Informatika | Számítógép-architektúrák » Dr. Cserny László - Számítógép architektúrák I. előadásjegyzet, 2006

DUNAÚJVÁROSI FŐISKOLA INFORMATIKAI INTÉZET Számítógéprendszerek és Irányítástechnika Tsz. Számítógép architektúrák I. (előadásvázlat) DR.CSERNY LÁSZLÓ főiskolai tanár DUNAÚJVÁROS, 2005/2006  2001, 2005 Cserny László (1399.Budapest,62 Pf685) Ezen dokumentum egészének és részeinek szerzői és egyéb jogai a feltüntetett szerzőt illetik. A dokumentum elektronikus formában másolható, de kizárólag saját, nem kereskedelmi célú felhasználásra, változtatások nélkül és a forrásra történő megfelelő hivatkozással. Minden más terjesztési és felhasználási mód esetében, a szerző hozzájárulása szükséges. Ennek a szerzői jogra vonatkozó szövegnek a dokumentumban mindig benne kell maradnia. Tartalomjegyzék TARTALOMJEGYZÉK . 2 1.BEVEZETÉS 5 1.1N É H Á N Y F O G A L O M É R T E L M E Z É S E 8 1.2S Z Á M Í T Á S A U T O M A T I Z Á L Á S A L A P J A I 9 2.ARCHITEKTÚRÁKRÓL ALAPFOKON 13 2.1A Z A R C H I T E

K T Ú R A L É N Y E G E 13 2.2A R C H I T E K T Ú R Á T B E F O L Y Á S O L Ó É S M E G H A T Á R O Z Ó T É N Y E Z Ő K 15 2.21Technológiai eszközök 15 2.22Szoftver eszközök 16 2.23Strukturális eszközök 16 2.3S Z Á M Í T Ó G É P E K A R C H I T E K T U R Á L I S C S O P O R T O S Í T Á S I L E H E T Ő S É G E I 18 2.4T I P I K U S S T R U K T Ú R Á K 19 2.41Klasszikus, egyprocesszoros, Neumann-elvű számítógépek 19 2.42Harvard struktúra 20 2.43Vektorszámítógépek(vector computers) 20 2.44Tömbprocesszoros számítógépek(array computer) 21 2.45Többprocesszoros számítógépek 22 2.46Adatvezérelt(data-flow) számítógép 24 2.47Neurális hálózatok 25 2.5N E U M A N N - E L V Ű , E G Y P R O C E S S Z O R O S G É P E K F E L É P Í T É S E 26 2.51Neumann-elvű gépek jellemzői 29 2.52Számítógépek erőforrásai 29 2.53Neumann-elvű, egyprocesszoros gépek korlátjai 34 3.SZÁMÍTÓGÉPEK ERŐFORRÁSAI 37 3.1K Ö Z P O

N T I E G Y S É G , P R O C E S S Z O R 37 3.11Adatok tárolási formái 38 3.12Utasítások tárolási formái 47 3.13Műveletek végrehajtása 51 3.14Utasítások végrehajtása 63 3.15RISC struktúra 67 3.2F O L Y A M A T O K P Á R H U Z A M O S Í T Á S A 72 3.21Átlapolt (pipeline) feldolgozási technika 72 3.22Szuperskalár technika 82 3.3T Á R O L Ó K E Z E L É S 88 3.31Alapfogalmak, tárolóhierarchia 88 3.32Valós tárkezelés(főtár használata) 89 3.33Regisztertárak 94 3.34Gyorsító(cache)-tárak 96 Cserny: Szg. arch 2005/06 2 3.35Virtuális tárkezelés 3.36Tárvédelmi módszerek 3.4K A P C S O L A T O K K E Z E L É S E 3.41Megszakítási rendszer 3.42Sínrendszer(buszrendszer) 3.43Adatbevitel/kivitel 104 116 117 117 120 127 4.PERIFÉRIÁLIS ESZKÖZÖK 4.1T Á R O L Ó E S Z K Ö Z Ö K 4.11Általános jellemzők 4.12Információtárolás 4.13Floppy illesztő 4.14Merevlemez illesztő 4.2M O N I T O R O K É S V E Z É R L É S Ü

K 4.21Alapfogalmak 4.22Kártyatípusok 4.3E G Y É B B E V I T E L I / K I V I T E L I E S Z K Ö Z Ö K 4.31Billentyűzet, egér 4.32Nyomtatók 132 132 132 134 140 140 144 144 146 154 154 155 ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK . 158 Cserny: Szg. arch 2005/06 3 Számítógép architektúrák Dr.Cserny László Témakörök: 1.Bevezetés • Számításautomatizálás alapjai 2.Architektúrákról alapfokon • Struktúrát meghatározó tényezők • Alapvető struktúrák • Neumann-elvű gépek elemei 3.Legfontosabb erőforrások • Központi egység, processzor • Korszerű processzor architektúrák • Tárolókezelés (valós, virtuális) • Kapcsolatok kezelése 4.Perifériális eszközök • Tárolóeszközök • Monitorok • Egyéb perifériák Cserny: Szg. arch 2005/06 4 1.Bevezetés Néhány alapkérdés: Mire használjuk a számítógépet? feladat: valamilyen probléma, feladat megoldásának segítése feldolgozás lépései (algoritmus - szoftver)

feladat adatai adatok feldolgozása (átalakítása) eredmény feldolgozás eszköze (hardver) (1.ábra) cél: a lehető legrövidebb időn belül, minimális ráfordítással előállítani az eredményt teljesítmény, hatékonyság probléma: = feladatok bonyolultsága, = több feladat egyidejű megoldása. Cserny: Szg. arch 2005/06 5 Mit kell tenni a teljesítmény növelése érdekében? A teljesítménynövelés forrása: • feldolgozási lépések párhuzamosítása, • erőforrások többszörözése. g a feladat részekre bontása munkamegosztás g megfelelő feldolgozó részegységek kialakítása erőforrások = ellenőrizhetőség, = hatékonyság(specializált egység). g részfeladatok végrehajtási sorrendjének kidolgozása, tekintettel az erőforrásokra: algoritmus, ütemezés; (2.ábra) g erőforrások és részfeladatok egymáshoz rendelésének, (rész)eredmények egységek közötti továbbításának, tárolásának időbeli

szabályozása vezérlés Cserny: Szg. arch 2005/06 6 Milyen legyen a feldolgozó eszköz? V (vezérlés) M (tárolás) felhasználó - algoritmus - adatok B/K K (kapcsolatok) (bevitel/kivitel) P (feldolgozó egység) (3.ábra) tetszőleges feladat megoldásához univerzális digitális csak algoritmizálható feladatokhoz használható ! (elvi jelentőségű - a gyakorlatban igazából csak ilyenekkel találkozunk) programozható Cserny: Szg. arch 2005/06 7 1.1Néhány fogalom értelmezése információ, informatika, adat, adatfeldolgozás, kód, kódolás, kódrendszer, algoritmus, utasítás, program, számítógép, hardver(hardware), szoftver(software), förmver (firmware), CISC(Complex Instruction Set Computer), RISC(Reduced Instruction Set Computer) Cserny: Szg. arch 2005/06 8 1.2Számításautomatizálás alapjai cél: műveletek automatikus elvégzése, adatbevitel/kihozatal biztosításával tárolt program, tárolt adatok. V (vezérlés) M

(tárolás) felhasználó - algoritmus - adatok B/K K (kapcsolatok) (bevitel/kivitel) P (feldolgozó egység) (4.ábra) követelmények, szükséges részegységek: • feldolgozó egység(minimális műveletkészlet: logikai alapműveletek) • tároló eszköz(program, adatok részére) • beviteli/kihozatali egységek • kapcsolatokat biztosító rendszer jelsorozatok átvitele • vezérlő egység működtetés (utasítások értelmezése, előző állapot figyelembevételével, feltételes végrehajtások kezelése) Cserny: Szg. arch 2005/06 9 Példák a részegységek kialakítására 1.példa: az egységek közötti adatforgalom biztosítása processzor tároló P/D CU ALU sínrendszer I/O külvilág (5.ábra) 2.példa: processzor - memória közötti átvitel gyorsítása tároló gyorsítótár P/D CACHE processzor CU ALU sínrendszer (6.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 10 3.példa: grafikus megjelenítés problémája: nagy

mennyiségű adat átvitele igen rövid idő alatt. képméret: 600x400 pixel, színek száma: 256 8 bináris jegy = 8 bit, képváltás sebessége: 30 kép/sec, sebesség: 600x400x30x8 [bit/sec] = 57,6 mill. [b/s] ha 32 bites szavak átvitelét kell megoldani, ⇒ 1,8 mill. [szó/s] következmény: 0,55 [µs/szó] = külön videomemória, = kapcsolat a rendszersín és a videovezérlő felé is, = külön sín a videomemória és a videovezérlő között; a grafikus adatátvitel és az utasítások átvitele egymástól elkülönítetten történik egymást nem zavarják! Cserny: Szg. arch 2005/06 11 utasításfeldolgozás elemi lépései: = utasítás előkészítés(lehívás, kikeresés), = műveleti előírás értelmezése(mit kell csinálni?), = a művelethez szükséges adatok (operandusok) kikeresése a tárolóból, = a művelet elvégzése, = az eredmény visszaírása a tároló meghatározott helyére, = a következő utasítás helyének(címének)

meghatározása Ha az utasítás és az adatok ugyanabban a tárolóban találhatók, akkor csak egymást követően lehet azokat kikeresni MAR cím dekódoló 2 utasításlehívás 4 operandus lehívás operandus beírás 7 MBR program ALU adatok 6 AC MBR mûv. vezérlés utasítás olvasás 1 PC 5 operandus olvasás CU op. cím IR 3 (7.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 12 2.Architektúrákról alapfokon 2.1Az architektúra lényege számítógép rétegelvű felfogása virtuális gépek legegyszerűbb: felhasználó ↓ szoftver ↓ hardver általánosabb: alkalmazások operációs rendszerek architektúrák dig.árkörök technológiák felhasználói keretrendszer alkalmazói programok szintje ↓ operációs rsz. felső szintje (parancs szint) operációs rsz. alsó szintje (rutin hívási szint) ↓ gépi kódú utasítások szintje elemi műveleti szint (µ-program szint) ↓ áramköri egység szintje ↓ áramköri elemek szintje Cserny: Szg.

arch 2005/06 13 virtuális gép: bármely szinten a szemlélő által látott egységek és működési, viselkedési jellemzők összessége. (pl. felhasználói szinten: = PC, billentyűzet, monitor, egér, nyomtató; = bekapcsolás, felhasználói rendszer - pl. szövegszerkesztő - funkcióinak használata, kikapcsolás, stb.) architektúra: az adott virtuális gép egységei, szerkezeti (strukturális) felépítése, működési elvei. architektúra meghatárózója: számítási (feldolgozási) modell. probléma: a felhasználói alkalmazás feladatfelbontása (műveletei) és a végrehajtás elemi egységei közötti összhang, megfeleltethetőség: utasítás ↔ végrehajtható művelet összerendelhetősége; szoftver-hardver rés (software - hardware gap); cél: ennek csökkentése megfelelő rétegzéssel és a hozzájuk tartozó modularizált (funkcionális) feldolgozó egységek kialakításával. Cserny: Szg. arch 2005/06 14 2.2Architektúrát

befolyásoló és meghatározó tényezők Cél: a feladatok végrehajtási idejének a csökkentése: teljesítmény növelése, hatékonyság növelése, megbízhatóság növelése. lehetőségek: sebesség növelése, párhuzamosság növelése, erőforrások többszörözése. 2.21Technológiai eszközök • Órajelfrekvencia növelése(1-2 GHz) korlátozza: − az áramkörök kapcsolási sebessége: = bipoláris techn.: gyors működésűek = MOS(metal-oxid semiconductor) technológia kisebb teljesítményigény − az áramkörök integráltsági foka (a lapkán lévő tranzisztorok száma, vezetéktávolság: 0.13-018 µm): = VLSI(very large SI) 100e-mill. Cserny: Szg. arch 2005/06 15 2.22Szoftver eszközök • Operációs rendszer: = multiprogramozott feldolgozás, = védelmi funkciók, = erőforrások hatékony használata. • Magassszintű programozási nyelvek(HLL = High Level Language) és gépi kód közötti távolság csökkentése ===> semantic

gap. • Optimalizáló fordítóprogramok használata. Kérdés: mit bizzunk a hardverre és mit a szoftverre? 2.23Strukturális eszközök a.)Erőforrások használata (különösen: processzor, tárolók) • processzor funkcióinak javítása = műveletek, utasítások végrehajtásának átlapolása pipeline (csővezeték, futószalag) feldolgozás, = végrehajtó egységek számának növelése szuperskalár feldolgozás; = belső struktúra illesztése a magasszintű nyelvekhez, feladatokhoz(pl. ciklusszervezés); Cserny: Szg. arch 2005/06 16 • tárolókezelés = adatelérési lehetőségek formája: - közös (shared) memória egyetlen adat - elosztott memória; üzenet-továbbítós rendszer. = tárhierarchia kialakítása cache-tár, = virtuális tárkezelés; • periféria használata = csatorna-elv, = sínrendszer; • erőforrások(processzorok) többszörözése. b.)Vezérlés elve ( számítási modell) = vezérlés áramlásos(control driven, -flow), =

adatvezérelt(data driven, -flow), = igényvezérelt(demand driven), c.)Utasításszerkezet, utasításkészlet = bonyolultság növekedett CISC processzorok végrehajtás sebessége csökkent = egyszerűsített utasításkészlet RISC processzorok • műveleti (utasítás végrehajtási) vezérlés megvalósítása: = huzalozott(általában: RISC), = mikroprogramozott(általában: CISC). Cserny: Szg. arch 2005/06 17 2.3Számítógépek architekturális csoportosítási lehetőségei a.)Folyamatok 1966): szerinti csoportosítás(Flynn, SISD(Single ===> SIMD(Single ===> Instruction Single Data Stream), pl. Neumann-féle modellek Instruction Multiple Data Stream), pl. vektor-, tömbprocesszoros számítógépek MISD(Multiple Instruction Single Data Stream), ===> nincs ilyen(esetleg: pipeline) MIMD(Multiple Instruction Multiple Data Stream), ===> pl. multiprocesszoros gépek b.)Vezérlési elv szerinti csoportosítás: • vezérlésáramlásos,

vezérlésfolyam elvű (control-flow, control-driven), • adatfolyam elvű(data-flow, data-driven), • igény elvű(demand-driven), Cserny: Szg. arch 2005/06 18 2.4Tipikus struktúrák 2.41Klasszikus, egyprocesszoros, elvű számítógépek Neumann- • jellemzők: = control-flow vezérlés utasítások végrehajtása egymást követöen; SISD elvű, = tárolt program, = közös program- és adattárolás program módosíthatósága, = funkcionális egységei: - központi egység(CU, ALU), - központi tár, - perifériák. központi tároló utasítások adatok CPU CU ALU (8.ábra) • korlát: processzor-memória közötti adatátvitel sebessége. • párhuzamosítás lehetősége mérsékelt: = multiprogramozás(programszintű párhuzamosítás), = utasítások és műveletek átlapolt/párhuzamos végrehajtása pipeline/szuperskalár techn. = funkcionális egységek(pl.: ALU) többszörözése = processzor és I/O műveletek átlapolása spooling technika,

Cserny: Szg. arch 2005/06 19 2.42Harvard struktúra - jellemző: u.a mint a Neumann-elvű számítógép, csak külön program- és külön adattároló van programmódosítás lehetősége megszűnik. központi tároló M1 utasítások adatok CPU CU M1 = programtároló M2 = adattároló M2 ALU (9.ábra) 2.43Vektorszámítógépek(vector computers) - jellemzői: = SIMD típusú számítógép, = adatsor(vektor) feldolgozása ugyanazzal a művelettel adat-pipeline, = vektor-utasításokkal rendelkezik, = memóriából adatsor letöltése adatsor (vektor) címzése átlapolt memóriakezelés (memory interleaving), = skalár processzor is célszerű. - szuperszámítógépek: Cray 1,2(138-250 MFLOPS), CDC Cyber 205 Cserny: Szg. arch 2005/06 20 2.44Tömbprocesszoros számítógépek(array computer) - jellemzők: = SIMD típusú számítógép, = multiprocesszoros, = minden processzor ugyanazt az utasítást (műveletet) hajtja végre. központi tároló

vezérlés CU P1 P2 Pn-1 Pn processzorok Mn tárolók kapcsoló hálózat M1 M2 Mn-1 (10.ábra) - szuperszámítógépek: Borroughs ILLIAC-IV (1966-72), 4x(8x8) processzor, 200 MIPS, 55 MFLOPS; Borroughs Scientific Processor(BSP) (1977-80), 50 MFLOPS; ICL DAP. Cserny: Szg. arch 2005/06 21 2.45Többprocesszoros számítógépek - jellemzők: = MIMD típusú számítógépek, = processzorok között feladatmegosztás lehetséges, = processzoronként több folyamat is lehet ütemezési problémák, - memóriahasználat (folyamatok közötti adatcsere) alapján: = közös használatú(shared) memória: dinamikus kapcsolóhálózat köti össze a processzorokat és a közös memóriá (ka)t közös változók, struktúrája hasonló a 9.ábrán lévőhöz; = elosztott(distributed) memória: statikus kapcsolóhálózat, adatcsere üzenetek segítségével (message passing); formája: • cél(fogadó) processzor azonosítója, • küldő processzor

azonosítója, • egyéb jellemzők(pl.: kvánt művelet), • adatok. Cserny: Szg. arch 2005/06 22 - típusai, példák: közös memóriahasználatú: Denelcor HEP 16 feldolgozó egység, csomagkapcsolt hálózat, C.mmp(Carnegie-Mellon Univ)1971-1978; 16 db DEC PDP-11, 16x1 MB memória, crossbar kapcsolóhálózat, C.m* (Carnegie-Mellon Univ.), 5 db proc csoport(cluster) DEC LSI-11 mikroszámítógépekből; elosztott memóriahasználatú: Caltech(California Institute of Technology) Cosmic Cube 64 proceszszor(1983), Intel iPSC/1,2 [Personal Super Comp.] (1985, 86), egyetlen chip-ben(proc., mem, I/O egység DMA) transputer (INMOS T212, T414, T800); CPU1 CPU2 CPUn-1 CPUn CPU = processzor = memória = I/O egység = belsõ sín kapcsoló hálózat (11.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 23 2.46Adatvezérelt(data-flow) számítógép - utasítások végrehajtása: = ha az előző utasítás kész control-flow, Neumann-struktúra, = ha az operandusok

rendelkezésre állnak adatvezérelt számítógép (data-driven, -flow) - programozással egy-egy csomóponthoz(node) egy-egy eljárást, műveletet rendelnek hozzá. - kiinduló pont: az adatfolyam gráf, pl.: 2 kifejezés = b - 4*ac a b c * 4 * b * b 2- 4*ac (12.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 24 - példa: Manchester Ring Machine (1976-1980) programtároló utasításelõkészítés token összeillesztõ elõfeldolgozó tokenek várakozósora vezérlõ számítógép kapcsoló hálózat bemeneti sín P1 Pn-1 P2 processzorok Pn kimeneti sín (13.ábra) 2.47Neurális hálózatok − speciális feldolgozóelemek(neuronok) különböző típusú hálózatai alkotják, − nem programozzák, tanítják mintapéldák segítségével nem univeryális, − alkalmazása: mesterséges intelligencia, irányítástechnika, robottechnika. Cserny: Szg. arch 2005/06 25 2.5Neumann-elvű, egyprocesszoros gépek felépítése • előzmények(C.Babbage, Neumann J)

• felépítés bemutatási módjai: = funkcionális felépítés: háttér tárolók program adatok beviteli központi kiviteli eszközök egység eszközök eredmény ember-gép kapcsolat (14.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 26 = rendszertechnikai felépítés: proceszszor monitor cachetár grafikus illesztõ memóriasín fõtár videomemória PCI rendszer sín SCSI illesztõ hálózati illesztõ hangkártya bõvítõ illesztõ SCSI sín ISA bõvítõ sín (PCMCIA bõvítõ sín) lemez streamer I/O vezérlõk CD-ROM I/O vezérlõk I/O vezérlõk (15.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 27 = elrendezési rajz(PC): ( nem a legújabb változat !) alaplap FDD MEM HDD vez. FD csatlakozók FD AGP HD CPU BIOS ROM µP csatlakozók CU ALU I/O vez. bill. vez. mon. vez. PRT PCI vez. chip hangvez. vez. chip memória EIDE ATX BILL MON SPKR a.) alaplap rendszerkapcsolatai b.) alaplap elrendezése (16.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06

28 2.51Neumann-elvű gépek jellemzői • vezérlése: vezérlés-áramlásos(control flow), az utasítások soros feldolgozása az utasításszámláló regiszter(PC=Program Counter) segítségével, • tárolt program alapján működik, • közös program- és adattárolás ===> program módosíthatósága, • aritmetikai(összeadás/kivonás - szorzás/osztás) és logikai(ÉS-, VAGY-, NEM-) műveletek végzésére alkalmas, • önálló beviteli/kiviteli egységgel rendelkezik. 2.52Számítógépek erőforrásai • központi egység(CPU=Central Processing Unit), processzor = vezérlő egység(CU=Control Unit), = aritmetikai és logikai egység (ALU=Arithmetic-Logic Unit), = központi tár(?) helyette: regiszterek, gyorsító tárak; • tárolók(regisztertárak, gyorsító tárak, főtár, másodlagos-, vagy háttértárak), • kapcsolati, átviteli eszközök(sínrendszer, csatornarendszer), • perifériák(beviteli/kiviteli egységek, embergép-kapcsolat

eszközei). Cserny: Szg. arch 2005/06 29 a.) Processzor • feladata: • részegységei: − végrehajtó egységek(fixpontos, lebegőpontos ALU, elágazásfeldolgozó), − vezérlőegység műveleti vezérlés = huzalozott logikával(RISC), = mikroprogramvezérelt módon(CISC). IR op.k cím FLAG feltételjelzõk µ P-tár címdekódoló vezérlõjelek következõ mikroutasítás címe (17.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 30 − tárolók: = regiszterek funkcionális(utasításszámláló regiszter[PC=Program Counter], utasításregiszter[IR=Instruction Register], vezérlő/állapotjelző regiszter [Control/ State Register], akkumulátor regiszter [AC=Accumulator Register], stb), általános célú regisztertár; = gyorsító(cache)tárak; − belső sínrendszer(adatutak) • típusai, pl.: − Intel pr.család(i386/486, iP,iP II, iP III, iP4), − AMD(K5, K6, Athlon), Cyrix(M1, M2) hasonmások, − Motorola család(MC68030, MC68040, MC68060), −

Apple-IBM-Motorola(Power1,2 PowerPC család), − Sparc, MIPS (RISC processzorok). Cserny: Szg. arch 2005/06 31 b.)Tárolók • feladatuk tárhierarchia • regiszterek(funkcionális, általános), • gyorsítótárak(cache-tárak), • főtár(bit, byte, rekesz, cím, címtartomány) − RAM=Random Access Memory(DRAM, SRAM) − ROM=Read Only Memory(PROM, EPROM); • háttértárak(tulajdonképpen perifériális eszközök): − mágnesszalagtárak, − mágneslemeztárak(merevlemez, hajlékonylemez), − optikai lemezek; c.)Kapcsolati rendszerek • feladatuk: kapcsolatteremtés a gép különböző egységei között (processzor - memória, processzor - periféria, memória - periféria) • sínrendszer(ISA, EISA, PCI, VESA, AGP, stb) • csatornarendszer(szelektor, multiplexor csatornák): Cserny: Szg. arch 2005/06 32 KBD gyorsítótár CH processzor PR MEM PRT DPL ≈ ≈ bill. vezérlõ mon. vezérlõ HD ≈ FD ≈ lemez vezérlõ prt. vezérlõ

helyi sín adat cím vezérlés rendszer sín (18.ábra) memória-csatorna sín I/O-vezérlés MEM SEL MPX rendszersín D DPL KBD D CPU PRT D TAF gyors perifériák lassú perifériák távadatfeldolgozás T T (19.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 33 d.)Perifériális eszközök • feladatuk: • típusaik(billentyűzet, egér, szkenner, nyomtató, rajzgép, hálózati csatoló, távközlési csatoló, stb.) 2.53Neumann-elvű, egyprocesszoros gépek korlátjai Egyidőben csak egy folyamat feldolgozása történhet csak egy processzor van csak; az erőforrások használata nem, vagy csak részben megosztható. (Memória sávszélesség!) Részleges (program-, illetve utasításszintű) párhuzamosítás alkalmazható: = program szintű párhuzamosítás: ===> multiprogramozás, = processzor működése: utasításszintű párhuzamosítás: ===> pipeline technika, ===> szuperskalár technika, = processzor-memória kapcsolat gyorsítása: ===>

gyorsítótár(cache-tár), ===> memory interleaving technika, = processzor - I/O műveletek párhuzamosítása: ===> I/O spooling Cserny: Szg. arch 2005/06 34 A multiprogramozás lényege: több feladat (program) látszólag párhuzamos feldolgozása. Kötegelt feldolgozás(batch processing): eszközök K-eszköz B-eszköz Processzor idõ 1.program indulása 1.program vége (20.ábra) Multiprogramozott(multi-programming) feldolgozás: eszközök Ki-eszköz Be-eszköz idõ Processzor 3.program 2.program 1.program indulása 1.program 2program vége (21.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 35 A processzor, mint erőforrás, időtartamának felosztási módszerei: = prioritásos módszer, = időosztásos(time-sharing) módszer, = időazonos(real time) módszer Spooling technika: az I/O műveleteket(pl. nyomtatás, vagy adatbetöltés) függetlenítjük a processzor működésétől; Tárhierarchia, gyorsítótárak, "pipeline, szuperskalár technika:

később tárgyaljuk. Cserny: Szg. arch 2005/06 36 3.Számítógépek erőforrásai 3.1Központi egység, processzor Miről lesz szó? = adat- és utasítástárolási formák, = aritmetikai és logikai műveletek végrehajtása, = utasításfeldolgozás. A processzor struktúráját = mind az adatok, = mind az utasítások tárolási, kezelési formája befolyásolja. A Neumann-elvű számítógépeknél a tárolt jelsorozat alapján nem dönthető el, hogy az a jelsorozat adat-e, vagy utasítás! Csak az értelmezés módja határozza ezt meg! Cserny: Szg. arch 2005/06 37 3.11Adatok tárolási formái a.)Számok szokásos írásmódjai Napi gyakorlatban: helyiértékes, tízes számrendszer alapján. A számok szokásos írásmódja az alábbi: A ≡ (± a−m a−m+1a−m+ 2 K a−1a0 , a1a2 a Kan ) a h o l a− m , a− m +1 , K, a−1 , a0 , K, an a z e g y e s h e l y i é r t é k e k e n szereplő számjegyek alaki értékei. A jelsorozat értelmezése(r =

radix, az alapszám): A=± n ∑ ai r − i és i =− m 0 ≤ ai < r minden i-re. Például: B = 7346 = 7 ⋅ 103 + 3 ⋅ 102 + 4 ⋅ 101 + 6 ⋅ 100 = 7000 + 300 + 40 + 6 = 7346 10 10 10 B = 7346 = 7 ⋅ 83 + 3 ⋅ 82 + 4 ⋅ 81 + 6 ⋅ 80 = 3584 + 192 + 32 + 6 = 3814 8 8 10 A leggyakrabban használt formák: = fixpontos irásmód(pl.: 63.5 -45 0.68), = lebegőpontos, hatványkitevős forma (pl.: 3452⋅105 -0.683⋅10-7), = normalizált(nullára, vagy egyesekre). Cserny: Szg. arch 2005/06 38 b.)Tárolási formák Feladat: mindig a célnak leginkább megfelelő tárolási forma használata: = numerikus adatok: kettes számrendszer szerint, tízes számrendszer szerint, = alfanumerikus adatok: ASCII, EBCDI b1.)Numerikus adatok tárolása kettes számrendszer alapján Cél: az aritmetikai műveletek gyors elvégezhetősége helyiértékes számrendszer alapján, kettes számrendszer alapján. Szokásos formái: = kettes számrendszer alapján: - fixpontos

egész, tört, - lebegőpontos, normalizált, = decimális forma szerint(BCD). Cserny: Szg. arch 2005/06 39 Fixpontos egész és tört tárolási formája(2-4 byte): elõjelbit elõjelbit kettedes pont helye kettedes pont helye fixpontos egészszám fixpontos törtszám (22.ábra) például: n-1 n-2 fixpontos egészszám . 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 a tárolt számérték: 44 n-1 n-2 fixpontos törtszám . 5 4 . kettedes pont helye . 5 4 3 2 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 kettedes pont helye a tárolt számérték: 11/16=0.6875 (23.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 40 Lebegőpontos számok tárolási formája(4-8 byte): elõjelbitek karakterisztika mantissza (fixp. egész) (fixpontos tört) kettedes pont helye (24.ábra) például: elõjelbitek karakterisztika mantissza 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 . értéke: 2 +11 . 0 0 értéke: +0.1011 kettedes pont helye (25.ábra) a tárolt számérték: +0.1011 ⋅ 2+11 = 10112 = 5510

Cserny: Szg. arch 2005/06 41 Pozitív, negatív számok tárolása: Cél: az aritmetikai műveletek(kivonás) elvégezhetősége minimális átalakítással, kiegészítő műveletek nélkül. Formái: = előjeles, abszolútértékes(+ 0, - 1), = egyes komplemensű(0 1, 1 0), = kettes komplemensű(jobbról az első 1esig bezárólag változatlan, majd a továbbiakban 0 1, 1 0), = 2n-1 többletes(az n-bit hosszúságú, előjeles számhoz hozzáadott érték). a tárolt számérték - 107 1 1 1 0 1 0 - 107 1 0 - 107 1 0 0 - 107 1 1 elõjeles, abszolútértékes 1 0 0 egyes komplemenskódú 1 0 1 0 1 kettes komplemenskódú 0 0 0 1 0 1 0 1 2 n-1 0 1 0 többletes (26.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 42 IEEE 754-es, 854-es lebegőpontos szabvány: Cél: az egységes és pontos lebegőpontos számkezelés Formája(matematikai értelmezése): ± p+e A = (− 1)s ⋅ (1.a ) ⋅ 2 ahol s a p e a mantissza előjele; 0, ha pozitív és 1, ha negatív, az

egyesekre normalizált mantissza törtrésze, a karakterisztika(hatványkitevő) eredeti értéke, az eltolás(a többlet) értéke, amelynek nagysága 2 m-1 -1, ahol m=8, 11, 15. szignifikandus elõjele karakterisztika szignifikandus +- p+e a egyszeres és dupla pontosságú kettedes pont helye szignifikandus elõjele karakterisztika szignifikandus kiterjesztett pontosságú 1 kettedes pont helye (27.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 43 Lehetséges méretek: = = = = egyszeres pontosságú(single precision, 32 bit), dupla pontosságú(double precision, 64 bit), kiterjesztett pontosságú(extended precision, 80 bit), négyszeres pontosságú(quadrupled precision, 128 bit). Adatformátumok: szignifikandus elõjele adatformátumok karakterisztika szignifikandus normalizált + − tetsz. kitevõ denormalizált + − 0 nem nulla számérték nulla + − 0 0 végtelen + − 111 . 111 0 nem-szám + − 111 . 111 nem nulla számérték tetszõleges

számérték (28.ábra) = = = = = normalizált adatformátum, denormalizált(denormalized) adatformátum, nulla számérték, végtelen értékének adatformátuma, nem meghatározott számérték, nem-szám (NaN=Not a Number) adatformátum; Cserny: Szg. arch 2005/06 44 b2.)Numerikus adatok tizes számrendszer szerinti tárolása Cél: nagyobb adatmennyiség és kevesebb aritmetikai művelet esetén ===> kevesebb legyen az adatkonverzió. Formái: BCD(binary coded decimal), Aiken, Stibitz, Gray-kód, stb. Leggyakoribb a BCD-kód alkalmazása: a számokat számjegyenként kettes számrendszerbe konvertálva és 4 helyiértékre(tetrád-dá) kiegészítve. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Előjel részére, pl: 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1100 1101 + előjel, - előjel. - 2 6 5 9 10 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 (29.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 45 b3.)Alfanumerikus adatok tárolási formája Cél: az adatok tárolása, aritmetikai

műveletvégzés igénye nélkül. Karakterenként egy-egy, többnyire 8-bites jelkombináció (kódszó) hozzárendelése: ASCII kód(American Standard Code for Information Interchange): mikroszámítógépeknél általánosan használt. például: A B 41h 42h 0100 0001 0100 0010 0 1 30h 31h 0011 0000 0011 0001 9 39h 0011 1001 + 2Bh 0010 1011 EBCDI kód(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code): IBM nagygépeknél használt kódrendszer. b4.)Egyéb adattárolási módszerek = jelölt(tagged) adattárolás, = deszkriptoros tárolási forma, = összetett strukturális forma. Cserny: Szg. arch 2005/06 46 3.12Utasítások tárolási formái Az utasítások szerkezete és a rendelkezésre álló elemi utasítások köre meghatározó a processzor struktúrájának kialakításában. Az elemi gépi kódú utasítás részei: mûveleti jelrész címrész módosító rész (30.ábra) = műveleti jelrész(operation code, opcode): mi a teendő? = címrész(address

field): az operandusok tárolóbeli helyének a kijelölése. = kiegészítő, módosító rész: a címzési előírás módosításához, pontossá tételéhez. Az utasítások hossza: = azonos mindig(pl. RISC processzoroknál 4 byte), = változó(pl. CISC processzoroknál 1-17 byte) Problémák: = utasításhossz ⇔ = utasításkészlet ⇔ átvitel sebessége, feldolgozás sebessége, processzor struktúrája, feldolgozás sebessége. Cserny: Szg. arch 2005/06 47 a.)Utasításszerkezet Előírja, hogy az utasítás melyik részét hogyan kell értelmezni. Legáltalánosabban(kétoperandusos, műveleti utasításnál), egyidőben a következő címekre van szüksége a gépnek: = első operandus címe, = második operandus címe, = eredmény címe, = következő utasítás címe. Van, amikor nincs szükség ennyi címre. 4-címes utasítás mûveleti 1.operandus jelrész címe 2.operandus címe eredmény címe PC bevezetésével 3-címes utasítás 1.operandus címe

2.operandus címe 2-címes utasítás 1.operandus mûveleti jelrész címe 2.oper + eredm. címe mûveleti jelrész következõ ut. címe eredmény címe AC bevezetésével, vagy az eredmény a 2.operandus helyére kerül AC bevezetése szükséges 1-címes utasítás operandus mûveleti jelrész címe veremtároló bevezetésével 0-címes utasítás mûveleti jelrész (31.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 48 b.)Utasítástípusok, utasításkészlet b1.)Utasítástípusok = átviteli utasítások: - tárolóhivatkozású utasítások, - veremkezelő utasítások, - periféria utasítások; = műveleti utasítások: - aritmetikai műveleti utasítások(+,-,*,/), logikai műveleti utasítások,(and, or, not), léptető/forgató(shift/rotate) utasítások, bitműveleti utasítások, karakterlánc(string) műveleti utasítások; = vezérlő utasítások: - feltétel nélküli ugrató utasítás, feltételes ugró utasítások, alprogram(szubrutin)hívó utasítás, return

utasítás, leállító utasítás, ciklusutasítás, - megszakítást tiltó és engedélyező utasítások, - halt utasítás. Cserny: Szg. arch 2005/06 49 b2.)Utasításkészlet Azon elemi (gépi kódú) utasítások összessége, amelyeket a gép a legalsó, hardver szinten értelmezni és végrehajtani tud. Ez a programozó által használható legalsó szint. Jellemzők: = elemi utasítások száma, = az elemi utasítások tartalma, az elvégzendő feladatok összetettsége, = a kezelhető feltételek száma, = az egyes jellemzők következetes használati lehetősége, = az utasítások által nyújtott támogatás: - a programíráshoz, - a program fordításához, - az ellenőrízhetőséghez. Az utasításkészlet kialakítását befolyásolja, hogy mit bízunk a hardverre és mit bízunk a szoftverre: Összetett utasításkészlet ⇒ CISC processzorok; Egyszerűsített utasításkészlet ⇒ RISC processzorok. Cserny: Szg. arch 2005/06 50 3.13Műveletek

végrehajtása Elvégezhető műveletek: = aritmetikai műveletek, = logikai műveletek. a.)Aritmetikai műveletek - kettes számrendszer alapján: = fixpontos számok körében, = lebegőpontos számok körében; - tízes számrendszer alapján: = BCD kód alapján. Bináris jelrendszer alkalmazása révén, az aritmetikai műveletek visszavezethetők a logikai műveletekre. a1.)Műveletek fixpontos számokkal Összeadás: Szokásos helyiértékes ábrázolás szerint végezhető el. Például: A=22 0 001 0110 B=75 0 100 1011 ---- ---------------97 0 110 0001 Átvitelképzés: 10 és 11 esetén. Végrehajtás: párhuzamosan, minden helyiértéken. Cserny: Szg. arch 2005/06 51 Kivonás: Komplemenskód használatával; oka, hogy így: = a kivonás visszavezethető az összeadásra, = az előjel automatikusan adódik. Például: A= 97 B=-62 0 110 0001 1 011 1110 B komplemense: 1 100 0010 ----- ---------------A+Bk 35 1 0 010 0011 A= 45 0 010 1101 B=-52 1 011 0100 -----

---------------B komplemense: 1 100 1100 ----- ---------------A+Bk -7 1 111 1001 az eredmény negatív ===> komplementálás A+Bk -7 1 000 0111 Szorzás, osztás: Az alkalmazott algorimus bonyolultabb, de visszavezethető sorozatos összeadásokra/kivonásokra és eltolásokra (léptetésekre). Cserny: Szg. arch 2005/06 52 Fixpontos számok összeadásának és kivonásának közös algoritmusa(a ténylegesen alkalmazott algoritmusok bonyolultabbak): 1 igen A operandus negatív? komplemensképzés nem igen B operandus negatív? komplemensképzés nem operandusok összeadása igen eredmény negatív? komplemensképzés nem 2 (32.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 53 A fixpontos számok szorzásának algoritmusa: 1 0 ⇒ AC (szorzandó) ⇒ A (szorzó) ⇒ B 1 ⇒ I nem szorzó legalacsonyabb helyiértékû bitje = 1 ? igen [AC] + [A] ⇒ AC AC léptetése jobbra B léptetése jobbra I+1⇒ I N = az A és B regiszterek hossza nem I>N? igen elõjelbit

elõállítása 2 (33.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 54 a2.)Műveletek lebegőpontos számokkal Összeadás, kivonás: Ha a karakterisztikák megegyeznek, azaz ka = kb, akkor A + B = ma ⋅ 2 ka + mb ⋅ 2 kb = (ma + mb ) ⋅ 2 ka = m( a+b ) ⋅ 2 ( a +b ) k ahol m( a + b ) = ma + mb ka, kb = ma, mb = k(a+b) = m(a+b) = é s k( a + b ) = k a az A, illetve a B operandus karakterisztikája, az A, illetve a B operandus mantisszája, az összeg karakterisztikája, az összeg mantisszája. Cserny: Szg. arch 2005/06 55 Ha a karakterisztikák nem egyeznek meg, azaz ka ≠ kb, akkor az eredmény karakterisztikája: k ( a +b ) = max{k a , k b } Ha ka>kb, és így n=ka-kb,, akkor a B operandus m a n t i s s z á j á t o s z t a n i k e l l a 2 n = 2 k a − kb é r t é k k e l ( a z a z n helyiértékkel el kell tolni jobbra) és a karakterisztikát ennek megfelelően növelni kell, azaz mbu = mb −( k a − kb ) 2 = m ⋅ 2n A + B = ma ⋅ 2k a + mb ⋅ 2k b = ma

⋅ 2k a + mbu ⋅ 2k a = (ma + mbu ) ⋅ 2k a = m( a + b ) ⋅ 2 ahol m( a + b ) = ma + mbu Cserny: Szg. arch 2005/06 és k ( a +b ) k( a + b ) = k a 56 Lebegőpontos számok összeadásának, kivonásának algoritmusa: 1 igen kA = k B ? nem karakterisztikák különbsége ⇒ n igen kA < k B ? nem m B léptetése jobbra n helyiértékkel mA léptetése jobbra n helyiértékkel k A ⇒ k (A+B) k B ⇒ k (A+B) m A+ m B ⇒ m (A+B) az eredmény normalizálása 2 (34.ábra) Szorzás, osztás: mantisszák esetében ===> fixpontos szorzás, osztás karakterisztikák esetében ===> összeadás, kivonás Cserny: Szg. arch 2005/06 57 a3.)Műveletek tízes számrendszer alapján BCD kódban ábrázolt számokkal; átvitelképzés: - tetrádon belül kettes számrendszer alapján, - tetrádok között tízes számrendszer szerint. Például: 245 0010 0100 0101 137 0001 0011 0111 --------------------------382 0011 0111 1100 korrekció: 0110

----------------------0011 1000 0010 b.)Logikai műveletek b1.)Alapműveletek - logikai VAGY-művelet(OR), - logikai ÉS-művelet(AND), - logikai NEM-művelet(NOT). NEMművelet műszaki írásmód matematikai írásmód VAGYművelet ÉSművelet C=A C = A +B C = AB C = ¬A C = A ∨B C = A ∧B Cserny: Szg. arch 2005/06 58 A műveletek igazságtáblázata: operandusok NEM művelet VAGY művelet ÉS művelet A B C=A C=B C = A +B C = AB 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 b2.)Összetett műveletek = ekvivalencia(azonosság) művelete(jele: , illetve ≡ ), = antivalencia művelete(jele: ⊕ , illetve q ), = NEM-VAGY(NOR) művelet(Pierce-művelet), = NEM-ÉS(NAND) művelet(Sheffer-művelet). A műveletek igazságtáblázata: A B ekvivalencia A 0 0 1 1 0 1 0 1 B 1 0 0 1 antivalencia A⊕B 0 1 1 0 Cserny: Szg. arch 2005/06 NEMVAGY NEMÉS A+B AB 1 0 0 0 1 1 1 0 59 A táblázat összetett kifejezései az alapműveletek

segítségével: = = = = C = A ⋅B + A ⋅B ekvivalencia: antivalencia: NEM-VAGY: NEM-ÉS: C = A ⋅B + A ⋅B C = A +B = A ⋅B C = A ⋅B = A + B b3.)Logikai függvények Jelentőségük: különösen a gépek tervezésekor Teljes összeadó (két bináris számjegy és az átvitel összeadására szolgáló egység) összeg(S) és átvitel(C) kimenete: A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 D 0 1 0 1 0 1 0 1 S 0 1 1 0 1 0 0 1 C 0 0 0 1 0 1 1 1 S = A ⋅ B ⋅ D+ A ⋅ B ⋅ D+ A ⋅ B ⋅ D+ A ⋅ B ⋅ D = (A ⊗ B) ⋅ D+ (A ⊕ B) ⋅ D = (A ⊕ B) ⊕ D C = A ⋅ B ⋅ D+ A ⋅ B ⋅ D+ A ⋅ B ⋅ D+ A ⋅ B ⋅ D = A ⋅ B + (A ⊕ B) ⋅ D Cserny: Szg. arch 2005/06 60 c.)Aritmetikai-logikai műveletvégző egység(ALU) Részei: = = = = teljes-összeadó egység, léptető áramkörök, logikai műveletvégző, adatregiszterek(AC - akkumulátor). Állapotjelző regiszter(flag regiszter): = = = = átvitel(carry), nulla(zero), túlcsordulás(overflow),

előjel(sign). Félösszeadó és teljes összeadó vázlata: S S + + D & C C & + 1 & A A B a.) félösszeadó B b.) teljes összeadó (35.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 61 1-bites ALU vázlata: S 1 Logikai mûveletvégzõ Aritmetikai S mûveletvégzõ L & 1 & & + & & Ci V01 V02 V 03 V01 & 1 A V 03 & V 0 1 & & + & V04 B V02 C i -1 & Ci A B C i -1 V04 Vezérlõ logika & V 1 V0 V1 1-bites ALU A B (36.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 62 3.14Utasítások végrehajtása a.)Utasitásvégrehajtás lépései = utasításelőkészítés(fetching), = utasításszámláló regiszter(PC) tartalmának növelése, = műveleti kód értelmezése(decoding), operandusok címének meghatározása, = operandusok előkészítése, = művelet végrehajtása(executing), = eredmény elhelyezése(writing back). Neumann-elvű, hagyományos struktúrájú számítógépek

utasításfeldolgozása soros rendszerű: utasítás cím operandus cím +1 PC MAR AC cím dekódoló program ALU utasítás cím mûveletválasztás TMP MBR {0,1} CU adatok operandus 0 1 Z IR op cím utasítás (37.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 63 b.)Műveleti vezérlés az utasításokban meghatározott műveletek elemi lépéseinek vezérlése. Feladat: Lehetőségek: = huzalozott módon, = mikroprogramozott módon. S-sín M1 S2 M2 MAR S1 C4 CU µ MAR PC µP P/D C2 MBR op. R1 R2 IR cím C1 k. R3 µ IR cím C3 R-sín S-sín S3 S4 ALU P2 P1 PAR A3 összeadó P3 A2 AC A1 C kompl. képzõ PBR P4 A7 A6 A5 A5 - 1 +1 A4 DPL KBD periféria R4 R-sín (38.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 64 Példa: LDA X hatása: elemi lépések [PC] R-sín S-sín MAR Címdekódolás [mem(MAR)] MBR [MBR] R-sín IR [IR(op.kód)] OMAR [IR(címrész)] S-sín MAR Címdekódolás [mem(MAR)] MBR [MBR] R-sín AC [X] ⇒ AC érintett

vezérlési pontok R2, S2, M2 R1, C1 C2 S1, M2 R1, A1 c.)Mikroprogramozott műveleti vezérlés Lényege: az utasítások végrehajtásának elemi lépéseit a ROM tárolóban tárolt mikroprogram alapján végzi el a processzor. Mikroutasítások szerkezete: = horizontális(minden bitje vezérlő funkcióval rendelkezik, = vertikális(hasonló a gépi szintű utasításokhoz). Cserny: Szg. arch 2005/06 65 Mikroutasítások szerkezete: a.) Horizontális mikroutasítás következõ µ ut. címe vezérlõbitek b.) Kódolt horizontális mikroutasítás kódolt mezõ kódolt mezõ kódolt mezõ következõ µ ut. címe dekódoló vezérlõbitek c.) Kétszintû horizontális mikroutasítás következõ µ ut. címe nanoutasítás címe nanotár d.) Vertikális mikroutasítás mûveleti kód operandus cím kiegészítõ rész vezérlõbitek (39.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 66 3.15RISC struktúra Cél: nagyobb teljesítőképesség elérése ⇒

strukturális változtatások RISC elv RISC filozófiája: = az alkalmazási terület elemzése alapján, a leggyakrabban használt, szükséges műveletek meghatározása; = az adatútvonalak optimális kialakítása; = további, kevésbé gyakori feladatok megoldására szolgáló utasítások használata csak akkor, ha azok viszonylag gyakoriak, a kidolgozott adatútvonalakhoz illeszkednek és nem lassítják le a gyakoribb utasítások végrehajtását; = az előző elv alkalmazása minden további erőforrás tervezésekor is; = a lehető legtöbb, bonyolult feladatot a fordítóprogramra és nem a hardverre bízni. Cserny: Szg. arch 2005/06 67 CISC processzorok jellemző tulajdonságai: = összetett utasítások, melyek végrehajtása több gépi ciklust igényel, = bármely, erre alkalmas utasítás igénybe veheti a tárolót, = sokféle utasítás és címzési mód használata, = változó hosszúságú utasítások, = az adatcsatornás (pipelining) feldolgozás

kismértékű, = utasításvégrehajtás mikroprogram által vezérelt, = bonyolult mikroprogram, = kisszámú regiszter. RISC processzorok jellemző tulajdonságai: = egyciklusú utasításvégrehajtás, = tárolókezelésre csak LOAD/STORE utasítások használhatók, = kisszámú utasítás és csak néhány címzési lehetőség; az egyszerű dekódolhatóság miatt, = rögzített utasításhossz és utasításszerkezet, = az adatútvonalak nagyfokú pipeline-osítása, = optimalizáló fordítóprogram, a bonyolult funkciók megvalósítása a fordítóprogramban, = sokszintű tárolóhierarchia alkalmazása, = huzalozott műveleti vezérlés, = nagyméretű regisztertárak, = az utasításkészlet alkalmazásterület szerinti kialakítása. Cserny: Szg. arch 2005/06 68 a.)Utasításkészlet Jellemzői: = = = = = = utasítások használati gyakorisága, elemi utasítások száma és tartalma, utasítások szerkezete és címzési lehetőségei, használható adatok

típusai, kezelhető feltételek száma, mennyire támogatja a programírást, a programok fordítását, a programok ellenőrizhetőségét. Utasításkészlet kialakítása statisztikai alapon: módszerei: statikus, dinamikus(futás közbeni) = elvégzett utasítások(műveletek) gyakorisága (leggyakoribbak az átviteli és vezérlésátadási funkciók), = a használt adattípusok gyakorisága, = a használt címzési módok gyakorisága. Utasításszerkezetek Jellemző: az igen egyszerű, rövid (32 bites) utasításforma, például: Cserny: Szg. arch 2005/06 69 SPARC processzorok utasítástípus jelzése 5 6 2 5 1 DEST OPCODE SRC1 0 8 5 FP-OP SRC2 DEST OPCODE SRC1 1 2 5 3 DEST OP adatkonstans regiszter utasítás közvetlen adatcímzés 22 címbeállító utasítás konstans A feltétel OP utasításrelatív cím feltételes ugróutasítás utasításrelatív cím szubrutinhívó utasítás (40.ábra) MIPS processzorok 6 5 5 5 OPCODE SRC1

SRC2 6 5 DEST SHIFT 5 OPCODE 6 FUNC regiszter utasítás 16 OPCODE SRC1 DEST 6 5 konstans közvetlen adatcímzés 26 relatív cím ugróutasítás (41.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 70 Címzési módok Jellemző: a 3 címes utasítások használata (S1, S2 az operandusok címmezőinek, D az eredmény címmezőjének a tartalma, EA = tényleges cím, A tetszőleges mező tartalma) = közvetlen adatcímzés(immediate): operandus = A = közvetlen regisztercímzés: EA1 = S1, EA2 = S2, EA3 = D = közvetlen tárolócímzés(LOAD/STORE): EA1 = [R0] + A EA2 = D = közvetett (regiszter indirekt) tárcímzés: EA1 = [R0] + [S2] EA2 = D = közvetett (regiszter indirekt) relatív tárcímzés: EA1 = [S1] + A EA2 = D Cserny: Szg. arch 2005/06 71 b.)Műveleti vezérlés elve CISC processzoroknál: tulajdonképpen mikroprogrammal értelmezett; RISC processzoroknál: huzalozott logikával. 3.2Folyamatok párhuzamosítása Teljesítőképesség növelése: = működési

sebesség(órajel frekvencia) növelésével; = folyamatok párhuzamosításával, - program szinten multiprogramozás, - utasítás szinten: pipeline technika, szuperskalár technika; = erőforrások többszörözése. 3.21Átlapolt (pipeline) feldolgozási technika a.)Pipeline technika lényege (Más elnevezések: csővonal, futószalag technika) Fogalma, a megoldás módja: a folyamat (közel egyenlő időtartamú) elemi részekre bontásával. Cserny: Szg. arch 2005/06 72 1.fokozat 2.fokozat 3.fokozat n.fokozat 1.utasítás feldolgozása 2.utasítás feldolgozása fokozatok visszaírás 1 végrehajtás op.elõkészítés op.cím meghat dekódolás elõkészítés 1 1 1 2 2 3 1 2 1 2 2 2 idõ ugró utasításnál felesleges lehet (42.ábra) Az átlapolt feldolgozás ütemezése: = szinkron, = aszinkron módon történhet. Párhuzamosítás területe: = utasításvégrehajtás folyamata, ezen belül = műveletek végrehajtása. Utasításfeldolgozásnál:

⇒ szinkron ütemezés a jobb. Cserny: Szg. arch 2005/06 73 A pipeline gyorsítás mértéke(n=fokozatok száma, p=feldolgozandó utasítások száma): s= Tsoros np = T ppl n + ( p − 1) Az egyes fokozatok azonos időigényét feltételezve, a teljes időtartam-kapacitás: n(n+p-1). Ekkor a hatékonyság: e= tényleges leterhelés idõtartama np p = = teljes leterhelés idõtartama n( n + p − 1) n + ( p − 1) Problémák: = egymást követő utasítások egymásrahatása vezérlési függőség, = egymást követő utasítások által használt adatok rendelkezésre állása adatfüggőség, = hardver erőforrások iránti igények erőforrás függőség. Cserny: Szg. arch 2005/06 74 b.)Az utasításvégrehajtás gyorsítása Az = = = = = = = utasításfeldolgozás lehetséges lépései: előkészítés, dekódolás, operanduscímek kidolgozása, operandusok előkészítése, művelet végrehajtása, az eredmény visszaírása, következő utasítás

címének meghatározása. Folyamatos feldolgozás akadályai: = tárolóhivatkozású(load/store) utasítások, = elágazási utasítások, = megszakítások, kivételek. A teljesítőképességet jelentősen csökkenti a tárolóhivatkozású, valamint az elágazási utasítások programbani magas előfordulási gyakorisága(70-75%). Memóriautasítások kezelése Megoldási lehetőségek: = váróciklusok beiktatása, = késleltetett LOAD utasítás (a LOAD utasítás hosszabb végrehajtási ideje, vagy a beolvasott adatra várakozás miatt, az utasítást követő u.n késleltetési résbe, hasznos utasítást helyez át a fordítóprogram, amelyet mindig végre kell hajtania a processzornak) Cserny: Szg. arch 2005/06 75 1.Váróciklusok beiktatása utasítások F F D F D E F D E W D E W E1 E2 F = elõkészítés W 4.utasítás 3.utasítás 2.utasítás W 1.utasítás (LOAD) D = dekódolás E = végrehajtás ciklusok W = visszaírás (43.ábra)

2.Késleltetett LOAD utasítás utasítások F F D E F D E W F D E W 2.utasítás (NOP) D E W az adat ekkor elérhetõ csak 1.utasítás (LOAD) F = elõkészítés W 4.utasítás 3.utasítás D = dekódolás E = végrehajtás ciklusok W = visszaírás (44.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 76 Megoldás pl.: load r1, mem(A) load r2, mem(B) nop add r3, r1, r2 [mem(A)] ⇒ r1 [mem(B)] ⇒ r2 [r1] + [r2] ⇒ r3 Elágazási utasítások kezelése Probléma: mivel az ugrás szükségessége, csak a feldolgozás későbbi fázisában válik nyilvánvalóvá, megszakadhat az utasítások folyamatos feldolgozása ⇒ törölni kell a pipeline-t. Az elágazások kezelési módszerei: = pipeline törlése ⇒ legegyszerűbb, = pipeline leállítása(váróciklusok), = elágazás előrejelzése: - statikus(hardver, vagy a fordítóprogram által beállított, feltételezett elágazás szerint), - dinamikus(futás közbeni nyilvántartás alapján), =

utasítássorrend átrendezés: - késleltett elágazás(elágazási utasítást követő helyre értelmes utasítást helyez a fordítóprogram, amelyet mindig végrehajt a gép, függetlenül az elágazás irányától) ⇒ leggyakoribb, - elágazás széthúzás(feltétel beállítása és vizsgálata széthúzható), - elágazás összecsomagolás, - ciklusutasítás egyszerűsítése, = pipeline többszörözése. Cserny: Szg. arch 2005/06 77 1.Pipeline törlése késleltetés = n-1 [ciklus] fokozatok visszaírás i végrehajtás i dekódolás i elõkészítés i k i+1 k i+1 i+2 i+1 i+2 i+3 k k k+1 k+1 idõ k+1 [ciklus] i = i -dik utasítás = törölt utasítások (45.ábra) 2.Késleltetett elágazás alkalmazása utasítások az ugrási cím ekkor elérhetõ F csak F F D E D E W W F D E D E W F = elõkészítés W 4.utasítás (az elágazás 2utasítása) 3.utasítás (az elágazás 1utasítása) 2.utasítás (NOP) 1.utasítás (ugró

utasítás) D = dekódolás E = végrehajtás ciklusok W = visszaírás (46.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 78 Adatütközések feloldása Az egymást követő utasítások ugyanarra az adatra várnak, például: [R1]+[R2] ⇒ R3 [R3]-[R0] ⇒ R4 add R3,R1,R2 sub R4,R3,R0 utasítások F F D E F D E W F D E W NOP D E W az adat ekkor elérhetõ csak ADD R3, R1, R2 F = elõkészítés W SUB R4, R3, R0 D = dekódolás E = végrehajtás ciklusok W = visszaírás (47.ábra) Adatütközések feloldási módjai: = utasítássorrend átrendezése, = scoreboarding, = adat előreengedés(forwarding) Cserny: Szg. arch 2005/06 79 utasítások F D F F F D D E F = elõkészítés D E E W E W W ADD R7, R4, R6 SUB R5, R1, R2 ADD R4, R3, R4 W ADD R3, R1, R2 D = dekódolás E = végrehajtás ciklusok W = visszaírás R3 R4 R5 scoreboard R6 R7 (48.ábra) Erőforrások használata Legfontosabb erőforrások: = regiszterek, amelyek

használatát a fordítóprogram optimalizálja, = központi tároló, amelynek használatát a külön utasítás- és adatcache-tárak, valamint a különálló utasítás- és adattároló használata(Harvard-struktúra), a memory interleaving teszik hatékonyabbá. Cserny: Szg. arch 2005/06 80 c.)Műveletek végrehajtásának gyorsítása Elsősorban az aritmetikai(fixpontos, vagy lebegőpontos) műveletek bonthatók fel részfázisokra, amelyek pipeline-ba szervezhetők. Például a szorzás elemi lépései: = a kitevők összegének előállítása: k = k a + kb , = a mantisszák összeszorzása: m = ma ⋅ mb , amely önmagában is sorozatos összeadásokra és eltolásokra bontható fel, = az eredmény normalizálása, = az eredmény kerekítése a tárolási hossznak megfelelő mértékre és a karakterisztika módosítása, ha szükséges, = az eredmény kerekítés miatti újranormalizálása, ha kell. Többnyire multifunkciós pipeline amelynek az ütemezéséhez

használják: alakul ki, = foglaltsági táblát és az = ütközési vektort. Cserny: Szg. arch 2005/06 81 fokozatok X kerekítés X normalizálás részszorzatok összeadása mantisszák szorzása kitevõk összeadása X X X X X idõ X [ciklus] X = elsõ inicializálás = második inicializálás (49.ábra) 3.22Szuperskalár technika a.)Szuperskalár technika lényege Párhuzamosság: = utasítás kibocsátásban, = utasítás végrehajtásban; utasításkibocsátás mértéke: 2-3-4 [ut./ciklus] utasítássor szétosztó EF FV Cserny: Szg. arch 2005/06 LPV (50.ábra) 82 Problémák: = függőségek(adat-, vezérlésfüggőségek) kezelése, = program konzisztenciájának megőrzése, = kivételek(megszakítások) kezelése. b.)Feldolgozás lépései Dekódolás = párhuzamos dekódolás növekvő nehézség magasabb kibocsátási mértéknél, elődekódoló használata az (L1 szintű) utasítás gyorsítótár előtt; elõdekódoló L1

utasításgyorsítótár utasítássor dekódoló/ szétosztó EF FV LPV (51.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 83 = elődekódolás lényege: 4-7 kiegészítő bit, jelezve: - az utasítás csoportját, - hosszát, - műveleti kód helyét, stb. Kibocsátás/szétosztás = feladata: a dekódolás után, a függőségek ellenőrzése/feloldása, majd az utasítás továbbítása a megfelelő végrehajtó egységhez; elõdekódoló L1 utasításgyorsítótár utasítássor dekódoló/ szétosztó várakoztató puffer ellenõrzés/ kibocsátás EF FV Cserny: Szg. arch 2005/06 LPV (52.ábra) 84 = jellemzők: • kibocsátás módja: - közvetlen(direkt) blokkolódás a függőségek miatt, - közvetett(indirekt) várakoztatás a függőségek feloldásáig; • kibocsátási ablak: méretét a vizsgálatba bevont utasítások száma(4-6) adja meg. - fix: csak akkor mozdul arrébb, ha az ablak összes utasítását kibocsátotta, - csúszó: minden kibocsátásnál

arrébb mozdul a kibocsátott utasításszámnak megfelelően; így, mindig u.a utasítás vizsgálható egyszerre; • kibocsátási sorrend: - sorrendi(a program logikája szerint), - sorrenden kívüli(a végrehajthatóság alapján, de a konzisztencia megőrzése megoldandó!) Cserny: Szg. arch 2005/06 85 = függőségek feloldási módjai: • vezérlési függőség: pl. feltételes elágazási utasítás végrehajtása esetén elágazás előrejelzés(spekulatív módon, feltételezett irányban kezdődik a feldolgozás), blokkolás a megoldásig(amíg az ugrási irány világos lesz) várakoztatás • adatfüggőség: pl. egymást követő utasítások ua a tárolóhelyet akarják használni; valódi(RAW = read after write) függőség csak várakoztatással oldható fel, ál-függőség(WAR, WAW): a felülírandó helyet az előző utasítás még használni akarja a régi adattal, ⇒ regiszter átnevezés - ideiglenesen más nevet kap a célállomás, azaz -

ideiglenesen az ú.n átnevező pufferben tároljuk, Cserny: Szg. arch 2005/06 86 - kell egy segédtároló a leképző táblázat (átnevezések nyilvántartása) tárolására; - befolyásoló, hogy az operandusok lehívása a szétosztás (várakoztatás előtt), vagy a kibocsátás (várakoztatás után) történik-e; azaz magát az adatot, vagy csak a címét tárolja a várakoztatás alatt. Végrehajtás Probléma: = végrehajtási idők különbözősége soros konzisztencia megőrzése, eredmény késleltetett visszaírása; = kivételek hatása: konzisztencia megőrzése Néhány példa = továbbfejlesztett CISC: Pentium, MC68060 = szuperskalár architektúra: Cyrix M1, AMD K5 = RISC magú CISC: PPro, PII, PIII, PIV = RISC processzorok: PowerPC 602, 604, 620 Cserny: Szg. arch 2005/06 87 3.3Tárolókezelés 3.31Alapfogalmak, tárolóhierarchia Alapfogalmak: = = = = = bit, byte, szó(word), rekesz, cím, címtartomány, tárolóeszközök: RAM(DRAM,

SRAM), ROM(PROM, EPROM), = elérési idő, feléledési idő, ciklusidő, = központi tár kapui: címregiszter(MAR), adatregiszter(MBR, DR) A gép hatékony működtetéséhez tárolóhierarchia kell: = regiszterek, regisztertár, = gyorsító(cache)tár, = főtár, (= gyorsítótár), = háttértárolók(mágneslemez, -szalag), = tömegtárolók (mágneslemez, optikai lemez, mágnesszalag, stb.) Cserny: Szg. arch 2005/06 88 Tárhierarchia: elérési idõk[s] -9 10-20*10 70-100*10 -9 10*10 -3 300-500*10 -3 kapacitás nagyságrend By MB GB regisztertár fõtár háttértár cachetár By regisztertár tömegtárolók cachetár MB GB fõtár háttértár tömegtárolók (53.ábra) 3.32Valós tárkezelés(főtár használata) Fogalma: minden tárolóeszköz kezelése a saját fizikai felépítésétől függően történik. Korlátos fizikai tárolók kezeléséhez a megoldás: ==> virtuális tárkezelés Cserny: Szg. arch 2005/06 89 Címzési,

címmódosítási eljárások Ok: az utasítások címrésze csak a legritkább esetekben tartalmazza az operandusok pontos, fizikai címét. - a címrész nem elegendően hosszú, - adatsoron kell műveletet végezni, - ciklikus műveletvégzésre van szükség, - a program, az adatok áthelyezhetőségét kell biztosítani. Címzési módok alapformái = = = = = abszolút címzési mód, relatív címzési mód közvetett(indirekt) címzési mód, közvetlen adatcímzés, álcímzés, literális; indexelés. Cserny: Szg. arch 2005/06 90 Közvetlen címzési módok(abszolút, relatív) program terület cím 399 400 adatterület LDA a cím 2000 401 1999 2000 2001 AC 1400 a.) abszolút címzési mód program terület cím 399 400 BR 4096 adatterület LDA r + 200 cím 4096 401 pontos cím: 4296 AC 1400 b.) relatív címzési mód (54.ábra) Relatív címzés esetei: = bázisrelatív(alapcímtől való eltérés), = utasításrelatív(aktuális utasítás

címétől való eltérés), = programrelatív(program kezdetétől való eltérés). Cserny: Szg. arch 2005/06 91 Az utasítások hatása: LDA a 2000 [2000] ⇒ AC LDA r 200 [[BR] + 200] ⇒ AC Közvetett(indirekt) címzési mód program terület adatterület cím cím 399 400 1600 2500 pointer LDA i 1600 401 AC 2500 1994 (55.ábra) Az utasítás hatása: LDA i 1600 LDA a 2500 Cserny: Szg. arch 2005/06 [2500] ⇒ AC 92 Közvetlen adatcímzés(immediate) Az utasítás címrészében maga az operandus található. Korlátozott használhatóság!! program terület cím 399 400 AC (639) LDA # 639 401 (56.ábra) Az utasítás hatása: 639 ⇒ AC LDA # 639 Indexelés IX 5 program terület cím 399 400 adatterület + LDA ix 3000 cím 3000 401 pontos cím: 3005 AC 1400 (57.ábra) Az utasítás hatása: LDA ix 3000 LDA a 3005 Cserny: Szg. arch 2005/06 [[IX] + 3000] ⇒ AC 93 3.33Regisztertárak • átmeneti adattároláshoz egyre nagyobb

méretű tárolót használnak ⇒ lényeges a hozzáférési mód • hárombemenetű regisztertár célszerű(3-címes utasításokhoz) • regisztertárak kezelési lehetőségei: = lineáris címzés használata = regiszterbank(register banking) használata (azonos méretű, nem átlapolódó részek; egy-egy bank mérete: 2 hatványa, pl. 23) ---> mutató: CBP - current bank pointer = ablaktechnika(register windowing) használata (azonos méretű, átlapolható ablakok; az ablak mérete: 2 hatványának többszöröse) ---> mutató: CWP - current window pointer = blokktechnika(register blocking) használata (tetszőleges méretű, átlapolható blokkméret) ---> mutató: CBP - current block pointer Mutatók utasításokkal kezelhetők(stack kialakítható). Cserny: Szg. arch 2005/06 94 Ablaktechnika alkalmazása(pl.: SPARC processzorok) R0 R7 R8 globális változók kimenõ paraméterek R0 R7 ← CWP-1 lokális változók R31 bemenõ paraméterek R24 ⇔ pm.

átadás R47 R0 globális változók R7 globális változók ← CWP kimenõ paraméterek lokális változók bemenõ paraméterek R40 ⇔ pm. átadás R63 kimenõ paraméterek ← CWP+1 lokális változók bemenõ paraméterek (58.ábra) Paramétercsere: a bemenő és a kimenő változók blokkján keresztül adatmozgatás nélkül. Cserny: Szg. arch 2005/06 95 3.34Gyorsító(cache)-tárak Feladatuk: utasítások, adatok processzorközeli, átmeneti tárolása: = L1 szintű(belső): 32KB = L2 szintű(belső/külső): 256KB Lényeges jellemzők: • a cache-tár mérete(8-256 kB); • a blokk mérete(16-32 byte); az adatcsere mindig blokkos formában történik ⇒ blokk/szó/byte felépítés; • sorméret, amely egy-egy összehasonlítással kijelölhető, általában a blokkmérettel megegyező, illetve annál kisebb; • aktualizálási módszer, amely alalpján a módosítandó adatot a cache-tárba és a főtárba írjuk; • a gyors adatcsere miatt, fontos a

megfelelő helyettesítési stratégia ⇒ (re)placement policy; • a főtár és a cache-tár adategyezőségének biztosítási módja. Két jelző-bit legalább: • érvényességi(V - valid bit): a blokk tartalma érvényes adatot tartalmaz-e? • módosítás jelző(D - dirty bit): aktualizáláskor volt-e módosítás? Cserny: Szg. arch 2005/06 96 a.)Gyorsító(cache)-tárak típusai (Példák: 32 bites címzés és 256 tárolósor(cella) feltételezésével mutatják be az egyes típusokat) 1.Teljesen asszociativ(fully associative) cache-tár [256-way set associative cache] CÍM: szó byte blokk sorszám 2 1 16831 2 28 2 kijelöléshez összehasonlításhoz blokk sorszám cachetár tag-rész V D 0.szó 1.szó 2.szó 3.szó 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 adatrész 0 1 2 16831 megcímzett byte 254 255 (59.ábra) Egy-egy blokk bárhová kerülhet. Címzés: blokk sorszám alapján, összehasonlítással. Cserny: Szg. arch 2005/06 97 sikeres

elérés cache-hit(read-, write-hit), sikertelen elérés cache-miss(read-, write-miss) Elönye: hátránya: nagyfokú rugalmasság betöltésnél, soronként címösszehasonlítás kell ⇒ költséges(általában < 64 cella) 2.Közvetlen leképzésű(direct mapping) cache-tár [1-way set associative cache] CÍM: sorindex szó byte lapsorszám 168 31 20 összehasonlításhoz lapsorszám cachetár sorindex 0 1 2 31 tag-rész V D 0.szó 2 1 2 8 kijelöléshez 1.szó 2 2.szó kijelöléshez 3.szó 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 adatrész 168 megcímzett byte 254 255 (60.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 98 Kijelölés: sorindex, valamint szó- és byte-cím alapján Címzés: lapsorszám összehasonlításával. Előnye: hátránya: gyors visszakeresés, nagyon merev, előfordulhat, hogy nem aktuális tartalmú; hivatkozás ugyanarra a blokkra, mint utasításra és mint adatra is. 3.Csoport asszociativ(set associative) cache-tár [n-way set associative

cache] Egy-egy blokk n helyre mérete ezért csökken. kerülhet, a tartomány Kijelölés: csoportindex(set index), valamint szó- és byte-cím alapján. Címzés: lapsorszám alapján, összehasonlítással. Előny: hajlékonyabb, mint a direct mapping, kevés összehasonlítás kell, viszonylag gyors és olcsó. Cserny: Szg. arch 2005/06 99 CÍM: csoport index szó byte lapsorszám 31 168 összehasonlításhoz 22 6 kijelöléshez lapsorszám cachetár tag-rész csoport 0 index 1 2 31 V D 2 1 2 2 kijelöléshez 0.szó 1.szó 2.szó 3.szó 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 adatrész 168 megcímzett byte 62 63 (61.ábra) b.)Gyorsító tárak tartalmának karbantartása Problémák: = aktualizálás: utasítástárolónál nem gond ⇒ csak olvasás van, adattárolónál: főtár és cache-tár adategyezőségét biztosítani kell, = tartalomcsere stratégiája; több program futása bonyolítja a helyzetet ⇒ különálló tárolók használhatók. Cserny:

Szg. arch 2005/06 100 Tartalom betöltése = aktuális igénykor(demand fetching): a kért byte azonnal továbbításra kerül(load-through, readthrough) = előkészítéssel(prefetching): az i-dik blokkal az i+1-dik is betöltésre kerül; - kis blokkoknál célszerű, - előretekintési stratégia kell(look ahead) Aktualizálás adatbeírás, módosítás után a főtárat is aktualizálni kell = azonnali átírás(write through), = visszaírás, -másolás(write back,copy back) módszere, = egyszeri visszaírás(write-once) módszere; programból is választható lehet. = write through: - az adat beírásra kerül a főtárba is, függetlenül attól, hogy az adott blokk a cache-ben van-e, vagy sem; - puffereléssel gyorsítható (buffered write through) az átvitel. - lehetőség: write-hit(benn van): a cache is aktualizálódik; write-miss(nincs benn): Cserny: Szg. arch 2005/06 101 = tárba írást követi egy visszaolvasás(read-miss) = betöltés után aktualizál

(write through with write allocation) = write back, copy back: - aktualizálás csak a blokk cseréjekor, a a dirtybit állapotától függően; - lehetőség: write-hit(benn van): csak a cacheben aktualizál, a főtárat csak később, blokkcserénél aktualizálja. write-miss(nincs benn): betöltés után aktualizál, a főtárat csak később, blokkcserénél aktualizálja. = write-once: - csak az első hivatkozáskor írja vissza a főtárba a blokkot, érvénytelenítve a más cachetárakban lévő adatokat; visszaírás blokkcserénél történik csak. Előny, hátrány: a write back módszernél a cache és a főtár tartalma nem mindig egyezik meg, de nem foglalja le az adatsínt. Cserny: Szg. arch 2005/06 102 Helyettesítési stratégia(replacement policy) Alapelv: a legrégebben nem használt kerüljön ki (least recently used - LRU) Magyarázat: változásmátrix alapján(a mátrix sorai blokkonként jelzik annak korát, hogy milyen rég nem használták) az egyes

blokkok kora ismert. Változás mátrix: blokksorszám 0 1 2 3 4 5 1 1 1 2 1 1 4 5 blokk ssz. 0 8 1 0 3 6 7 ← ← ← ←1 1 6 1 7 8 1 léptetõ regiszter: kor 0 1 2 3 számláló regiszter 6 6 1 2 3 2 3 4 3 0 1 4 1 2 5 4 0 6 8 8 7 5 5 8 7 7 módosítás után 4 5 6 7 8 3 4 1 2 5 7 0 8 6 5 3 4 1 2 7 0 8 6 módosítás után cserélhetõ blokk(6.) (62.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 103 Megoldási módok: = számláló regiszterrel(a blokkok korát tárolja) = shift regiszterrel(a blokk sorszáma a korának megfelelő helyen áll) = kor szerinti megelőzési mátrix alapján; (i,j)-dik elem = 1, ha az i-dik blokk fiatalabb a j-diknél. Adategyezőség biztosítása Feladat: a cache-tár és a főtár tartalmának azonosságát biztosítani ⇒ MESI protokoll processzor cache-tár fõtár címdekódoló tagrész adatrész 183 A adat 183 cachehit (183) tároló A adat (183) ↑ (B adat) címsín

adatsín ↓ (A adat) processzor oldal DMA (63.ábra) Meghatározó: = az alkalmazott visszaírási technika, = a cache-tár strukturális helye. 3.35Virtuális tárkezelés Cserny: Szg. arch 2005/06 104 a.)Alapprobléma - a végrehajtás alatt álló programnak és a hozzátartozó adatoknak a központi tárban kell lenniük ⇒ közvetlen címzés emulálása, ⇒ virtuális cím. Példa: teljes tárolóterület Valós címek (fizikai címtartomány) fõtár 0 0 4 4 8 8 relatív cím = 1780 ⇒ fizikai cím = 4096+1780 = 5876 12 ≈ ≈ leképzés: 56*1024 41024 52 56 60 64 virtuális cím: 59124 ⇒ relatív cím = 59124-56*1024 = 1780 Virtuális címek (logikai címtartomány) (64.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 105 - virtuális cím, tárkezelés lényege = az aktuálisan nem szükséges programrészek, adatok valamilyen háttértárolón vannak; igény szerint betöltve, = látszólagos(virtuális) címmel elérve. - fizikai cím

előállítása(MMU - Memory Management Unit): szegmens-, és/vagy laptábla segítségével: ⇒ táblázat alapján megvalósított indirekt címzés. ⇒ tartalma: = logikai szegmens(lap) sorszám, = kezdőcím, = méret, = hozzáférési jog, = módosítás jelző, stb. A címfordítás(címleképzés) elve: virtuális cím sorszám 14 rel.cím(offset) 20 20 12 1780 12 14*4096 = 57344 sorszám blokk fizikai kezdõcíme sorszám 14 1M-1 blokk fizikai kezdõcíme 4096 32 32 ⊕ ⊕ 32 32 pontos (fizikai) cím pontos (fizikai) cím: 5876 (65.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 106 b.)Szegmens, lap fogalma szegmens: mérete változó, átlapolódó is lehet = címzés: logikai cím=szgm.ssz+relcím fizikai cím=báziscím+rel.cím szgm.logsorszám ⇒ szgmtábla ⇒ báziscím = szegmens betöltési stratégiák: - első szabad helyre(first fit), - következő szabad helyre(next fit), - legjobb helyre(best fit) ⇒ maradék hely minimális, - legrosszabb

helyre(worst fit) ⇒ maradék hely maximális. - időnként átrendezés(garbage collection) kell ! lap: mérete azonos, nem átlapolódó(512B-8kB) (page, frame) = címzés: logikai cím=lapssz.+relcím fizikai cím=bázis(lapkeret)cím+rel.cím lapsorszám ⇒ laptábla ⇒ bázis(lapkeret)cím = lapváltás: kérésre(demand paging) ⇒ page fault trap ⇒ adat working set = az éppen használt lapok = lapváltás módja: - véletlenszerű, - legrégebbi(FIFO), - LRU(least recently used) Cserny: Szg. arch 2005/06 107 szegmens- és lapváltás csökkentése: = megfelelő programozástechnikával ⇒ strukturált, objektum-orientált programozás = lokális változók használatával, stb. c.)Virtuális címek leképzése Gyakorlatilag, táblázat segítségével megvalósított, egy-, vagy többlépcsős indirekt címzés; szegmens- és laptábla (részeinek) tárolása: ⇒ cache-ben ⇒ Translation Lookaside Buffers (TLBs) Egylépcsős címképzés Szegmenscímzés

virtuális cím sorszám 8 szegmens sorszám valós tároló relatív cím 24 szegmens fizikai címe ⊕ 32 szegmens kezdet 32 max. 255 szegmenstábla pontos (fizikai) cím (66.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 108 Szegmenscímzésnél: szegmens maximális mérete = 16MB Szegmenscímzés szegmensregiszter alapján - szegmenstábla a főtárban(i386, i486) - maximum szegmensméret = 4GB állapot jelzõ virtuális cím valós tároló relatív cím 2 szgm.sszreg 32 16 szegmens sorszám szegmens fizikai címe ⊕ szegmens kezdet 32 32 pontos (fizikai) cím max. 64K-1 szegmenstábla (67.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 109 Lapcímzés virtuális cím lapsorszám relatív cím 12 20 lapsorszám valós tároló lapkeret sorszám ⊗ lapkeret kezdet 32 20 pontos (fizikai) cím max. 1M-1 laptábla (68.ábra) Lapcímzésnél: lapméret: 512 byte - 8 KB ⇒ laptábla > 1 MB aktuális rész: cache-tárban Cserny: Szg. arch 2005/06 110

Többlépcsős címképzés Többlépcsős lapcímzés kétlépcsős változat virtuális cím szgm.ssz lapsorszám relatív cím 10 10 valós tároló 12 szgm. laptáblázat lapkeret ssz. ssz. laptáblázatok lapsorsz. lapkeret sorszám ⊗ 1023 laptáblázat katalógus tábla 20 1023 lapsorsz. lapkeret sorszám 20 lapkeret kezdet 32 pontos (fizikai) cím 1023 (69.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 111 háromlépcsős változat rootpointer virtuális cím lapkat. laptábla ssz. ssz. 20(32) 7 fõtáblázat lapkat. lapkatalógus ssz. kezdete 7 relatív cím 6 ⊗ 63 127 laptáblázat katalógus tábla 12 lapkeret sorszám 20(32) laptábla laptáblázat ssz. lapkeret ssz. valós tároló laptáblázatok lapsorsz. 127 lapssz. lapsorsz. lapkeret sorszám lapkeret kezdet 32 pontos (fizikai) cím 20 20(32) 63 (70.ábra) csak a főtábla van a főtárban = kezdőcíme(root-pointer), = hossza külön regiszterben, időigényes: csak az aktuális

adatokat tárolják a cache-ben(TLB). példák: 2-lépcsős: i860, MC88000, NS32532, 3-lépcsős: MC68040, Z80000, 5-lépcsős: MC68030 Cserny: Szg. arch 2005/06 112 Többlépcsős szegmentált lapcímzés kétlépcsős változat állapot jelzõ virtuális cím 2 szgm.sszreg 32 valós tároló szgm. ssz. 16 szegmens kezdõcíme ⊕ 32 64K-1 szegmenstábla 32 virtuális cím lapsorszám 20 lapssz. relatív cím 12 ⊗ laptáblázat lapkeret sorszám lapkeret kezdet 32 20 pontos (fizikai) cím 1M-1 (71.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 113 háromlépcsős változat: állapot jelzõ virtuális cím virtuális cím 2 szgm. ssz. szgm.sszreg 32 16 szegmens kezdõcíme ⊕ 32 64K-1 32 szegmenstábla kat.tábla lapkeret laptábla.ssz lapsorszám sorsz. virtuális cím 12 10 10 valós tároló relatív cím 20 szgm. laptáblázat lapkeret ssz. ssz. laptáblázatok lapkeret lapsorszám sorsz. ⊗ 1023 laptáblázat katalógus tábla 20 1023 lapsorsz.

lapkeret sorszám 20 lapkeret kezdet 32 pontos (fizikai) cím 1023 (72.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 114 Példa: virtuális cím háromlépcsős leképzése fizikai címre(i386, i486) állapot virtuális cím 32 2 szgm.sszreg ⊕ 1 szgm.tábla kezdõcíme 16 32 lapkatalógus lapkeret sorszáma ⊕ szgm. k.címe 2 3 laptábla lapkeret ssz. lapkeret ssz. 32 20 20 virtuális cím laptáblassz. 10 lapsorszám 10 rel. cím 12 00 2 20 00 20 2 32 1 20 20 32 32 2 3 12 32 fizikai cím (73.ábra) Cserny: Szg. arch 2005/06 115 3.36Tárvédelmi módszerek Tárolókezelő rendszer(MMU) feladata: = címkiszámítás helyességének ellenőrzése, = rendszerprogramok védelme az alacsonyabb prioritású programoktól, = felhasználói programok védelme egymástól, = tárolt adatokhoz történő hozzáférés felügyelete. a.)Programok, feladatok védelme = hierarchikus rendszer(pl. Intel proc): - 4-szintű: legmagasabb szinten az operációs

rendszer, - szintek között ellenőrzött átjárás szintenként külön veremtárolók; programok csak saját szintű, vagy magasabb prioritású alprogramokat hívhatnak; adatokat csak saját szinten, vagy annál alacsonyabb prioritású szinten érhetnek el; - feladatok(task-ok) közötti védelmet a feladathoz tartozó saját használatú deszkriptortáblák (lokális deszkriptortáblák) biztosítják. = nem hierarchikus rendszer műveleti tábla tartalmazza az elvégezhető tevékenységeket. b.)Adatok védelme Sokrétű védelmi lehetőség, pl. hozzáférési jogok: = írási/olvasási jog, = végrehajtási jog, stb. Cserny: Szg. arch 2005/06 116 3.4Kapcsolatok kezelése Feladat: a gép egyes részeinek, folyamatainak összehangolása: = automatikusan(proc. nélkül), = intelligens módon (kiértékeléssel megszakítási rsz.) adatátvitelek leghatékonyabb megoldása: = processzor - memória, = processzor - I/O eszközök, perifériák, = memória - I/O

eszközök, perifériák között. Legfontosabb erőforrások: sínrendszer, csatornarendszer. Működéshez: megszakítási rendszer 3.41Megszakítási rendszer Feladat: a számítógép folyamatainak összehangolása kivételes és váratlan események bekövetkezése esetében is. Cserny: Szg. arch 2005/06 117 a.)Megszakítás fogalma, keletkezése = események: szinkron, várt, aszinkron, várt, aszinkron, váratlan; ahol a szinkronitás a futó programmal összefüggésben értendő. = események kiváltója: program(szinkron), hardver(aszinkron). = megszakítás, megszakítási kérelem, megszakítás kiszolgálása; = megszakítások maszkolása. b.)Megszakítások kiszolgálása = problémák: - megszakítás helyének megállapítása, - futó program szabályozott felfüggesztése, - egyidejű megszakítási kérelmek kezelése, - többszörös megszakítási kérelmek kezelése. = megszakítás helye: - szoftver úton: lekérdezéses(polling interrupt), -

hardver+szoftver úton: egy, vagy több vonal, vektoros módon. Cserny: Szg. arch 2005/06 118 = kiszolgálás lépései: hardver által: - jelzés, visszaigazolás, - vektorsorszám átküldése, - processzor tárolja, - PC, állapotregiszter elmentése, - vektortáblázatból a kiszolgáló rutin címének meghatározása és a rutin elindítása; szoftver által: - regisztertartalmak elmentése, - a megszakítás kiszolgálása, - részeredmények visszatöltése, - visszatérés az eredeti feldolgozáshoz; hardver által: - az elmentett PC, állapotregiszter visszatöltése, - az eredeti feldolgozás folytatása. c.)Megszakítások sorolása = szoftver által: soros kiszolgálás, = hardver(megszakítás vezérlő)+szoftver által: - központi kiértékelés, - elosztott(daisy chain) kiértékelés =többszörös megszakítások: - egyszintű rendszerben nincs lehetőség, - többszintű rendszerben: egyező, vagy alacsonyabb prioritásúak letiltása ideiglenesen alacsonyabb

szintre sorolás, ideiglenesen prioritások átrendezése. Cserny: Szg. arch 2005/06 119 3.42Sínrendszer(buszrendszer) a.)Lényege Több tucat vezeték, amelyeken az adatok továbbítása meghatározott(szabványos) formában történik; a vezetékek és a jelek egymáshoz rendelése meghatározott. Feladata: = az átvitelben résztvevő eszközök kijelölése, = az átvitel irányának kijelölése, = a kapcsolatban résztvevő eszközök együttműködésének, szinkronizálásának biztosítása, = az adatok átvitele. b.)Felépítése = struktúrája: belső, külső: - helyi(local), - rendszer(system), - memóriasín; sínmeghajtó egység. Cserny: Szg. arch 2005/06 120 = részei: címsín(32, 64 bit), adatsín(32, 64, 128 bit), vezérlési sín - adatátvitelt vezérlő, (pl.: M/IO*,R/W, BUSY, READY, stb.), - megszakítást vezérlő, - sínvezérlő jelek, stb. = sín használói: - master(aktív eszköz), - slave(passzív eszköz). = sínprotokol:

elektronikus, mechanikus jellemzők, amelyek a kivitelezés és a működés módját egyaránt megszabják. c.)Működése = A sínvezérlés módja: = aszinkron, = szinkron. = Sínciklus: az az időtartam(ciklusszám), amely egy adatátvitel lebonyolításához szükséges. Cserny: Szg. arch 2005/06 121 = Együttműködés szinkronizálásának alapelve: cím elõkészítése cím elõkészítése memória hozzáférési idõ ALERT ↑ READY? adat elõkészítése ALERT ↓ ALERT? READY ↓ adat elõkészítése READY ↑ adat átvétele adat átvétele processzor oldal processzor oldal memória oldal memória oldal (74.ábra) Kérés-visszaigazolás(hand-shaking) fogalma: a két oldal együttműködését biztosító eljárás, amely nem engedi valamelyik oldal elfutását. Cserny: Szg. arch 2005/06 122 =Aszinkron vezérlés lényege: vár C cím ⇒ MAR ALERT(AS) ? AS ↑ ← Cd vár C C C READY? [mem(MAR)] ⇒ MBR READY ↑ [MBR] ⇒ AC

AS ↓ ALERT(AS) ? READY? READY ↓ ← Cd ← Cd processzor oldal ← Cd memória oldal (75.ábra) Kettős kérés-visszaigazolás(full hand-shaking) technika alkalmazása a biztonság növelése érdekében. Cserny: Szg. arch 2005/06 123 =Szinkron vezérlés lényege: vár C cím ⇒ MAR AS ↑ ALERT? vár AS ↓ [mem(MAR)] ⇒ MBR READY ↑ READY? [MBR] ⇒ AC READY ↓ C C processzor oldal memória oldal (76.ábra) d.)Sínfoglalás = fogalma: a sínhasználat jogának megszerzése több aktív eszköz igénye esetén(bus arbitration) = lehetőségek: - soros, - párhuzamos módszerrel. Cserny: Szg. arch 2005/06 124 = Soros sínfoglalás elve: 0.eszköz 1.eszköz 2.eszköz BG* buszvezérlõ BREQ* sínrendszer (77.ábra) Prioritás megállapítás: sorrend alapján(daisychain); processzor priorítása a legalacsonyabb. = Párhuzamos sínfoglalás elve: 0.eszköz 1.eszköz 2.eszköz BREQ* buszvezérlõ BG* sínrendszer (78.ábra)

Cserny: Szg. arch 2005/06 125 = Prioritás meghatározása: - egyszerű körbejáró, - véletlenszerű, - legkevésbé most használt(LRU - least recently used). e.)Tárkezelés(processzor-memória adatátvitel) gyorsítása = átlapolt tárciklus alkalmazása sín terhelése egyenletesebb tárciklus hossza buszciklus hossza órajelek adatelérés - kezdete 0 1 0 1 használt tárbank - vége 0.tárbank 1.tárbank 1.adat 3.adat 2.adat 4.adat (79.ábra) = blokk sínciklus használata(burst mode): több byte-os adatsor átvitelekor nem kell minden byte-ot külön megcímezni ==> gyorsítható az átvitel. Cserny: Szg. arch 2005/06 126 3.43Adatbevitel/kivitel Kapcsolat a külvilággal: processzor ↔ I/O eszköz, memória ↔ I/O eszköz között. a.)Eszközök elérése = kapcsolat formája általában: belső eszköz sínrendszer külső eszköz vezérlője (csatlakozó) külső eszköz = elérési lehetőség: I/O portok, regiszterek segítségével -

parancs(command) regiszter, - állapot(status) regiszter, - adatkimenet(data output) regiszter, - adatbemenet(data input) regsizter. 2-2 összevonható(parancs/állapot, be/ki) általában lényegesen több regiszter kell. = elérés mödja: közvetlen(I/O utasításokkal), közvetett(memory mapped). = önálló I/O címmezővel, = teljesen memóriába ágyazottan = átviteli módok: soros, párhuzamos. = periféria vezérlése, átvitel bonyolítása Cserny: Szg. arch 2005/06 127 - közvetlen, feltétel nélküli(pl. jelzőizzó), - feltételes(jelzőbit ellenőrzése, megszakítás várása, stb.), - közvetlen tárolóhoz fordulással(DMA=direct memory access) blokkos átvitel, cikluslopás ==> időosztásos sínhasználat - önálló vezérlőjű csatorna ==> nagygépek, - I/O processzor + csatorna. b.)Párhuzamos adatátvitel = programozott I/O átvitel - feltétel nélküli, - feltételes(jelzőbit alapján), ===> processzor foglalt a teljes átviteli

időben; = megszakításos I/O átvitel I/O eszköz felszabadul ==> megszakítási kérelem ==> adatátvitel ===> processzor csak a megszakítási kérelem kiszolgálása alatt foglalt az I/O tevékenységgel; Cserny: Szg. arch 2005/06 128 = közvetlen memóriahozzáférés(DMA) - processzor ellenőrzi a perifériát, tudja-e fogadni az átvitelt, - DMA vezérlő részére előkészíti az átvitel paramétereit, elindítja a DMA-t, - DMA buszfoglalási kérelmet jelez, - buszfoglalás, átvitel, - jelzés(megszakítás) a processzor felé, - processzor ellenőrzi a végrehajtás hibátlan megtörténtét, - buszengedélyezést megszünteti. ===> a processzor csak a megszakítások kiszolgálása alatt foglalt. = csatorna-elv alkalmazása - szelektor csatorna, - multiplexor csatorna, mindegyik önálló vezérlő egységgel. ===> a processzor teljesen felszabadul az I/O tevékenység irányítása alól. c.)Soros adatátvitel gyakori, egyszerű, de megbízható

átviteli mód, = lényege: párhuzamos-soros átalakítás(UART = Asynchronous Receiver/Transmitter), esetleg modem használata(szimplex, duplex üzemmód), Cserny: Szg. arch 2005/06 129 = átviteli protokoll meghatározott: RS-232C, RS-449 szabvány = átviteli csatorna felépítése: frekvenciamodulált jelek digitális jelek mikroszámítógép párh.soros átalakító modem sorospárh. átalakító modem mikroszámítógép telefonvonalak (80.ábra) = aszinkron átvitel: 0. 1-es szint 1. karakterenként - start bit(1), - adatbit(7), - paritásbit(1), - stop bit(1-2). 2. 3. 4. 5. 0-ás szint start bit adatbitek 6. bit paritás bit stop bitek 1 karakter bitjei (81.ábra) átviteli sebességek: 110, 300, 1200, 2400, 9600, 19200 [bit/sec]; Cserny: Szg. arch 2005/06 130 = szinkron átvitel: blokkos átvitel - karakterorientált, - bitorientált, a.) Karakter orientált protokoll 1 1 1 1 SYN SYN SOH fejrész STX 1 2 ETX/ adatok(n karakter) ETB

ell.örzõ összeg SYN = szinkronmezõ SOH = fejrész kezdete(start of header) STX = szöveg kezdete(start of text) ETX = szöveg vége(end of text) ETB = átviteli blokk vége(end of transmission block) b.) Bitorientált protokoll 1 7E h címrész 1-2 vezérlõ rész 2 adatok(n karakter) 1 ell.örzõ 7E h összeg (82.ábra) átviteli sebességek: 4800, 9600, vagy nagyobb. Cserny: Szg. arch 2005/06 131 4.Perifériális eszközök 4.1Tárolóeszközök 4.11Általános jellemzők - feladatuk: adattárolás, adatcsere, - típusok: = hajlékony lemez(floppy), 360KB-720KB-1.2MB-144MB, 2.88MB, 21MB, 120MB(optikai vezérlés); = merevlemez, beépített(80MB-40GB), cserélhető(80-540MB), hordozható(20-80MB); = optikai lemezek(CD-ROM, CD-R, -RW, WORM, DVD), 560-650 MB, 8-16 GB Cserny: Szg. arch 2005/06 132 a.)hajlékonylemezes(floppy) egységek: - típusai: 5.25" és 35" meghajtók - adataik: kapacítás[kB] átmérő[in] fejszám sávszám szektorszám

sávsürüség[tpi] jelrögzítés átv.seb[Kb/s] 360 5.25 2 40 9 48 MFM 250 1200 5.25 2 80 15 96 MFM 500 720 3.5 2 80 9 135 MFM 250 1440 3.5 2 80 18 135 MFM 500 2880 3.5 2 80 36 135 MFM 1000 - adatok beállítása BIOS-on keresztül, - max. BIOS kapacitás: 64MB b.)merevlemezes(winchester) egységek: - felépítése: zárt, 6-15 könnyűfém lemez, mágnesezhető réteg, repülőfej, 3600 f/p - kapacitás: 5.25" -es: 20-40MB, 25-50ms, 625kB/s, 3.5" -es: 50-500MB, 10-20ms, 900kB/s, - max. BIOS kapacitás: 838GB c.)optikai egységek - felépítése: cserélhető lemez, a lemezen spirálpályán elhelyezkedő jelsorozattal; csak olvasható, egyszer írható, írható-olvasható - kapacitás: 550-650 MB, >10 GB(DVD) 150 kB/s, 300 kB/s, . Cserny: Szg. arch 2005/06 133 4.12Információtárolás - vizsgálat szintjei: fizikai, BIOS, DOS. a.)Fizikai szint 1.Mágneses tárolóeszközök - jelrögzítés módja: önszinkronizáló: FM, MFM, RLL(ARLL) -

formázás(sávkezdet fizikailag adott: ⇒ pl. lyuk) szektorok: fejrész(azonosító, ell.összeg), adatrész(adatok, ell.összeg) sávok(cilinderek) - ellenőrző összeg: CRC(cyclic redundancy code), ECC(error correcting & checking) - üres helyek(gap) a megbízhatóság miatt, - írásvédelem vezérlési szinten(nem léphető át?), =operációs rendszer szinten: a lemez formázási adatai leolvashatók. Cserny: Szg. arch 2005/06 134 2.Optikai tárolóeszközök - jelrögzítés formája: lyuk - nem-lyuk átmenet léte- nem léte(NRZI) = lézerrel beégetett lyukak (pit - 0.5 x 0833 ÷ 3056 µm), = közbülső szakaszok(land) váltakozásával; = írható/olvasható tárolóknál magneto-optikai jelrögzítés, írás: lézerrel helyi melegítés mágnesezés, olvasás: lézerrel polarizáció változó; - jelrögzítés spirál pályán, 1.6 µm menetemelkedéssel, azonos jelsűrűséggel ⇒ változó fordulatszám(250-500 f/p); - adattárolás: = byte-onként 14

bites formában, cross-interleaved Reed-Solomon hibajavító kód alkalmazásával, = 24 kibővített byte-os adatcsoportok kialakítása további kiegészítő információkkal ⇒ 588 bit hosszúságú, = 98 adatcsoportból adatkeret(blokk) ⇒ 2352 byte. Cserny: Szg. arch 2005/06 135 b.)BIOS szint - szektor- és sávszintű műveletek, - sávok sorszáma: 0-39, 0-79, - szektorok(512B) sorszáma: 1-9, 1-15(1.2M), 1-9, 1-18(1.44M) 1-17, -26, -34 (HDD) - sorszámozás: = floppy-nál a fizikai és a (BIOS szintű) logikai számozás megegyezik, = merevlemeznél a magas fordulatszám miatt, eltolás ⇒ interleave (1:6, 1:3, 1:2, 1:1 arányban); - lehetséges műveletek: = floppy-nál(13h megszakításon keresztül; funkciókód: az AH-ba): = merevlemeznél(bekapcsoláskor, ha van merevlemez ⇒ a 13h-as megszakítás a merevlemezé és a floppy átirányításra kerül a 40h-es vektorra) = optikai lemeznél(15h megszakításon keresztül, ha az MSCDEX.EXE program be lett töltve;

funkció: AH=15h; alfunkció az AL regiszterbe): c.)DOS szint Cserny: Szg. arch 2005/06 136 Szabványos forma és (mágneslemezeknél), tartalom a DOS számára (szektorok sorszámozása logikai, 0-tól) Részei: - particiós tábla(MBR, 0.szektor), betöltő szektor(boot sector) állományelhelyezési tábla(FAT), állományelhelyezési tábla másolata (FAT2), - főkönyvtár(root directory), - további állományok, Particiós tábla: − − − − − − − − aktiv/inaktiv partició particiókezdet fejsorszáma particiókezdet sáv-, szektorsorszám operációs rendszer kódja particióvég fejsorszáma particióvég sáv-, szektorsorszám particiókezdet logikai szektorsorszáma particióvég logikai szektorsorszáma Cserny: Szg. arch 2005/06 1 1 2 1 1 2 4 4 byte, byte, byte, byte, byte, byte, byte, byte. 137 Betöltő szektor tartalma(partició első szektora): − − − − − − − − − − − − − − − ugró utasítás 3 Byte,

gyártó neve és verzió 8 Byte, Byte/szektor 2 Byte, szektor/klaszter 1 Byte, foglalt szektorok száma 2 Byte, FAT-k száma 1 Byte, főkatalógus bejegyzéseinek száma 2 Byte, szektorok száma 2 Byte, adathordozó leíró Byte-ja 1 Byte, FAT által elfoglalt szektor 2 Byte, szektor/sáv 2 Byte, fejek száma 2 Byte, rejtett szektorok száma 2 Byte, verziótól függő foglalt hely betöltő rutin: betölti az IO.SYS, MSDOSSYS állományokat FAT tartalma: klaszterenkénti információ (12 vagy 16[ha 4078 kl-nél több van] biten) 0.klaszter: 1.klaszter: többinél: lemez azonosító kód, file vége jel(FFFh) 000h használaton kívül, nnn nnn.-nél folytatódik, FF0-FF6 foglalt(FF7h=sérült), FF8-FFF file vége. Cserny: Szg. arch 2005/06 138 Főkatalógus tartalma: 32Byte-os bejegyzéseket tartalmaz: − − − − − − − − file neve file név kiterjesztése attributum fenntartott utolsó módosítás időpontja utolsó módosítás dátuma első klaszter

sorszáma file hossza Cserny: Szg. arch 2005/06 8 3 1 10 2 2 2 4 Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte, Byte. 139 4.13Floppy illesztő - vezérlő: i82072, i82077a(2.88MB-ost is kezeli) - egy, vagy két meghajtó, - jelsűrűség: - I/O címek: SD DD HD FM, MFM, MFM, 3F0h BIOS csak ezt ismeri, IRQ6+DMA 2.csatorna, bármely szabad IRQ + 8 bites DMA. 370h 250kb/s 500kb/s 4.14Merevlemez illesztő - egy, vagy két illesztő lehet, - I/O címek: 1F0h 170h BIOS csak ezt ismeri, (jelzés: IRQ14) bármely szabad IRQ, külön kezelő kell - parancsok: = fej a 0.sávra, = fej adott sávra, = szektor olvasása, = szektor írása, = sáv formázása, = szektor ellenőrzése, = diagnosztika végrehajtása, = fej- és szektorszám beállítása. Cserny: Szg. arch 2005/06 140 a.)Seagate-csatoló(st506/412) - legelső csatolók egyike(1980-as évek eleje), - kis kapacítású egységekhez(< 140 MB), - négy egység csatolható hozzá(ált.-ban 2 egység van), - 34

pólusú vezérlő- +20 pólusú adatcsatlakozó, - kódolás: MFM(gyakoribb), vagy RLL, - elérési idő: ∼ 28 ms - adatátviteli sebesség: > 625 kB/s (lemez és vezérlő között analóg jelek), b.)ESDI(Enhanced Small Device Interface) csatoló - az st506/412 csatoló továbbfejlesztése, kompatibilitás, - kódolás: többnyire RLL, - adatátvitel sebesség: kb. 12MB/s (lemez és vezérlő között digitális jelek), - 34 pólusú vezérlő- +20 pólusú adatcsatlakozó, - elérési idő: ∼ 17 ms, - kapacitás: ∼ 300 MB. Cserny: Szg. arch 2005/06 141 c.)SCSI(Small Computer System Interface) csatoló - több, mint csatoló sínrendszer, - max. 7 egység csatolható hozzá, - nem csak lemezegység(CD-ROM, scanner, streamer) csatolható, - adatátviteli sebesség: 5 MB/s, (8 bites párhuzamos adatátvitel), - 50 pólusú csatlakozó(9 vezérlő- + 9 adatvezeték) - indikátor(master) és target(slave) is lehet, SCSI-2 csatoló: - adatátviteli sebesség: 10 MB/s, -

16, 32 bites adatszélesség. Cserny: Szg. arch 2005/06 142 d.)IDE-EIDE(Enhanced Integrated Device Electronic) csatoló - az ESDI csatoló továbbfejlesztése, vezérlő a meghajtóba AT-sínes csatoló, - sín max. frekvenciája: 10 MHz, - adatátviteli sebesség: 1-4 MB/s, (8, 16 bites párhuzamos adatátvitel), - IDE max. 504 MB-ot(1024 sáv x 63 szektor x 16 fej x 512 byte) kezel, - két illesztő használható, két-két meghajtóval (master-slave), - gyárilag formázott - EIDE a nagyobb kapacítású(>512 MB) lemezekhez, - logikai blokkcímzéssel(LBA), újabb BIOS-ok már ismerik, - nagyobb adatáviteli sebesség: 13.3 MB/s, - EIDE esetében max. 84 GB, Cserny: Szg. arch 2005/06 143 4.2Monitorok és vezérlésük 4.21Alapfogalmak - fogalmak: = folyamatos(non-interlaced), váltott soros(interlaced) képalakítás; nagyobb felbontásnál, alacsonyabb képfrekvencia; = multisynchron: felbontás változtatása a kép ugrása nélkül; = overscan: teljes

képernyő használata; = utánvilágítás; = alacsony sugárzású(low radiation). - felbontás lehetősége(fizikai pontméret - dot) ↔ képernyőméret - vezérlő kártya elemei: = = = = vezérlő(pl. MC6845), video RAM, video ROM-BIOS, karaktergenerátor, stb. - vezérlők feladata: = memóriabeli képernyőtartalom megjelenítése ⇒ címtartomány: A0000 - BFFFF között. Cserny: Szg. arch 2005/06 144 FFFFF C0000 BC000 B8000 B1000 B0000 szöveges CGA, EGA, 200 soros CGA,EGA (grafikus) monokrom MDA, HGC 350 soros EGA (grafikus), VGA A0000 00000 (83.ábra) - vezérlés többnyire MC6845-össel, de ez a kártyától függ, - a kártya vezérlése az I/O címeken(3B0-3BF, 3D0-3DF) keresztül, - vezérlés módja: = fizikai szinten(regiszter szinten): 3B0 - 3BF között: MDA, HGC 3C0 - 3CF között: EGA, VGA 3D0 - 3DF között: CGA, EGA, VGA video RAM címek: A0000 - BFFFF Cserny: Szg. arch 2005/06 145 4.22Kártyatípusok a.)Alaptípusok típus MDA HGC HGC+

CGA EGA MCGA VGA SVGA kar. készl. min. RAM [kB] 256 256 igen 256 üzemmód színek száma jellemző felbontás kar. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. kar./ graf. 2 2 720x350 720x350 2 720x400 4/16 640x200 16 640x350 igen 256 256 640x480 igen 256 256 640x480 igen 256 256 800x600 igen 512, 102 4 256 MDA, CGA, EGA, MCGA módokat az IBM definiálta, a többit más gyártók. Két monitoros összeállításoknál használható párosítások: = csak egy színes és egy mono monitor párosítható, = két színes monitor csak EGA módban párosítható. Cserny: Szg. arch 2005/06 146 b.)MDA(Monochrome Display Adapter) kártya - videomód jellemzők: 7-es mód: 80x25 karakter, 1 lap 9x14 pont, 2 szín - tárolási mód: 0.oszlop 0.sor karakterkód 1.sor karakterkód 1.oszlop attributum byte karakterkód karakterkód attributum byte attributum byte = 1, aláhúzott karakter karakter/elõtér színe (00, 11

megengedett) = 1, magas fényerõ háttér színe (000, 111 megengedett = 1, villogás engedélyezve (84.ábra) - memóriaigény: 80x25x2 = 4000 [By] - tárolási hely: B0000 - B0FFF - karakter rel.címe: 160 * sor + 2 oszlop Cserny: Szg. arch 2005/06 147 c.)HGC(Hercules Graphic Card) kártya - videomód jellemzők: 7 7+ 80x25 80x25 720x350 9x14 720x400 9x16 2 szín(mono) 2 szín - memóriaigény: szöveges: 80x25x2 = 4000 [By] 8 lap, grafikus: 720x350x1 = 31500 [By] (2 lap) 32 KB - tárolás: 4 szegmensben(4x8KB): 0.,4,8, 1.,5,9, 2.,6,10, 3.,7,11, - tárolási hely: sor sor sor sor 90-90 90-90 90-90 90-90 Byte-ja, Byte-ja, Byte-ja, Byte-ja. B0000-B7FFF(B8000-BFFFF) - pxl byte cím(x,y): 8192*(y mod 4) + 90int(y/4) + int(x/8) - bitcím: 7-(x mod 8) Cserny: Szg. arch 2005/06 148 d.)CGA(Color Graphic Adapter) kártya - videomód jellemzők: = szöveges: 0,1 40x25 2,3 80x25 = grafikus: 4,5 320x200 6 640x200 8x8 8x8 8x8 8x8 pont16 szín, pont16 szín,

pont4 szín, pont2 szín. Karakteres üzemmód hasonló az MDA kártyáéhoz karakterkód, attributum = fekete/fehér üzemódban: attributum byte: 7. villogtatás engedélyezése, vagy háttér intenzítás állítása, 6-4. háttér színe, 3. karakter magas fényerő, 2-1. karakter színe, 0. aláhúzás(nem mindig). = színes üzemmódban: attributum byte: 7. villogtatás engedélyezése, vagy háttérszínkód intenzítás, 6-4. háttér színe, 3. karakter magas fényerő, 2-0. karakter színe Cserny: Szg. arch 2005/06 149 színkódok: intenzitás 0 0 0 0 0 0 0 0 színkód 000 001 010 011 100 101 110 111 szín fekete kék zöld türkiz vörös lila barna vil.szürke intenzitás 1 1 1 1 1 1 1 1 színkód 000 001 010 011 100 101 110 111 szín söt.szürke vil.kék vil.zöld vil.türkiz piros vil.lila sárga fehér Grafikus üzemmód: - felbontás: 640x200 sor esetén: 1 bit/pixel 2 szín 320x200 sor esetén: 2 bit/pixel háttér színe: 16 színből, előtér

színe: 2 paletta alapján 3 szín - memória igény: szöveges: grafikus: 4 kB 16 kB 4/8 lap 1 lap - tárolási hely: B8000 - BBFFF pxl cím(x,y): 8192*(y mod 2) + 80int(y/2) + int(x/4) bitcím: 6-2*(x mod 4) Cserny: Szg. arch 2005/06 150 memória cím 3.sor 1.sor 0.By 0.By 79.By 79.By BA000 2.sor 0.sor 0.By 1By 0.By 1By 79.By 79.By B8000 320x200-as 0. 1 2 3 4 5 6 7 felbontás képpont(pixel) 640x200-as 0 1 2 3 4 5 6 7 8 felbontás képpont(pixel) 15 (85.ábra) e.)EGA(Enhanced Graphic Adapter) kártya - videmód jellemzők(cél a nagyobb felbontás): 0*,1 2*,3 CGA szerint, 4,5 6 7 MDA, HGC szerint EGA módok: D 40x25 320x200x16 E 80x25 640x200x16 F 80x25 640x350x2 10 80x25 640x350x16 - memóriaigény: A0000-AFFFFh Cserny: Szg. arch 2005/06 8x8 8x8 8x14 8x14 151 = szöveges: = grafikus: 80x25x2 = 4000 [byte] 640x350x4 bit = 112000 [byte] ≅ 128 kB f.)MCGA(Multi Color Graphic Adapter) kártya - videomód jellemzők: alapjaiban a CGA kártyához

hasonló, a PS/2-25, -30-as gépekhez készült. 0,1 2,3 4,5 6 11 13 CGA módokat 400 sorral jeleníti meg 200 helyett. 80x30 40x25 - memóriaigény: = szöveges: 640x480x2 320x200x256 8x16 8x8 A0000 - AFFFFh tárolási mód a CGA szerinti, = grafikus: CGA kompatibilis módnál ugyanolyan, 640x480x2 1 Byte = 8 pxl 320x200x4 320x200x256 a pxl színértékét 1 Byte tárolja. Cserny: Szg. arch 2005/06 152 g.)VGA(Video Graphic Array) kártya - videomód jellemzők: nem IBM definiált kártya, 0+,1+ 2+,3+ 7+ CGA kompatibilis VGA módok(400 soros) HGC kompatibilis VGA mód 12 80x30 640x480x16 8x16 - megjelenítési formák: = szöveges: az attributum adatok a CGA, EGA továbbfejlesztésével alakultak ki; a paletta regisztereken keresztül vezérli a színkód regisztert és a monitort, 8 karakterkészlet; = grafikus: 640x480x16/256 -os felbontásnál az EGA kártyához hasonlóan működik, 1 pxl adatai 1 Byte-ban vannak tárolva. h.)SVGA(Super Video Graphic Array)

kártya VGA kártya továbbfejlesztése: = szöveges: 25, 30, 43, 60 soros, 80, 132 karakteres megjelenítés = grafikus: 800x600, 1024x768, 1280x1024 pontos felbontások, 16, 256, 32768 szín(árnyalat). Cserny: Szg. arch 2005/06 153 4.3Egyéb beviteli/kiviteli eszközök Feladatuk: = párhuzamos, = soros, = játék kimenetek/bemenetek kezelése. Többnyire a nyomtató, az egér, a botkormány(joystick), a modem, a lapolvasó(scanner) vezérlésére szolgálnak, de emellett a hajlékonyés merevlemez vezérlői is rajta lehetnek. 4.31Billentyűzet, egér a.)Billentyűzet Típusai: 84, 101/102 billentyűs változatok; Windows billentyűzet Működés: saját vezérlővel rendelkezik, parancsokat is fogadhat Adatátvitel: soros, 2 byte-os 1.byte: ASCII kód, 2.byte: scan kód; funkcióbillentyűnél: 1.byte = 0 tetszőleges ASCII kód bevitele: numerikus billentyűzettel(ALT + kód) BIOS szintű elérés: 60h 64h b.)Egér bemeneti/kimeneti adatregiszter, parancs/állapot

regiszter Cserny: Szg. arch 2005/06 154 Soros porton keresztül csatlakoztatható a géphez. Típusai: mechanikus, optikai, opto-mechanikus vezérlésű Adatátvitel: 3, vagy 5 byte-os soros adat 1.byte: x irányú elmozdulás az előző helyzethez viszonyítva, 2.byte: y irányú elmozdulás az előző helyzethez viszonyítva, 3.byte: billentyű állapotbyte Soros illesztő(RS232C szabvány) használata Soros nyomtató, terminál, egér, számítógép csatlakoztatására. Szinkron, UART) aszinkron telex, átvitel(i8250, modem, 16450, 16550 Adatátvitel 5, 6, 7, 8 bites formában, páros/páratlan paritás mellett, 50-56000 bps sebeséggel. BIOS szinten: I/O címek: 3F8 2F8 2E8 3E8 COM1 COM2 COM3 COM4 IRQ4 IRQ3 IRQ4 IRQ3 4.32Nyomtatók Cserny: Szg. arch 2005/06 155 Általában a párhuzamos portot használják. a.)Típusai - karakternyomtatók: = margarétakerekes(daisy-wheel), = sornyomtatók; - mátrixnyomtatók: 9, vagy 24 tű; 5x7-es, 9x11-es, 18x23-as

pontmátrix; - tintasugaras nyomtatók: fuvókákon keresztül áramlik a festék; - lézernyomtatók: elektrosztatikus elven működik, = saját processzor, = nincs saját processzor, = Postscript nyelv használata. b.)Párhuzamos illesztő(CENTRONICS szabvány) Lehetséges adatforgalom: = egyirányú, = kétirányú: csak kifelé (Centronics kompatibilis), csak befelé: 4 bites (állapotvonalakon), 8 bites(adatvonalakon), Cserny: Szg. arch 2005/06 156 kétirányú: EPP(Enhanced Parallel Port), ECP(Extended Capability Port) nyomtató, lapolvasó. DOS szinten: 4 logikai periféria(LPT1[PRN], LPT2, LPT3, LPT4) rendelhető hozzájuk az IRQ7, IRQ5 felhasználásával. 378h 278h 3BCh 2BCh LPT1 LPT2 LPT3 LPT4 Cserny: Szg. arch 2005/06 157 Ellenőrző kérdések 1. A számításautomatizálás alapproblémája, követelmények. Az architektúra, rétegelv, virtuális gép fogalma. Hogyan történik a tárolt utasítások feldolgozása, milyen elemi lépésekre van szükség

ehhez? 2. Ismertesse a számítógépek csoportosítási lehetőségét a feldolgozó utasításfolyamok és a feldolgozandó adatfolyamok száma, valamint a vezérlési elv alapján. 3. A számítógépek logikai, funkcionális és rendszertechnikai felépítése, vizsgálati módja; magyarázza el a számítógépek lényegi egységeit, működési jellemzőit, a kapcsolatok funkcióját. 4. Milyen jellemzőkkel rendelkezik a Neumann-elvű számítógép? Mivel magyarázható az utasítások soros feldolgozási rendje? Milyen korlátokkal rendelkeznek az egyprocesszoros gépek? 5. Melyek a struktúrát meghatározó legfontosabb tényezők? Ismertesse, milyen nagyobb teljesítőképességű számítógép architektúrákat ismer és mi azok jellemzője? 6. Milyen adatábrázolási formákat használnak a numerikus adatok tárolásához? Mi a kapcsolat a számok írásmódja és azok tárolási formája között? Hogyan tárolják a negatív számokat és miért? Milyen

tárolási forma a BCD kódú tárolás? 7. Ismertesse az IEEE 754-es lebegőpontos számtárolási szabvány ábrázolási és tárolási formáit, adatformátumait és azok jellemzőit. Mi határozza meg a lebegőpontos számok tárolási pontosságát és az ábrázolható számok tartományát? 8. Milyen adattárolási formákat alkalmaznak az alfanumerikus adatok tárolásához? 9. Milyen az utasításábrázolási forma, az utasításszó szerkezete a gépi utasítások esetében? Milyen részekből áll a gépi utasítás és mi azok funkciója? Ismertesse a különböző utasításszerkezeteket és magyarázza el, hogy milyen módon lehet csökkenteni az utasításban szereplő címek számát. 10. Mi az utasításkészlet és milyen jellemzőkkel értékelhető? Milyen kapcsolat van a hardver és az utasításkészlet között? Hogyan jellemezhetők a CISC és RISC processzorok? 11. Ismertesse a számítógép által elvégezhető fixpontos és lebegőpontos

műveleteket(összeadás, kivonás, szorzás, osztás), azok algoritmusát, példák bemutatásával. Ismertesse a BCD kódú összeadás módját. 12. Ismertesse a logikai alap- és összetett műveleteket Mutassa be a logikai műveletek (függvények) és a végrehajtó áramkörök kialakítása közötti kapcsolatokat. Félösszeadó, teljes összeadó vázlata. 13. Ismertesse az gépi utasítások feldolgozásának elemi lépéseit és magyarázza el a műveleti vezérlés mibenlétét. Milyen alapvető vezérlési, működtetési módokat használhatunk a gép irányítására? Bontsa fel az [X] ⇒ AC feladatot végrehajtó utasítást elemi lépésekre! Mit értünk programozott logika alatt? Mi a mikroprogramozás lényege? Hogy néznek ki a mikroutasitások? 14. Mit értünk valós tárkezelés alatt? Milyen címmódosítási eljárásokat ismer? Magyarázza el azok lényegét rajzok segítségével. Mikor használják a relatív címzést és milyen formái ismertek? Mire

szolgál az indirekt címzési mód? Mire használható az indexelt utasítás? Cserny: Szg. arch 2005/06 158 15. Milyen eszközök között kell adatátviteli kapcsolatot teremteni és milyen lehetőségek állnak rendelkezésre? 16. A megszakítás, a megszakítási kérelem fogalma, a megszakítási igény keletkezése, a megszakítás maszkolási lehetősége, a megszakítás kiszolgálása kapcsán megoldandó feladatok. 17. Ismertesse a megszakítások kiszolgálásának lépéseit, a megszakítások sorolásának módszereit, a többszörös megszakítások kezelési formáit. 18. Mi a sínrendszer és mi a feladata? Milyen strukturális és funkcionális részei vannak? Milyen sínvezérlési módokat ismer? Ismertesse a szinkronizálás alapelvét. Mit értünk kézfogás(handshaking) technika alatt? 19. Milyen sínfoglalási formákat ismer? Magyarázza el azok lényegét Milyen sorolási módszereket használnak egyidejű sínkérelmek esetén? Mi a soros, illetve

párhuzamos sínfoglalási rendszer lényege? 20. Ismertesse az adatbevitel/kivitel kapcsán az I/O portok szerepét, az egyes regiszterek feladatát, a soros és a párhuzamos átvitel fogalmát, a processzor és az I/O eszközök közötti átvitelek lebonyolításának formáit. 21. A RISC feldolgozás alapelvei Hasonlítsa össze a CISC és RISC processzorok jellemzőit az utasításkészletük alapján. Milyen jellemzőkkel rendelkezik az egyik, illetve a másik utasításkészlete, utasításszerkezete? 22. Ismertesse és magyarázza el a pipeline feldolgozás lényegét, előnyeit, valamint azt, hogy milyen problémákat vet fel az utasítások átlapolt feldolgozása. 23. Ismertesse a tárolókezelő és az elágazási utasítások feldolgozásakor jelentkező nehézségeket és azok megoldási módjait. Milyen elágazás előrejelző módszereket használnak? 24. Milyen módszereket használnak a pipeline-feldolgozás közben jelentkező adatütközések kivédésére? Mi a

forwarding, a scoreboarding? Milyen problémák jelentkeznek a műveletek párhuzamosításakor? 25. Mi a szuperskalár technika lényege? Milyen megoldásokat alkalmaznak az utasításfeldolgozás egyes fázisaiban? Függőségek kezelése. 26. Mit értünk tárolóhierarchia alatt és milyen eszközök alkotják azt? Mire szolgál a számítógépeknél a tárolóhierarchia? 27. Ismertesse a regisztertárak formáit, kezelési módjait, különös tekintettel az ablaktechnikára 28. Mire szolgálnak a gyorsító(cache)-tárak, milyen jellemzőkkel írhatók le és melyek az alapvető tárolási módok? 29. Ismertesse a különböző típusú(teljesen asszociativ[fully associative], közvetlen leképzésű[direct mapping], csoport asszociativ[set associative]) gyorsító(cache) tárak felépítését, jellemzőit rajz felhasználásával. 30. Milyen betöltési, aktualizálási módokat használnak? Milyen helyettesítési alkalmaznak? Hogyan biztosítható a cache-tár és a főtár

adategyezősége? stratégiákat 31. Mi a virtuális címzés lényege? Mikor válik szükségessé a virtuális címzés alkalmazása? Mit értünk szegmens, illetve lap, lapkeret alatt? Mi a különbség közöttük? Ismertesse a legfontosabb szegmens-, illetve lapváltási eljárásokat. Cserny: Szg. arch 2005/06 159 32. Ismertesse az egy-, illetve többlépcsős szegmens-, illetve lapcímzés lényegét, megoldási logikáját Milyen címzési forma a szegmentált lapcímzés? Ismertesse ezek formáit. 33. Ismertesse a hajlékony- és merevlemezes tárolóeszközök legfontosabb jellemzőit Mutassa be az információtárolás lényegi jellemzőit. 34. Ismertesse a monitorok legfontosabb jellemzőit Milyen elemei vannak a monitorvezérlő kártyáknak? A memória mely területét használják a monitorvezérlő kártyák? Mutassa be a legfontosabb vezérlőkártya típusokat! 35. Ismertesse a perifériális eszközök kezelésére szolgáló soros és párhuzamos

csatlakozások főbb jellemzőit. Ismertesse a leggyakrabban használt perifériák (billentyűzet, egér, nyomtató) lényegi jellemzőit, működési elvét. Cserny: Szg. arch 2005/06 160