνολο επιπλέον FF δημιουργούν τον flag register Κρατάει πληροφορίες για την προηγούμενη πράξη που πιθανόν αφορά την τρέχουσα Αν προέκυψε κρατούμενο, αν χρειάστηκε δανεικό, αν το αποτέλεσμα ήταν μηδέν Στην πιο γενική μορφή της

20 Αριθμητική Λογική Μονάδα Μια απεικόνιση επηρεασμένη από παλιότερη έκδοσης Intel επεξεργαστές

21 Κατάσταση του Επεξεργαστή Όλες οι απαραίτητες πληροφορίες για την πλήρη περιγραφή της λειτουργίας, κατάστασης και σημείου εκτέλεσης ενός κώδικα του επεξεργαστή Βασική πληροφορία όταν θέλουμε να διακόψουμε προσωρινά μια εκτέλεση και να γυρίσουμε αργότερα Κάλεσμα υπορουτίνας, Interrupt, Εκτέλεση πολλαπλών προγραμμάτων Περιερχόμενα όλων των καταχωρητών Ειδικού σκοπού, Γενικού σκοπού, Ελέγχου

22 Μνήμη Στοίβας (Stack Memory) Συγκεκριμένη περιοχή στην RAM με ειδικό τρόπο πρόσβασης LIFO λογική PUSH – POP εντολές πρόσβασης Χρησιμοποιείται για πέρασμα παραμέτρων υπορουτίνας Χρησιμοποιείται όταν θέλουμε να αποθηκεύσουμε προσωρινά δεδομένα

23 Μνήμη Στοίβας (Stack Memory)

24