Cursul 1 Introducere

INTRODUCERE (Cursul 1)

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

1 21.11.09

Introducere

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

2 21.11.09

Introducere

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

3 21.11.09

Introducere

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

4 21.11.09

Introducere

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

5 21.11.09

Introducere

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

6 21.11.09

Introducere • • •

Proiect Lucrări de laborator Examen

20% 30% 50%

Notă: Pentru a se putea prezenta la examen, studenţii

au obligaţia să efectueze 80% din laboratoare şi să predea în termen proiectul în ultima oră de laborator. Laboratoarele se recuperează contra cost. Proiectul se notează de la 1 la 10 şi pentru a se putea prezenta la examen studentul trebuie să primească (la proiect) cel puţin 5 (cinci).

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

7 21.11.09

Introducere Microprocesoarele şi IBM PC        

În 1970 a fost lansat primul microprocesor cu scop general 4004 proiect realizat de Ted Hoff de la INTEL Era parte a unui set de patru cipuri denumite familia 4000: 4001 - 2,048 biţi de memorie ROM 4002 - 320 biţi de memorie RAM 4003 - 10 biţi registru de transfer I/O 4004 - procesor central pe 4 biţi Procesorul 4004 avea 2300 de tranzistoare pe un cip de 3mm x 4mm Prima lor utilizare a fost la calculatoarele de buzunar fabricate de compania japoneză BUSICOM

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

8 21.11.09

Introducere

Microprocesoarele şi IBM PC  În

1972 INTEL a lansat procesorul 8008, care creştea lungimea cuvintelor faţă de 4004, de la patru la opt biţi, dublând volumul de informaţie care putea fi procesată  Totuşi era încă o investiţie în căutarea unei pieţe de desfacere, la timpul respectiv lumea tehnologică abia începea să-şi dea seama de potenţialul microprocesoarelor ca soluţie pentru multe necesităţi de folosire

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

9 21.11.09

Introducere

Microprocesoarele şi IBM PC În 1974 INTEL a lansat procesorul 8080, un microprocesor de 20 de ori mai rapid decât 4004, conţinând de două ori mai multe tranzistoare (în jur de 5000)  Acest cip pe 8 biţi a constituit un pas istoric în tehnologie, atunci când inginerii i-au recunoscut valoarea şi l-au folosit într-o mare varietate de produse  A fost poate cel mai cunoscut ca procesorul care a echipat primul microcalculator artizanal, numit Altair, care a aprins fenomenul computerelor personale 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

10 21.11.09

Introducere Microprocesoarele şi IBM PC  





În 1979 INTEL a lansat două noi microprocesoare pe 16 biţi, 8086 şi 8088 8088 a fost o versiune cu buget redus a lui 8086 şi 8 biţi pe busul extern, faţă de 8086 care are 16 biţi pe busul extern, ambele versiuni au însă 16 biţi pe busul intern Acest cip a devenit omniprezent în industria (un adevărat standard industrial) calculatoarelor atunci când firma IBM l-a ales pentru a echipa primul lor microcalculator IBM PC Primul IBM PC avea acces până la un megaoctet de memorie (8088 avea 20 de linii de adresă), dispunea de un afişaj monocrom şi păstra datele memorate pe un floppy disc sau un hard disk

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

11 21.11.09

Introducere

Microprocesoarele şi IBM PC Conceptul PC-ului a fost luat în considerare de IBM ca un proiect secundar şi în consecinţă nu s-a făcut nici un efort în a preveni alte companii de la a copia designul şi de a produce calculatoare compatibile IBM PC  Aceasta a dus la producerea plachetelor electronice universale pentru periferice ISA (Industry Standard Architecture) care au oferit spaţiul de extensie pentru toate PC-urile compatibile, la un preţ relativ scăzut  De aici a rezultat o creştere rapidă a industriei de calculatoare compatibile IBM PC 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

12 21.11.09

Microprocesoarele şi IBM PC  

  

 

Introducere

INTEL a continuat să dezvolte microprocesoare mai noi şi mai rapide pentru piaţa de PC aflată în continuă creştere 1982: 80286 cu 130.000 de tranzistoare, cu 16 MB de memorie adresabilă şi 1 GB de memorie virtuală, acest cip pe 16 biţi este adeseori apelat cu numele de primul microprocesor ”modern” 1985: 80386 cu 275.000 de tranzistoare, acest cip de 32 de biţi a devenit cel mai bine vândut microprocesor din istorie 1989: 80486 cu mai mult de 1.000.000 de tranzistoare 1993: Pentium cu mai mult de 3.000.000 de tranzistoare a adăugat caracteristici la nivel de sistem cu putere enormă de efectuare a calculelor 1995: Pentium Pro cu mai mult de 5.500.000 de tranzistoare, L2 cache 2001 Pentium IV cu mai mult de 42.000.000 de tranzistoare

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

13 21.11.09

Introducere

Microprocesoarele şi IBM PC Toate cipurile mai noi sunt încă fundamental bazate pe microprocesorul INTEL 8088 însă cu o mare varietate de modificări  PC-urile cele mai noi sunt proiectate să fie total compatibile cu vechiul design IBM din 1979 din punct de vedere al software-ului  Astfel, învăţarea sistemului IBM PC ne furnizează înţelegerea fundamentală şi totală a calculatoarelor compatibile IBM PC şi de asemenea înţelegerea generală a microprocesoarelor 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

14 21.11.09

Componentele unui sistem compatibil IBM PC I/O C ea su l d e tim p re a l T as tat u r a C on to r i/Ce asu r i P or tu r iS e ria le & Pa ra le le U n itat i d e d iscu ri A d ap to r d e D isp lay M ou se

C PU 80 88 80 86 B u s d e A d re se 80 286 80 386 B u s d e D at e 80 486 P en t iu m B u s d e C on t ro l P en t iu m P ro P en t iu m M M X P en t iu m II, III, IV C yr ix AMD A lte Disp o zit ive C o- pr o ce so ru l M at e ma tic C on tr o ler u l d e In t re r u p er i DMA ( Dir e ct M e mo r y Ac c e ss) Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

M e m or ie IV T B IO S D OS S c re e n E x te n sie R O M B A S IC S p at iu l U tiliz at or S p at iu l d e luc r u al sist e mu lu i

15 21.11.09

Sistemul PC

Privire de ansamblu IBM PC –ul original a fost un sistem PC foarte complex şi avansat pentru timpul său  Fiecare nouă generaţie de PC-uri a adăugat un nou nivel acestei complexităţi  Pe lângă CPU, IBM PC-urile conţin multe alte cipuri de bază care oferă suportul funcţional necesar unui sistem PC  Acestea includ co-procesoare matematice generatoare de ceas, memorie etc. 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

16 21.11.09

Privire de ansamblu

Sistemul PC  Există trei mari căi de comunicare (o astfel decale se numeşte bus) între diferitele componente care compun un sistem PC:  Un bus de memorie (pentru adresele de memorie şi datele transferate în memorie)  Un bus local de I/O (ISA, VLB, PCI sau AGP) pentru dispozitive care au nevoie de I/O foarte rapid (de exemplu, video)  Un bus I/O pentru cipurile suport ale dispozitivelor lente de I/O (de exemplu, imprimanta, modemul etc.)  O altă componentă esenţială a unui sistem PC este memoria, care este împărţită într-un număr de componente funcţionale cum ar fi memoria video de afişare, de spaţiul sistemului de operare etc. Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

17 21.11.09

Sistemul PC

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

18 21.11.09

Sistemul PC

Configuraţia BUS CPU-ul trei „seturi de fire” interioare, numite bus-uri, pentru a comunica cu diferitele componente care compun sistemul PC  BUS-ul de Adrese  Folosit pentru selecţia prin adrese a memoriei interne sau o locaţie I/O  La început erau folosiţi 20 de biţi de adresă şi care dădeau acces la 1 MB de memorie internă  Procesoarele din clasa 386 şi cele mai avansate (80386↑) au acum bus-uri de adrese pe 32 de biţi, pentru a oferi acces până 4 GB de memorie internă 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

19 21.11.09

Configuraţia BUS

Sistemul PC

BUS-ul de Date  Odată ce locaţia de memorie sau locaţia I/O a fost adresată, CPU-ul foloseşte bus-ul de date pentru a citi sau scrie (stoca) o valoare la sau de la această adresă  BUS-ul de Control  Folosit de CPU pentru a trimite semnalele de control la diferitele componente, de exemplu, selectarea între memoria internă şi locaţiile I/O  De asemenea este folosit de alte cipuri pentru a genera întreruperi pentru CPU  Diferitele bus-uri pot fi accesate prin diferite cipuri cum ar fi DMA sau controlorul de întreruperi, atunci când bus-urile nu sunt folosite de CPU 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

20 21.11.09

Co-Procesorul şi Circuitele auxiliare         

Sistemul PC

IBM PC-ul original era format din: Un CPU INTEL 8088 Un Co-Procesor matematic INTEL 8087 Un generator de timp (ceas, clock) INTEL 8248A Un generator de timp programabil INTEL 8253 O interfaţă programabilă pentru periferic INTEL 8255 (PPI=Programmable Peripheral Interface) Un controler pentru interfaţa programabilă 8259 (PIC=Programmable Interface Controller) Un controler DMA INTEL 8237A (DMA=Direct Memory Access) În sistemele moderne multe din acesta au fost înlocuite cu cipuri mai complex integrate pentru a oferi aceiaşi funcţionalitate ca si cele anterior prezentate şi chiar mai mult Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

21 21.11.09

Unitatea centrală de procesare (CPU) Sistemul PC Acesta este „creierul” sistemului PC, care execută instrucţiuni şi controlează cipurile de bază pentru a executa sarcinile specificate de utilizator  CPU-ul utilizat în IBM PC-ul original a fost un INTEL 8088 la 4,77 Mhz (4*1,19 MHz)  De la acesta s-a progresat succesiv la 80186, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX până la Pentium II, III şi IV din zilele noastre având viteza internă a generatorului de tact de până la 2 GHz şi chiar mai mult  CPU-urile 80386↑ au un mod special de funcţionare numit „enhaced mode 386” (mod protejat) care operează diferit faţă de 8088 dar care este totuşi compatibil cu programele 8088 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

22 21.11.09

Unitatea centrală de procesare (CPU)

Sistemul PC

Orice CPU conţine în esenţă următoarele componente structurale:  Registrele (memorii locale foarte repide)  O unitate aritmetică şi logică ALU (Atithmetic Logic Unit) pentru calcule matematice cu numere întregi  Dispozitive electronice pentru deplasări şi rotaţii  Un decodificator de adrese  CPU-urile mai conţin o memorie cache (memorie tampon ultrapidă) din fabricaţie, pentru creşterea vitezei de execuţie a instrucţiunilor  De la 80486DX↑ CPU-urile INTEL au început de asemenea să integreze co-procesoarele matematice, dar şi alte componente electronice cum ar fi motorul MMX, în acelaşi cip 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

23 21.11.09

Sistemul PC

Co-Procesorul Matematic Proiectat special pentru a executa calcule în virgulă flotantă (de exemplu: 4.56*3.53)  Este adresat utilizând stiva procesorului sistemului, operaţiile fiind efectuate pe ultimii doi item-i puşi în stivă  Foloseşte un set special de instrucţiuni CPU cu prefixul „F”  De asemenea efectuează şi calcule mai avansate cum ar fi SIN, COS, TAN, LOG etc.  Este folositor în modelarea 3D, decodarea imaginilor multimedia, jocuri pe calculator etc. 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

24 21.11.09

DMA Direct Memory Access

Sistemul PC

Folosit pentru a transfera date în şi din memoria internă fără ajutorul CPU  Poate fi folosit pentru mai multe sarcini cum ar fi încărcarea şi salvarea programelor şi a fişierelor de date pe un dispozitiv intern de stocare a datelor sau încărcarea datelor de sunet pe o plachetă de sunet  Deoarece este un dispozitiv electronic dedicat (specializat) este capabil să transfere date spre şi dinspre memoria internă, la o viteză semnificativ superioară CPU-ului  De asemenea se degrevează de această sarcină de transfer CPU-ul (în acest timp CPU-ul putând executa alte sarcini, lucrând simultan cu transferul de date)  Pe ansamblu sunt crescute performanţele sistemului 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

25 21.11.09

Sistemul PC

Generatorul de tact (Ceasul, Clock, Orologiu) Folosit pentru sincronizarea componentelor sistemului PC  Utilizat de tastatură, DOS, BIOS, cronometre şi celelalte componente  Generează un semnal de clock de 1,19 MHz care reprezintă ¼ din frecvenţa oscilatorului cu cristal folosit de procesorul original (8082)  Acest semnal de clock este de asemenea folosit pentru a ţine ora curentă a zilei şi poate fi folosit pentru a genera semnale sonore la difuzorul (speacker) intern al PC-ului sau driver-ul de casetă al modelului original 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

26 21.11.09

Sistemul PC

Generatorul de tact (Ceasul, Clock, Orologiu) Această frecvenţă fixă de 1,94 MHz permite softwareului dependent de timp să opereze la aceiaşi viteză pe orice maşină indiferent de viteza CPU-ului  Este interesant de reţinut că vitezele CPU-urilor au crescut de la 4,77 MHz (la 8088 original) până la peste 2 GHz (la Pentium IV) 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

27 21.11.09

Ceasul programabil (Programmable Timer) Sistemul PC     





Generează un număr de semnale cronometrate cu acurateţe Conţine 3 canale independente de 16 biţi fiecare având până la şase moduri de operare Fiecare poate fi programat să lucreze până la 1,19 MHz Canalele sunt folosite pentru: Canalul 0: Produce impulsuri cu frecvenţă de 18.2 pulsuri pe secundă care sunt utilizate de BIOS pentru gestionarea timpului curent al sistemului Canalul 1: Produce impulsuri la fiecare 55 micro secunde pentru reflesh-ul memoriei dinamice cu acces aleatoriu (DRAM) Canalul 2: La dispoziţia utilizatorului pentru a putea genera semnale necesare programatorului sonor sau semnale necesare vechilor înregistrări pe bandă Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

28 21.11.09

Sistemul PC Interfaţa de periferic programabilă (PPI Programmable Pheriferal Interface)    



Este un cip suport folosit pentru a accesa diferite dispozitive periferice Acest cip utilizează în mod curent trei porturi: Portul A: Un port de intrare (input) care recepţionează coduri pe 8 biţi sosite de la tastatură Portul B: Folosit pentru mai multe funcţii de ieşire (output) incluzând acţionarea speacker-ului, a Canalului 2 a cronometrului cipset, permite utilizarea RAM (Random Access Memory) sau permite ieşirea de date pe casetă Portul C: La PC-ul original permitea extensia memoriei prin utilizarea unui număr de switch-uri DIL

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

29 21.11.09

Sistemul PC Controlerul programabil de întreruperi (PIC Programmable Interrupt Controller)  Un alt cip de bază (cip suport) utilizat pentru controlul a până la 8 întreruperi hardware  Sistemul XT PC avea unul, sistemele AT PC şi ATX PC au două  Pentru programarea acestor dispozitive este utilizat BIOS-ul care duce la îndeplinire următoarele funcţii:  Activarea/Dezactivarea întreruperilor dispozitivelor individuale  Asigurarea unui sistem de prioritate legat de fiecare semnal de întrerupere (acordarea unui nivel de prioritate)  Păstrarea poziţiei adresei vectorului în tabela vectorilor de întreruperi (IVT) legat de o anumită întrerupere

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

30 21.11.09

Sistemul PC

Interfaţa de tastatură Acesta este un dispozitiv care acţionează ca o legătură între tastatură şi cipul suport, şi prin el cu CPU / programul software  Recepţionează un cod serial pe 8 biţi atunci când o tastă este apăsată şi apoi eliberată  Transformă acest cod într-un cod de scanare (scan code) şi îl trimite mai departe la PPI  În final generează o întrerupere hardware prin PIC pentru a transmite CPU-ului că o tastă a fost apăsată şi apoi eliberată 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

31 21.11.09

Sistemul PC

Interfaţa serială Oferă o interfaţă RS232C  Folosită pentru trimite şi a recepţiona date seriale la şi dinspre sistemele externe  Poate fi folosit pentru a comunica direct cu alte sisteme 

Poate de asemenea fi folosită pentru a interfaţa cu modem-uri în comunicaţiile la distanţă  Folosit ca o intrare pentru mouse serial sau pentru orice dispozitiv periferic bazat pe interfaţă serială 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

32 21.11.09

Sistemul PC Interfaţa video (Adaptorul video)   

Folosit pentru a controla ieşirea la o unitate de afişare video (VDU) Este conectat atât la memoria primară cât şi la memoria I/O Permite un număr de moduri de ecran posibile: mono, CGA, VGA, SVGA sau XGA

Interfaţa unităţii de disc (Adaptorul unităţii de disc) Folosit pentru controlul unităţilor de stocare (citire sau scriere)  În general include o interfaţă de driver-e floppy, de asemenea şi un IDE sau SCSI pentru driver-ele de disc hard Pot fi de asemenea utilizate pentru a controla CD ROM, driver-ele ZIP etc. 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

33 21.11.09

Sistemul PC

Interfaţa de imprimantă Oferă o interfaţă paralelă de 8 biţi între sistem şi o imprimantă paralelă  Utilizat pentru a trimite date către imprimantă, pentru a citi starea curentă a imprimantei şi pentru a controla această imprimantă  De asemenea în prezent este folosită cu driver-e de ZIP, scanner-e şi alte dispozitive periferice paralele 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

34 21.11.09

Sistemul PC

Ceasul de timp real Utilizat pentru a menţine ora ţi data curentă a sistemului chiar şi atunci când calculatorul este scos de sub tensiune  De asemenea este folosit pentru a menţine unele informaţii legate de configuraţia sistemului de calcul  Se foloseşte cipul MOTOROLA 6818 CMOS Alimentat de la baterie de acumulatori (când este sistemul sub tensiune bateria se încarcă) 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

35 21.11.09

Sistemul PC

Tabela vectorilor de întreruperi Conţine 256 de adrese de 20 de biţi (perechi CS:IP)  Fiecare adresă point-ează la o rutină de serviciu pentru întrerupere hardware sau software  Folosite de USER, BIOS şi DOS (MSDOS, BASIC) 

Date BIOS Folosit de BIOS pentru spaţiul său manevră ca bază BIOS şi ROM şi datele nu pot fi scrise în ROM Aici sunt memorate informaţii cum ar fi indexul de tastatură, modul ecran şi alte variabile temporare 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

36 21.11.09

Harta memoriei sub MSDOS

Date DOS Folosit de DOS pentru a stoca informaţii temporare cum ar fi numele fişierului curent, a directorului etc.  Operează foarte asemănător cu spaţiul de lucru BIOS 

Partea rezidentă a DOS-ului Conţine programe DOS cum ar fi COPY, DIR, CD, MD, DEL, REN etc.  De asemenea conţine peste 200 de segmente de cod de nivel înalt care gestionează sistemul de calcul Acest cod rămâne în memoria RAM pe toată durata sesiunii de lucru curente (cât timp calculatorul este sub tensiune) 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

37 21.11.09

Harta memoriei sub MSDOS Spaţiul de memorie al utilizatorului  



În modul real cam 500 KB de memorie RAM din total stă la dispoziţia utilizatorului Fiecare program are diferite segmente în spaţiul utilizatorului (de exemplu, segmentul de cod, segmentul de date, segmentul de stivă etc.) De asemenea include 256 octeţi pentru a păstra parametrii de apel a comenzii sistem de nivel înalt (PSP Program Segment Prefix)

Zona tranzientă a DOS-ului  

Folosită de programe DOS care sunt mai rar apelate De obicei rezervată pentru programe de tip PTINT, FORMAT etc.

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

38 21.11.09

Harta memoriei sub MSDOS

RAM-ul ecran (Memoria video) Este zonă a memoriei interne rezervată pentru a fi folosită de adaptorul de vido display  RAM-ul video se găseşte fizic pe adaptorul video dar este map-at în memoria internă  Map-area întreagă în RAM se face la adaptoarele MONO şi CGA Pentru tipurile EGA/VGA/XGA map-area se realizează prin swaping de blocuri de memorie între VRAM-ul adaptorului de display şi memoria internă RAM 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

39 21.11.09

Harta memoriei sub MSDOS

Zona de extensie ROM Folosit pentru dispozitivele hardware adiţionale  Oferă spaţiu unde rutinele pot fi oferite pentru a iniţia şi controla o componentă hardware „necunoscută” (orice dispozitiv periferic nou) 

Zona ROM utilizator 

Spaţiu oferit utilizatorilor pentru a instala orice programe ROM diverse

Zona ROM BASIC IBM PC-urile timpurii aveau un BASIC boot up  Dacă nu este găsit sistemul de operare DOS pe nici un driver este invocată această zonă a ROM-ului 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

40 21.11.09

Harta memoriei sub MSDOS

Zona BIOS Sistemul de bază I/O (Basic Input/Output System)  Cipuri instalate via ROM  Conţine:  Rutine care verifică hardware-ul sistemului PC în timpul boot-ării  Programe care încarcă sistemul de fişiere DOS  Unele rutine sistem puse la dispoziţia programatorilor, rutine care invocate efectuează anumite funcţii (rutine care asigură servicii BIOS)  Aceste rutine de serviciu gestionează in general întreruperile, dar pot fi folosite pentru a controla direct hardware-ul, de exemplu: modurile ecran, accesul la disc etc. 

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

41 21.11.09

Harta memoriei sub MSDOS

Universitatea "1 Decembrie 1918" Alba Iulia

42 21.11.09