Tema 1 Introducció a l'Estructura i a la Tecnologia de Computadors
-
Upload
joaquim-salvi -
Category
Education
-
view
107 -
download
1
Transcript of Tema 1 Introducció a l'Estructura i a la Tecnologia de Computadors
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
1
1
INTRODUCCIÓ
1.1 Sistemes digitals
1.2 Estructura bàsica d’un computador
Dr. Joaquim Salvi, Dr. Arnau OliverEscola Politècnica Superior
Universitat de Girona
2
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Analògic
La major part de les dades físiques presents en la natura varien de forma contínua i les anomenem dades analògiques.
Ex: temperatura, humitat, lluminositat, velocitat del vent, etc.
Quan prenem mesures d’una dada física estem mostrejant la dada, obtenint un conjunt de dades discretes.
3
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
1.1 Sistemes Digitals
Les dades discretes es poden processar, emmagatzemar i transmetre d’una forma més eficient emprant sistemes digitals.
Els sistemes digitals són sistemes electrònics on les senyals elèctriques només tenen dos estats (Alt/Baix, Vcc/GND, 1/0)
Molts sistemes necessiten conversions Analògic/Digital i Digital/Analògic quan s’han de comunicar amb humans.
4
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Dígits binaris
Un dígit binari rep el nom de BIT (Binary digIT) i només pot prendre dos valors: 1 o 0.
Els dígits binaris 1 i 0 s’expressen per uns valors de voltatge que tenen unes toleràncies en funció de la tecnologia emprada.
Tecnologies: TTL, CMOS, ECL , etc.
5
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Senyal digital
Les senyals digitals estan formades per una sèrie de polsos o nivells (alt i baix) i transicions entre nivells que anomenem flancs (pujada i baixada).
Nivell alt
Nivell baix
Flanc de baixada Flanc de pujada
6
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Nivell Alt
Nivell Baix
Invàlid
Senyal digital
Les transicions no són ideals i donen lloc als següents fenòmens.
7
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Senyal de Clock
Algunes senyals digitals són periòdiques amb uns polsos que es repeteixen al llarg del temps en un interval fix anomenat període.
El període (T) serà el temps entre dues repeticions d’aquest interval.
La freqüència (f) es la magnitud que mesura el nombre de repeticions per unitat de temps (segon) i es mesura en Hertz.
El clock és la senyal periòdica que marca el ritme de treball d’un sistema digital.
T
8
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Senyal de Clock
A part del període i de la freqüència d’una senyal de clock, ens interessa l’amplitud (A), l’amplada de pols (tw) i el temps de càrrega (Duty cycle) que equival a tw / T .
9
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Diagrama de temps
El diagrama de temps ens mostra la relació entre varies senyals digitals al llarg del temps.
Utilitzarem l'oscil·loscopi o l’analitzador lògic per extreure el diagrama de temps d’un sistema digital.
10
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
1.2 Estructura bàsica d’un computador
Un computador és un sistema digital programable, versàtil, capaç de realitzar un determinat nombre d’operacions que anomenem instruccions.
Els computadors també s’anomenen processadors.
11
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Programa
Seqüència d’instruccions per a resoldre un determinat problema. Quan el programa està essent executat pel computador rep el nom de procés. Les instruccions són en llenguatge màquina.
Llenguatge assembladorLlenguatge màquina
12
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Programa
Llenguatges de programació:
13
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Llenguatge de programació
És un programa que facilita a l’usuari la creació d’altres programes amb la seguretat de que podran ser “entesos” pel computador.
Ex: C, Pascal, Cobol, Java, Fortran, ...
Traducció (Compilació): Es tradueix el programa original generant un segon programa que entén el computador al seu executat.
Execució més ràpida. Necessita més memòria i més temps de programació.
Interpretació: Al executar un programa, s’interpreta cada instrucció individualment generant les d’ordres que entén el computador.
Execució més lenta. Necessita menys memòria i menys temps de programació.
14
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Llenguatge de programació
Un determinat problema es pot resoldre amb programari (Sw -programa) o amb maquinari (Hw – circuits elèctrics).
El hardware té una velocitat d’execució major, però la màquina es menys versàtil / adaptable.
El software té menys velocitat d’execució, però la màquina pot ser més senzilla i versàtil.
També es pot fer servir un model híbrid anomenat Firmware que consisteix amb hardware reprogramable i/o software en llenguatge màquina gravat en memòries PROM, EPROM, Flash...
15
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Nivells jeràrquics
Es defineix el computador com una màquina composta per una sèrie de màquines virtuals (programari) on a cada una de elles se li associa un llenguatge màquina (programari).
El llenguatge màquina és el conjunt d’instruccions que una màquina (virtual o física) pot executar.
El model jeràrquic té l’avantatge que només haguem de conèixer la màquina virtual a partir de la qual accedim al computador, desenvolupant els programes amb el seu llenguatge màquina, sense haver-nos de preocupar dels nivells jeràrquics inferiors.
16
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Nivell Usuari o Aplicació
Nivell Llenguatge Alt Nivell
Nivell Llenguatge
Assemblador
Nivell Sistema Operatiu
Nivell Llenguatge Màquina
Nivell de micro-
programació
Nivell Electrònic
Nivell Físic
Nivell de lògica digital Màquina
Física
Màquines
Virtuals
Interpretació
Traducció
Circuits lògics que executen
instruccions bàsiques
Microprogrames
Cada instrucció li correspon
un micrograma.
Programes que gestionen
els recursos del computador
Nivell programador de
sistemes
Nivell programador
d’aplicacions
Nivell
UsuariN7
N6
N5
N4
N3
N2
N1
Firmware
Software
Hardware
17
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Nivell Usuari o Aplicació
Nivell Llenguatge Alt Nivell
Nivell Llenguatge
Assemblador
Nivell Sistema Operatiu
Nivell Llenguatge Màquina
Nivell de micro-
programació
Nivell Electrònic
Nivell Físic
Nivell de lògica digital Màquina
Física
Màquines
Virtuals
Interpretació
Traducció
Circuits lògics que executen
instruccions bàsiques
Microprogrames
Cada instrucció li correspon
un micrograma.
Programes que gestionen
els recursos del computador
Nivell programador de
sistemes
Nivell programador
d’aplicacions
Nivell
UsuariN7
N6
N5
N4
N3
N2
N1
Firmware
Software
Hardware
ETC
18
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura Von Neumann
Arquitectura d’un computador
Arquitectura Von Neumann: CPU+ Memòria +E/S
19
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura d’un computador
La Memòria
La memòria s’organitza com una seqüència de cel·les. Cada cel·la té una adreça diferent i totes poden guardar una única dada. Les dades es poden llegir i escriure (L/E).
20
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura d’un computador
La Memòria
Capacitat d’una memòria = 2𝑛 · 𝑚 bits, on 2𝑛 es el nombre de cel·les i 𝑚 el nombre de bits que pot guardar cada cel·la.
Tipus de memòries:
RAM – Random Accés Memory. Són memòries de L/E. Són volàtils (només conserven el valor quan estan alimentades). Són d’accés aleatori (es pot accedir a qualsevol posició; el contrari són memòries d’accés seqüencial).
ROM – Read Only Memory. Són memòries de només lectura (es graven off-line). Són d’accés aleatori i són no volàtils.
21
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura d’un computador
La Memòria: Possibles configuracions d’una memòria de 4096 bits
22
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura d’un computador
CPU (Central Process Unit): És el processador del computador. El xip que s’encarrega d’executar les instruccions en llenguatge màquina.
23
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura d’un computador
CPU (Central Process Unit):
24
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura d’un computador
E/S:
25
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura d’un computador
Busos:
26
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura d’un computador
Busos:
27
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Arquitectura d’un computador
UNIDAD DE E/S
Arquitectura Hardvard
28
INTRODUCCIÓ
ESTRUCTURA I TECNOLOGIA DE COMPUTADORS
Més informació:
Floyd, Thomas L. (2009). Digitals Fundamentals. PearsonInternational. – Capítol 1
Wikipedia: Arquitectura Von Neumann i Arquitectura Harvard