České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická
Struktura a architektura počítačů
Ver.1.30
Úvod
Architektura počítače
Návrhový proces
J. Zděnek / M. Chomát 2014
Přednáší Ing. Miroslav Chomát, CSc.
Cvičí Ing. Radek Havlíček, Ph.D.
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 2
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 3
Struktura a architektura počítačů
Původní koncepce a obsahová náplň předmětu SAP "Struktura a architektura počítačů" byla
vytvořena kolektivem Katedry počítačů ČVUT FEL pod vedením doc. Ing. Hany Kubátové, CSc. a takto byl předmět SAP pro program STM "Softwarové technologie a management"
akreditován. Předmět byl poprvé v programu STM vyučován v roce 2007
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 4
Struktura předmětu
• Číslicový počítač, struktura, jednotky, propojení • Logické obvody, formy popisu,
• Kombinační obvody, návrh a ralizace z hradel • Sekvenční obvody, návrh a realizace
• Typické kombinační obvody v číslicových počítačích, realizace • (sčítačky, kodéry, multiplexery, registry, čítače)
• Data, jejich zobrazení a zpracování • Realizace aritmetických operací • Soubor instrukcí a strojový kód • Systémová struktura počítače • Procesor • Systém přerušení • Paměti • Periferie (vstupní a výstupní zařízení) • Procesory CISC a RISC
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 5
Cíle předmětu
• Globální přehled o architektuře počítačů a jejím vývoji, včetně historických souvislostí
• Náplň odpovídá předmětům „Digital Design“
• Navazuje na A7B31ELI a A7B36ALG
• Využívá programovatelné obvody
• Seznamuje s moderními návrhovými CAD nástroji
• Seznamuje s postupem návrhu číslicových obvodů včetné metodiky ověření návrhu v hardware
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 6
Podmínky zápočtu a zkoušky
• Předmět A7B14SAP: 2+2 týdně, zápočet, zkouška • Cvičení – všechna laboratorní • Zápočet za body z laboratorních úloh a dvou testů na cvičení:
• Max 65 bodů, na zápočet min 30 bodů • 24 bodů – čtyři fungující laboratorní úlohy
• 6 bodů - Kombinační obvody (blok KOM) • 6 bodů – Sekvenční obvody (blok SEQ) • 6 bodů – Systémová architektura počítače (blok SYS) • 6 bodů – Instrukční soubor (blok ISA)
• 36 bodů – dva testy na cvičení (Test1 16 bodů, Test2 20 bodů) • 5 bodů – aktivita na cvičení
• Zkouška: • Min 55 bodů ze cvičení = zkouška jen malá ústní (hodnocení A, B, C) • Jinak body ze cvičení + písemný zkouškový test (až 35 bodů, min 10) • Možnost: +ústní zkouška (odečte se 10 bodů, možno získat 20 bodů)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 7
Program laboratorních cvičení
• Bloky KOM a SEK se cvičí na CAD systému Xilinx ISEWebpack a FPGA Spartan
• Bloky SYS, ISA se cvičí na IDE Microchip MPLAB a pic18F
• Software ISEWebpack i MPLAB jsou pro domácí práci studentů k dispozici ke stažení z webu a instalaci zdarma
• Úspěšné řešení laboratorních úloh => předpokládá účast na přednáškách a podstatnou domácí přípravu
Týden Blok Program Týden Blok Program
1. - Úvod do ISE 7. - Úvod do MPLAB 2. KOM Kombinační obvody 8. SYS Systémová architektura 3. KOM Kombinační obvody 9. SYS Systémová architektura 4. SEK Sekvenční obvody 10. ISA Instrukční soubor 5. SEK Sekvenční obvody 11. ISA Instrukční soubor 6. - Test 1 12. - Test 2
13. - Dodatečné odevzdání úloh
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 8
Zdroje informací
• Přednášky k předmětu A7B14SAP
• Web předmětu A7B14SAP • http://motor.feld.cvut.cz
• Řešené příklady na webu předmětu • Návody k přípravkům používaných v laboratorních cvičeních (jsou na webu
předmětu) • Návod na stažení a instalaci CAD Xilinx ISEWebpack (web předmětu) • Návod na stažení a instalaci IDE Microchip MPLAB (web předmětu) • Firemní materiály firem Digilent a Microchip k přípravkům používaných
v laboratorních cvičeních (web předmětu) • On line help v ISEWebpack • On line help v MPLAB • Pinker J., Poupa M.: Číslicové systémy a jazyk VHDL, BEN, Praha 2006.
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 9
Co je číslicový počítač (Digital Computer)?
• Zobrazení dat • Nespojité – diskrétní (digitální, číslicové) • Spojité – analogové
• Počítač
• Číslicový – nespojité zobrazení dat • Analogový – spojité zobrazení dat • Hybridní – oba způsoby
PočítačVstupní data Výstupní data
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 10
Technologie – dramatický rozvoj
• Procesory • Logická kapacita: o 30% za rok • Hodinová frekvence: o 20% za rok
• Hlavní paměť
• DRAM kapacita: o 60% za rok (4x každé 3 roky) • Rychlost – přístupová doba: o 10% za rok • Cena za bit: snížení o 25% za rok
• Disk
• Kapacita: o 60% za rok • Využití dat: o 100% každých 9 měsíců
• Počítačové sítě
• Sířka pásma o 100% za rok!
Mooreův zákon
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 11
Mooreův zákon
„The number of transistors on a chip doubles every 18 months,“ By Intel co-founder Gordon Moore regarding the pace
of semiconductor technology. He made this famous comment in 1965 when there were approximately 60 devices on a chip. Proving Moore's law to be rather accurate, four decades later,
Intel place 1.7 billion transistors on its Itanium chip. In 1975, Moore extended the 18 months to 24 months.
More recently, he said that: „The cost of a semiconductor manufacturing
plant doubles with each generation of microprocessor“.
Foto: www.wikipedia.org
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 12
Mooreův zákon
Core i7
4004
8080A
1.000.000 x
40 let
Počet transistorů na čipu
8086
Pentium
Zdroj: www.wikipedia.org
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 14
Historie – vývojové mezníky
• 3000 let př.n.l. – Babylon – vynalezen Abakus
Starověký Řím Současný model
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 15
Historie – vývojové mezníky • 1623 – W. Schickard – první mechanický kalkulátor • 1642 – B. Pascal – více rozšířený mechanický kalkulátor • 1834 – Ch. Babbage - kalkulátor pro výpočet logaritmů • 1792-1871 – Charles Babbage – analytical engine (1834)
• První skutečný počítač • Měl čtyři části
• Store (paměť), Mill (CPU), Input section (čtečka děrných karet – z měděného plechu), Output section (děrovačka karet). Neměl operační systém.
• Kapacita paměti – 1000 slov (slovo 50 dekadických cifer) • Mill četl operandy z paměti, uměl +, -, *, -, a výsledek zapsal
zpět do paměti. • Velký pokrok – počítač byl universální, četl program a data
z děrných karet a výsledek přenesl do výstupních karet • Programoval se v jednoduchém assembleru • Programátorka – Ada Lovelace (dcera básnika Byrona)
• Počítač nikdy nepracoval uspokojivě, nepřesné mech.součásti Literatura: [2],[3]
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 16
Historie – vývojové mezníky
• 1854 – G. Boole – matematické základy logiky
• 1890 – H. Holleright – založil TMC z niž v r. 1924 vzniklo IBM • 1936 – A. M. Turing – teorie konečných automatů (FSA, FSM) • 1938 – K. Zuse – první binární elektromechanický kalkulátor • 1943 – fa IBM & Harvard un. – MARK 1 – velký elektromech. kalkulátor • 1944 – Pennsylvania un. – ENIAC – první zcela funkční elektronický kalk.
• 1947 – W. Schockley, W. Brattain, J. Bardeen – vynález tranzistoru
• 1951 – fa UNIVAC – první komerční počítač • 1953 – fa IBM – elektronický počítač IBM 701 • 1958 – fa Texas Instruments – první integrovaný obvod • 1959 – fa Fairchild – planární proces – základ masové výroby integr. obvodů • 1963 – fa Fairchild – první hradla MOSFET (CMOS)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 17
Historie – vývojové mezníky
• 1963 – fa DEC – první minipočítač • 1965 – G. Moore – „Mooreův zákon“ o rychlosti růstu integrace • 1969 – fa IBM – programovatelné logické pole (PLA) na čipu • 1971 – fa Intel – první mikroprocesor (i4004) • 1978 – fa Monolitc Memories – „Programmable Array Logic“ (PAL pak GAL) • 1979-81 – Embedded mikroprocesory (8048, 8051, Z8, …) • 1982 – fa Texas Instruments – Signálový procesor • 1981 – fa IBM – osobní počítač (PC) • 1983 – Intermetrics, IBM, Texas Instruments – VHDL (Hardware Description
Language) – jazyk pro návrh a simulaci logických obvodů • 1984 – fa XILINX – obvody FPGA „Field Programmable Gate Arrays) • 1984 – fa GDA – Verilog – jazyk pro návrh logických obvodů • 1987 – VHDL IEEE standardem • 1995 – Verilog IEEE standardem
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 18
Historie – blízká minulost - shrnutí
• Více než 50 let od vytvoření 1. univerzálního elektronického počítače • Dnešní PC jsou výkonnější než počítač z r. 1980 za miliony
• HW průlom: VLSI technologie a mikroprocesory (70. léta)
• SW průlom: univerzální na výrobci nezávislé OS (UNIX) a přechod od
programování ve strojovém jazyku (SOJ) k vyšších programovacím jazykům
• Nástup RISC (Reduced Instruction Set Computer) - důsledek: • paralelizmus na úrovní zpracování instrukcí – ILP (Instruction Level Parallelism), tj. proudové zpracování instrukcí atd. • používaní vnitřních vyrovnávacích skrytých pamětí (cache)
• Průlom v navrhování: vývoj kvantitativního přístupu k návrhu a analýze
počítačů, který využívá empirické pozorování, experimentování a simulace
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 19
Chronologie v datech - shrnutí
• 60. léta: dominantní velké sálové počítače s aplikacemi jako: • zpracováni dat ve finanční sféře • rozsáhlé vědeckotechnické výpočty
• 70. léta: • minipočítače pro aplikace ve vědeckých laboratořích
• 80. léta: • stolní počítače založené na mikroprocesorech (osobní počítače
a pracovní stanice) • servery a lokální sítě pro větší úlohy s větší pamětí a výkonem
• 90. léta: • Internet a WWW technologie
• Současnost: rozdělení počítačového trhu na 3 oblasti charakterizované rozdílným použitím, požadavky a počítačovou technologií: • osobní, stolní a přenosné počítače • servery a výkonné paralelní počítače a superpočítače • vestavné (embedded) a řídící počítače v jednoúčelových zařízeních
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 20
Reprezentace systému
• Funkční (behavioral or functional representation) • Popis funkce ne implementace • Black-box + závislosti výstupů na vstupech v čase
• Strukturní
• Popis implementace bez zvláštního popisu funkce (ta vyplývá ze vzájemného spojení bloků o známé funkci)
• Vnitřek black-boxů
• Fyzikální • Popisuje fyzikální vlastnosti každého black-boxu • Popisuje přesné vztahy mezi bloky (velikost, hmotnost, spotřebu, zahřátí,
a to v každém bodě, vstupním i výstupním pinu)
Co to má dělat
Jak je to zapojeno
Jak to vyrobit
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 21
Úrovně abstrakce
• Funkční, strukturní i fyzikální reprezentace může být použita na různém úrovni abstrakce (granularity) podle použitých typů objektů.
Úroveň Abstrakce
Funkční Popis
Strukturní Bloky
Fyzikální objekty
Transistor Diferenciální rovnice, Volt-ampérové charakteristiky
Transistor, Odpor, Kondenzátor
Analogové a číslicové buňky, Tvar na substrátu
Hradlo Booleovské rovnice, Kombinační obvod, Sekvenční obvod
Hradlo, Klopný obvod
Moduly, Bloky
procesor Algoritmus, Vývojový diagram Soubor instrukci
Sčítačka, komparátor, multiplexer, registr, čítač
Mikročipy
počítač Specifikace funkce, Program
Procesor, Paměť, Periferie (V/V bloky)
Desky plošných spojů, Vícečipové moduly
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 22
Návrh počítače metodou „zdola-nahoru“
COMBINATIONAL COMPONENTS
DIGITAL CIRCUITDESIGN
TRANSISTORS,RESISTORS,CAPACITORS
LOGIC GATES,FLIP-FLOPs
STORAGECOMPONENTS
PROCESSOR COMPONENTS
INTERFACECOMPONENTS
SEQUENTIAL DESIGN TECHNIQUES
VLSIDESIGN
ANALOGCOMPONENTS
REGISTER-TRANSFERDESIGN
ELECTRONICS
BOOLEAN ALGEBRA
FINITE-STATE MACHINES
GENERALIZED FINITE STATE MACHINEs
BINARY SYSTEM, DATA
REPRESENTATION
COMPUTER DESIGNSOFTWARE DESIGNAND ENGINEERING
LOGIC DESIGNTECHNIQUES
ANALOG CIRCUITDESIGN
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 23
COMBINATIONAL COMPONENTS
DIGITAL CIRCUITDESIGN
TRANSISTORS,RESISTORS,CAPACITORS
LOGIC GATES,FLIP-FLOPs
STORAGECOMPONENTS
PROCESSOR COMPONENTS
INTERFACECOMPONENTS
SEQUENTIAL DESIGN TECHNIQUES
VLSIDESIGN
ANALOGCOMPONENTS
REGISTER-TRANSFERDESIGN
ELECTRONICS
BOOLEAN ALGEBRA
FINITE-STATE MACHINES
GENERALIZED FINITE STATE MACHINEs
BINARY SYSTEM, DATA
REPRESENTATION
COMPUTER DESIGNSOFTWARE DESIGNAND ENGINEERING
LOGIC DESIGNTECHNIQUES
ANALOG CIRCUITDESIGN
A co v „SAP“?
Budeme se zabývat v SAP
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 24
Pohled „zdola-nahoru“ vs „shora-dolů“
• „Elektronika“ – ELI • Tranzistory, rezistory, kondenzátory • Vnitřní struktura hradla
• „Struktura a architektura počítačů“ – SAP • Jak data uložit • Jak je zpracovat na úrovni strojového kódu • Jak vypadají jednotky, které data zpracovávají • Jak je postavit z hradel
• „Algoritmizace“ – ALG
• Algoritmy • Typy a struktury dat • Programové konstrukce
Zdola
Mezi
Shora
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 25
Počítačový software
• Firmware • BIOS (Basic Input Output Systém), adresové módy, architektura souboru
instrukcí ( ISA - Instruction Set Architecture), jazyk symbolických instrukcí – asembler
• Operační systém • Plánovač (Scheduler), exekutiva (Dispatcher) – přepínání úloh, správa
paměti, privilegia a ochrana, struktura souborů na disku, správa periferií (správa zařízení).
• Vývojářský software • Asembler, kompilátory („C“, …), linker, simulátor, ladící prostředky
(debugger), knihovny, správa versí. • Aplikace
• Programovací jazyky, řídící aplikace (př. vozy metra, řízení motoru automobilu, řízení pračky), editory, prohlížeče, hry, …
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 26
Počítačový hardware
• Architektura procesoru • Architektura procesoru, provádění instrukcí, tok dat, řízení, predikce
větvení
• Paměťová hierarchie • správa paměťového systému, vyrovnávací paměť (cache),
segmentace a stránkování
• Systémová rozhraní • Přerušovací systém, DMA (Direct Memory Access), komunikační
periferie, komunikační protokoly
• Uživatelská rozhraní • Display, klávesnice, myš, porty, web kamera, audio rozhraní, …
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 27
Architektura počítače - hardware
Computer
Processor
ALU
Registers
Control
ProgramMemory
Memory
DataMemory
Peripherals
Output
Input
Hlavní komponenty počítače
Procesor
Výpočetní část
Mezipaměť výsledků
Řízení Řadič
(Controller)
Paměť programu
a dat
Vstupní a výstupní
zařízení
Komunikace s okolním
světem
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 28
Architektura typu „von Neumann“
Processor
ALU
Registers
Control
ProgramMemory
&Data
Memory
Memory
Peripherals
Input&
Output
Společná paměť programu (instrukcí)
a dat
NELZE paralelně číst instrukce
a přenášet data (cesta je společná)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 29
Architektura typu „von Neumann“
• Instrukce a data jsou uložena v téže paměti. • Instrukce a data nelze přenášet po sběrnici současně (společná cesta) –
pomalejší činnost • Jednodušší propojení procesoru s pamětí • Paměť je organizována lineárně (tzn. jednorozměrně) a je rozdělena na
stejně velké buňky, které se adresují celými čísly (zprav. 0, 1, 2, 3, . . . ). • Data ani instrukce nejsou explicitně označeny. • Explicitně nejsou označeny ani různé datové typy. • Pro reprezentaci dat i instrukcí se používají dvojkové signály. • Instrukce se provádějí jednotlivě, a to v pořadí, v němž jsou zapsány
v paměti, pokud není toto pořadí změněno speciálními instrukcemi (nazývanými skoky).
• Počítač tvoří: Processor (ALU – aritmetická a logická jednotky, registry, řídicí část (řadič – controller), hlavní paměť (main memory) – společně instrukce a data, systém přerušení, vstupní a výstupní zařízení (periferie – peripherals)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 30
Architektura typu „Harvard“
Processor
ALU
Registers
Control
DataMemory
Memory
Peripherals
Input&
Output
ProgramMemory
Memory
LZE paralelně číst instrukce
a přenášet data (cesty jsou oddělené)
Oddělená paměť programu (instrukcí)
a dat
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 31
Architektura typu „Harvard“
• Instrukce a data jsou uložena v oddělených pamětech. • Instrukce lze číst současně s přenosem dat (oddělené cesty) – rychlejší
činnost • Šířka přenosové cesty instrukcí může být jiná (větší) než přenosová cesta
dat. • Složitější propojení procesoru s pamětmi (vs „von Neumann“) • Data a instrukce jsou explicitně označeny • Paměť je organizována lineárně (tzn. jednorozměrně) a je rozdělena na
stejně velké buňky, které se adresují celými čísly (zprav. 0, 1, 2, 3, . . . ). • Pro reprezentaci dat i instrukcí se používají dvojkové signály. • Instrukce se provádějí jednotlivě, a to v pořadí, v němž jsou zapsány
v paměti, pokud není toto pořadí změněno speciálními instrukcemi (nazývanými skoky).
• Počítač tvoří: Processor (ALU – aritmetická a logická jednotky, registry, řídicí část (řadič – controller), paměť programu (instrukcí), paměť dat, systém přerušení, vstupní a výstupní zařízení (periferie – peripherals)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 32
Vývoj software – úrovně abstrakce
Vyšší programovací jazyk (C,C++,Ada,…)
Jazyk symbolických instrukcí (adres)
Strojový kód
Řídící signály & zpracování dat
Překladač (sw)
Asembler (sw)
Processor (hw)
1
2
3
4
Literatura: [1]
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 33
Vývoj software – úrovně abstrakce
if( z < 0 || z > 35} x++; else y++;
cmp z, #0 bnc Cont1 cmp z, LIM bc Cont1 inc x
1001 0011 0101 0001 0110 1101 0011 1010 0001 1110 1100 0011 0111 0010 1010 0001 0101 1110 0010 0011
*WR
*RD
DB
1
2
3
4
Překladač (sw)
Asembler (sw)
Processor (hw)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 34
Organizace hlavní paměti
• Hlavní paměť je rozdělena na buňky – paměťová místa, kterým jsou přiřazena nezáporná čísla nazývaná adresy
• • Obsah paměťového místa je slovo
• slovo (word) – velikost závisí na procesoru (např. 16b, 24b, 32b, 64b),
• b – značí bit (binary digit) • B – značí byte (slabika), 8b = 1B, byte je uspořádaná osmice bitů,
obvykle 2 nebo i více byteů tvoří slovo, např. u procesorů Intel řady x86 – 1 slovo = 2B = 16b.
• Obsah paměťového místa na adrese adr bývá někdy označován <adr>;
nehrozí-li nedorozumění píše se však často adr místo <adr>.
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 35
Slabiková organizace paměti
1. způsob 2. způsob Adresa Big-endian Little-endian 8001 12 CD 8002 34 AB 8003 AB 34
8004 CD 12
Big-endian (IBM360, Motorola 6800)
Little-endian (Intel x86, DEC Alpha)
Oba způsoby (Motorola 88110)
• Dva používané způsoby uložení v paměti (Big vs Little endian) • Př.
• 1 slabika = 1B • 1 slovo = 2B • 1 dvojité slovo = 4B [dw – Double Word] – tedy 32b
• Od adresy 8001 má být uloženo dvojité slovo 1234ABCD:
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 36
Zobrazení dat v paměti
• Numerická data – čísla: • V pevné řádové čárce (fixed point)
• celá čísla (integer format) byte, word, … • racionální čísla (fraction format) byte, word, …
• V pohyblivé řádové čárce (floating point), racionální čísla, double, float, …, matisa+charakteristika
• Formát zobrazení:
• Dvojková (binary), př. 10100011b • Šestnáctková (hexadecimal), př. A3h nebo 0xA3 • Desítková (decimal), př. 163d nebo 163
• Bez znaménka (unsigned), pouze nezáporná, byte, word, unsigned … • Se znaménkem (signed), integer, short int, signed … • Různě dlouhá, různý rozsah hodnot (short int, integer, long int, byte,
word, double, …
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 37
Příklad 1
Chci sčítat …
JAK ??? Co ? Tvar výsledku ?
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 38
Příklad 1
JAK ? – číslicově,
dvojkově (binárně) Dvojková čísla a, b
Dvojkové číslo s = a + b
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 39
Příklad 1
??? a
b
s = a + b
Dvojková čísla a, b budou nejprve jednobitová
a b s 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0
s = a + b
1 + 1 = 2d = 10b
A co přenos do vyššího řádu?
1
Pravdivostní tabulka
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 40
Příklad 1
∑ a
b
p
s
q
Přenos z nižšího řádu Přenos do vyššího řádu
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 41
Příklad 1 - intuitivně
a b p q s 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1
pbapbapbapbas ........ +++=
pbapbapbapbaq ........ +++=
Úpravy výrazů později Logické funkce
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 42
Realizace ???
AND OR INV
a b f1 f2
a b
a f3
NAND NOR XOR
a b
a b
a b f4 f5 f6
baf AND1= baf OR2= af NOT3=
baf NAND4= baf NOR5= baf XOR6=
Hradlo (gate)
Logická funkce
Logický operátor
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 43
Funkce hradel, Booleova algebra
AND OR INV
a b f1
0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1
a b f2
0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
a f3
0 1 1 0
a b
f1 f2 a b
a f3
AND OR NOT
bafzapisujeme
baf
.1:
1
=
= AND
bafzapisujeme
baf
+=
=
2:
2 OR
afzapisujeme
af
=
=
3
:3 NOT
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 44
Funkce hradel, Booleova algebra
NAND NOR XOR
a b
a b
a b
f4 f5 f6
a b f4
0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0
a b f5
0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0
NAND NOR a b f6
0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0
XOR
bafzapisujeme
baf
.4
:4
=
= NAND
bafzapisujeme
baf
+=
=
5
:5 NOR
bafzapisujeme
baf
+=
=
6:
6 XOR
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 45
Alternativní značení hradel
&
AND
&
NAND
1
OR
1
NOR
=1
XOR
AND
NAND
OR
NOR
XORINV
1
INV
Jiné značení
1
1
=1
&
& 1
(kolečko) = negace
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 46
BASYS2 Software
Hardware
FPGA Device
SA
P –
labo
rato
rní c
viče
ní (K
OM
, SE
K)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 47
Testovací hardware
SA
P –
labo
rato
rní c
viče
ní (K
OM
, SE
K)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 48
Testovací hardware
SA
P –
labo
rato
rní c
viče
ní (K
OM
, SE
K)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 49
Testovací hardware
SA
P –
labo
rato
rní c
viče
ní (K
OM
, SE
K)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 50
CAD Xilinx ISE – Návrh logických obvodů
SA
P –
labo
rato
rní c
viče
ní (K
OM
, SE
K)
A7B14SAP Struktura a architektura počítačů - 1 51
Použitá literatura
[1] Kubátová, H.: Struktura a architektura počítačů, Přednášky FEL, 2009. [2] McIver McHoes, A – Flynn, I.M.: Understanding Operating Systems.Thomson, 2008. [3] Tanenbaum, A: Modern Operating Systems. Prentice Hall, New Jersey, 2008.