ARHITEKTURA RA
Č
UNARA
(pregled principa i evolucije)
Miroslav Hajdukovi
ć
ELEKTRONSKO IZDANJE
VERZIJA 2
NOVI SAD, 2004.
PREDGOVOR
Cilj ove knjige je da stvori funkcionalno zaokruženu sliku o radu ra
č
unara.
Zbog toga je akcenat stavljen na pregled celine, a ne na razradu detalja. Knjiga se,
zato, zaustavlja na logi
č
kom niovu i ne upušta se u razmatranje digitalnih sklopova,
prisutnih ispod tog nivoa.
Za izlaganje, po autorovom mišljenju, suštinskih principa funkcionisanja
ra
č
unara, koristi se hipotetski ra
č
unar KONCEPT. Njegov razvoj je vo
đ
en idejom
da se na što jednostavniji na
č
in podrži izvršavanje programa, izraženih procedurnim
programskim jezicima. Izlaganje kre
ć
e od funkcionalnog opisa procesora, nastavlja
se opisom njegovog koriš
ć
enja na asemblerskom nivou i završava se izlaganjem
osnova funkcionisanja ostalih delova hipotetskog ra
č
unara KONCEPT.
Da
č
italac ove knjige ne bi ostao samo na poznavanju principa funkcionisanja
hipotetskog ra
č
unara, izložena je i evolucija elektronskih ra
č
unara, sa posebnim
osvrtom na karakteristike ra
č
unara u pojedinim evolucionim fazama i na faktore
koji su usmeravali ovu evoluciju. Posebna pažnja je posve
ć
ena ra
č
unarima koji su
izvršili zna
č
ajan uticaj na tržište i
č
ija upotreba nije bila ograni
č
ena samo na
pojedina podru
č
ja primene.
Autor se zahvaljuje svom saradniku Žarku Živanovu za uloženi napor
prilikom izrade crteža, za pažljivo
č
itanje rukopisa i ukazivanje na mnoštvo
grešaka, kao i za sugestije koje su pomogle da se rukopis poboljša.
Verzija 2 ove knjiga je nastala ispravljanjem grešaka koje su uo
č
ene u tekstu
njene prve verzije, kao i pojašnjavanjem i proširenjem delova ovog teksta koji su
bili nedovoljno razumljivi studentima.
4.
MEMORIJA I PROCESOR RA
Č
UNARA KONCEPT
61
4.1 ORGANIZACIJA MEMORIJE RA
Č
UNARA KONCEPT
61
4.2 KODIRANJE I MAŠINSKI FORMATI NAREDBI
PROCESORA KONCEPT
64
4.3 ORGANIZACIJA PROCESORA KONCEPT
69
4.4 UPRAVLJANJE PROCESOROM KONCEPT
73
MIKRO-POTPROGRAMI POJEDINIH OPERANADA
74
MIKRO-PROGRAMI IZVRŠAVANJA
77
INICIJALNI MIKRO-PROGRAM
80
4.5 UPRAVLJA
Č
KA JEDINICA PROCESORA KONCEPT
81
4.6 UPRAVLJANJE PREKIDA
Č
IMA IZ UPRAVLJA
Č
KE
JEDINICE PROCESORA KONCEPT
85
4.7 UPRAVLJANJE PREKIDA
Č
IMA IZVAN UPRAVLJA
Č
KE
JEDINICE PROCESORA KONCEPT
89
4.8 MAŠINSKI OBLICI MIKRO-PROGRAMA
91
4.9 MAŠINSKI OBLICI MIKRO-POTPROGRAMA
94
4.10 SADRŽAJI ADRESNIH MEMORIJA MIKRO-PROGRAMA I
MIKRO-POTPROGRAMA
97
4.11 RAZMATRANJE RADA PROCESORA KONCEPT
98
4.12 PITANJA
99
5.
RA
Č
UNAR KONCEPT
101
5.1 ORGANIZACIJA RA
Č
UNARA KONCEPT
101
5.2 ULAZNI I IZLAZNI URE
Đ
AJI RA
Č
UNARA KONCEPT
103
KOMANDNI JEZIK
103
TASTATURA
104
EKRAN
105
RA
Č
UNAR KONCEPT SA ZNAKOVNIM ULAZOM I
IZLAZOM
107
ZNAKOVNA INTERAKCIJA KORISNIKA I RA
Č
UNARA
108
MONITOR
111
5.3 VRSTE MEMORIJE
112
5.4 OPERATIVNI SISTEM
117
5.5 PREKLJU
Č
IVANJE
121
5.6 PREKID
124
5.7 SABIRNICA
131
5.8 VIŠEKORISNI
Č
KI RAD
135
5.9 PITANJA
140
6.
SISTEMSKI PROGRAMI
143
6.1 EDITOR
143
6.2 ASEMBLER
144
6.3 MAKRO PRETPROCESOR
148
6.4 LINKER
150
6.5 LOUDER
158
6.6 DIBAGER
158
6.7 PITANJA
159
7.
ARHITEKTURA RA
Č
UNARA
161
7.1 PRECIZIRANJE POJMA ARHITEKTURE RA
Č
UNARA
161
7.1 POKRETA
Č
I RAZVOJA ARHITEKTURE RA
Č
UNARA
162
7.2 PITANJA
163
8.
EVOLUCIJA ARHITEKTURE RA
Č
UNARA
164
8.1 EVOLUCIONI PERIODI
164
8.2 PERIOD OKO 1950. GODINE
164
8.3 PERIOD OKO 1960. GODINE
167
8.4 PERIOD OKO 1970. GODINE
172
ARHITEKTURA NAREDBI ZA
IBM SYSTEM/360
188
ARHITEKTURA NAREDBI ZA
DEC PDP11
189
OSOBINE MAGNETNOG DISKA
192
ORGANIZACIJA SABIRNICE
192
ORGANIZACIJA ASOCIJATIVNE MEMORIJE
196
SKRIVENA MEMORIJA
198
VIRTUELNA MEMORIJA
200
MEMORIJSKA HIJERARHIJA
203
PROBLEM SINHRONIZACIJE
204
8.5 PERIOD OKO 1980 GODINE
205
ARHITEKTURA NAREDBI ZA
DEC VAX11/780
216
ARHITEKTURA NAREDBI ZA
INTEL 8086
217
SEGMENTNA ORGANIZACIJA RADNE MEMORIJE
219
ARHITEKTURA NAREDBI ZA
INTEL 80386
221
PRINCIP RADA MIŠA
223
OSOBINE GRAFI
Č
KIH TERMINALA
224
PRINCIPI RADA LOKALNIH MREŽA
225
VIŠEPROCESORSKI RA
Č
UNARI SA ZAJEDNI
Č
KOM
SABIRNICOM
226
8.6 PERIOD OKO 1990. GODINE
228
RISC
PROCESORI
239
IEEE 754
STANDARD ZA ARITMETIKU REALNIH
BROJEVA
243
ARHITEKTURA NAREDBI ZA
MIPS
244
INTEL PENTIUM PRO
PROCESOR
245
EVOLUCIJA MASOVNE MEMORIJE
245
UTICAJ
RISC
PROCESORA NA VIRTUELNU MEMORIJU
246
SPOJNE MREŽE
247
BARIJERNA SINHRONIZACIJA
255
8.7 PERIOD OKO 2000. GODINE
256
UGRA
Đ
ENI RA
Č
UNARI
256
RADNE STANICE
256
SERVERI
257
PARALELIZAM UNUTAR PROCESORA
259
ARHITEKTURA NAREDBI ZA
INTEL ITANIUM
260
8.8 PITANJA
261
Miroslav Hajdukovi
ć
- Arhitektura ra
č
unara (pregled principa i evolucije)
1
1. UVOD
1.1
POJAM ARHITEKTURE RA
Č
UNARA
Arhitektura ra
č
unara
(
computer architecture
) se bavi problemima upotrebe
i pravljenja ra
č
unara.
Posmatrano sa stanovišta arhitekture ra
č
unara, upotreba ra
č
unara se svodi na
njegovo programiranje, jer je namena ra
č
unara da izvršava programe. Rezultati
programiranja zavise od osobina
skupa naredbi
ra
č
unara. Ovim osobinama se bavi
arhitektura naredbi
(
instruction set architecture
).
Cilj pravljenja ra
č
unara je ostvarenje ili
implementacija
(
implementation
)
njegove arhitekture naredbi. Implementacija
arhitekture naredbi
obuhvata
organizaciju
(
organization
) i
izvedbu
(
hardware
) ra
č
unara. Organizacija ra
č
unara
se bavi organizacionim komponentama koje obrazuju ra
č
unar, njihovom namenom i
funkcijom, kao i me
đ
usobnim odnosima ovih komponenti. Izvedba ra
č
unara se bavi
problemima proizvodnje pomenutih komponenti.
Pojam arhitekture ra
č
unara obuhvata i arhitekturu naredbi i njenu
implementaciju.
Izme
đ
u arhitekture naredbi i njene implementacije postoji me
đ
uzavisnost, jer
implementacija odražava i ograni
č
ava arhitekturu naredbi.
1.2
MODEL RA
Č
UNARA
Na arhitekturu naredbi uti
č
u programski jezici koji se koriste za
programiranje ra
č
unara. Za tržišno prihva
ć
ene ra
č
unare je karakteristi
č
no da su
prilago
đ
eni procedurnim (imperativnim) programskim jezicima. Njihov tipi
č
an
predstavnik je programski jezik C.
OSOBINE PROCEDURNIH PROGRAMSKIH JEZIKA
Procedurni programski jezici omogu
ć
uju opisivanje obrada podataka koji
pripadaju celom, realnom, znakovnom ili logi
č
kom skupu. Ovi skupovi se nazivaju
i
prosti tipovi
, jer se njihove vrednosti ne mogu raš
č
lanjivati na prostije sastojke.
Prosti tipovi se nazivaju i
osnovni tipovi
(
fundamental types
), jer predstavljaju
osnovu za opisivanje svih obrada podataka. Za opisivanje obrada podataka koriste
se
operacije
procedurnih programskih jezika
koje
omogu
ć
uju
rukovanje
vrednostima prostih tipova. U ovakve operacije spadaju
aritmeti
č
ke
,
relacione
i
logi
č
ke operacije
.
Opštost opisima obrada podataka daju
promenljive
. Svaku promenljivu
karakterišu njeno ime, tip i vrednost. Promenljivoj se dodeljuje vrednost njenog tipa
posredstvom
operacije dodele
. Za opštost opisa obrada podataka su važne i
upravlja
č
ke operacije
. Zahvaljuju
ć
i njima redosled obavljanja operacija nije samo
sekvencijalni, nego i alternativni i repetitivni.
