Sloji v arhitekturi računalništva

• Arhitekturni sloji v računalniku
• Elektriška vezja
• Logični operatorji in vrata
• Pomnilne celice
• Strojni ukazi
• Ukazi v zbirniku
• Stavki višjega programskega jezika
• Tolmačenje
• Prevajanje
• Tolmačenje : Prevajanje

• arhitekturo razdelimo v 8 slojev
• zgornji štirje predstavljajo "programske" sloje
• spodnji štirje predstavljajo "sloje" strojne opreme
  

  8.	prevajanje
  7.	tolmačenje	programski
  6.	stavek višjega p. j.	del
  5.	ukaz v zbirniku
  4.	strojni ukaz
  3.	pomnilne celice	strojni
  2.	logični operatorji	del
  1.	elektriška vezja

• v računalniku so predstavljena predvsem v obliki tiskanih vezij in elementov na njih
• zgrajena so na osnovi umetnih mas (vitroplast...), na katero so nalepljene plasti bakra
• povezave med elementi nastanejo po kemični obdelavi (jedkanje)
• k elektriškim vezjem spadajo tudi povezave z žicami in kabli med sestavnimi deli
  

• logična operacija IN (AND) - konjunkcija
• logično vezje: IN vrata (AND GATE)
• zapis operacije: Q=A*B (Q=AB)
• pravilnostna tabela operacije:

  A	B	Q
  0	0	0
  0	1	0
  1	0	0
  1	1	1

• simbol:
  

• logična operacija ALI (OR) - disjunkcija
• logično vezje: ALI vrata (OR GATE)
• zapis operacije: Q=A+B
• pravilnostna tabela operacije:

  A	B	Q
  0	0	0
  0	1	1
  1	0	1
  1	1	1

• simbol:
  

• logična operacija NE (NOT) - negacija
• logično vezje: NEGATOR
• zapis operacije: Q=/A
• pravilnostna tabela operacije:

  A	Q
  0	1
  1	0

• simbol:
  

• logična operacija NEIN (NAND) – tudi Schefferjeva funkcija
• logično vezje: NEIN vrata (NAND GATE)
• zapis operacije: Q=/(A*B)
• pravilnostna tabela operacije:

  A	B	Q
  0	0	1
  0	1	1
  1	0	1
  1	1	0

• simbol:
  

• logična operacija NEALI (NOR) – tudi Pierceova funkcija
• logično vezje: NEALI vrata (NOR GATE)
• zapis operacije: Q=/(A+B)
• pravilnostna tabela operacije:

  A	B	Q
  0	0	1
  0	1	0
  1	0	0
  1	1	0

• simbol:
  

• logična operacija EXALI (EXOR) - antivalenca
• logično vezje: EXALI vrata (EXOR GATE)
• zapis operacije: Q=A⊕B, Q=/AB+A/B
• pravilnostna tabela operacije:

  A	B	Q
  0	0	0
  0	1	1
  1	0	1
  1	1	0

• simbol:
  

• logična operacija EXNEALI (EXNOR) - ekvivalenca
• logično vezje: EXNEALI vrata (EXNOR GATE)
• zapis operacije: Q=/(A⊕B)
• pravilnostna tabela operacije:

  A	B	Q
  0	0	1
  0	1	0
  1	0	0
  1	1	1

• simbol:
  

• so sekvenčna vezja kar pomeni, da je stanje na njihovem izhodu odvisno od časa
• osnovna naloga je podana z imenom – pomnjenje stanj
• osnovni gradniki so flip-flopi
• imajo dva izhoda, katerih stanji sta negirani
• imajo enega ali več vhodov
• dodaten vhod je za priključitev urinega impulza – generatorja (CLK ali CP)

• RS flip flop (RS FF)
• vhod R predstavlja reset (postavljanje Q na 0)
• vhod S predstavlja set (postavljanje Q na 1)
• kombinacija obeh vhodov hkrati na 1 predstavlja prepovedano stanje!
• ima značilno pravilnostno tabelo:

  R   S   Q   /Q   0   0   Q   /Q   0   1   1   0   1   0   0   1   1   1   /   /

• D flip flop (D FF)
• dobimo ga iz RS FF tako, da vstavimo med vhoda S in R negator, S pa poimenujemo z D
• vhod D predstavlja podatkovni vhod (podatek, ki naj ga prenese na Q)
• prepovedanih stanj ne pozna!
• ima značilno pravilnostno tabelo:

  D   Q   /Q   0   0   1   1   1   0

• JK flip flop (JK FF)
• vhod J predstavlja set (postavljanje Q na 1)
• vhod K predstavlja reset (postavljanje Q na 0)
• kombinacija obeh vhodov hkrati na 1 je povzroči negacijo izhodnega stanja!
• ima značilno pravilnostno tabelo:

  K   J   Q   /Q   0   0   Q   /Q   0   1   1   0   1   0   0   1   1   1   /Q   Q

• T flip flop (T FF)
• dobimo ga iz JK FF tako, da povežemo skupaj vhoda J in K ter priključek poimnujemo s T
• vhod T predstavlja podatkovni vhod (če je na njem 1, se naj izhodno stanje Q negira)
• ima značilno pravilnostno tabelo:

  T   Q   /Q   0   Q   /Q   1   /Q   Q

  Slika!

• JK Master Slave flip flop (JK MS FF)
• sestavljen je iz dveh flip flopov
• prvi reagira na dvigajočo se fronto CP (master), drugi pa na padajoču fronto (slave)
• vhod K predstavlja reset (postavi Q na 0)
• vhod J predstavlja set (postavi Q na 1)
• ima značilno pravilnostno tabelo kot JK FF:

  K   J   Q   /Q   0   0   Q   /Q   0   1   1   0   1   0   0   1   1   1   /Q   Q

• so tisti, ki jih razume CPE
• predstavljeni so s kombinacijo logičnih 1 in 0 (binarno kodiranje, npr.: 1011 0110)
• v CPE se dekodirajo v krmilni enoti, ki zna izvesti posamezne korake vsakega ukaza
• programerju je strojni ukaz na pogled nerazumljiv (veliko enic in ničel)
• njihovo preglednost izboljšamo z zapisom v šestnajstiškem sistemu (npr.: $B6)

• ti (mnemoniki) nadomestijo strojne ukaze
• npr: 1000 0110 --> LDAA
• človeku so laže razpoznavni, saj predstavljajo skrajšano ime s katerim opišemo funkcijo ukaza
• računalnik jih ne razume
• potrebno je prevajanje v strojni jezik – binarne kode
• vsakemu strojnemu ukazu priredimo ustrezen mnemonik (ukaz) v zbirniku

• so še bolj kompleksni
• v enem stavku lahko zapišemo enačbo, primerjavo...
• vsak stavek lahko nadomesti večje število ukazov zbirnega jezika
• ukazi v teh stavkih so še bliže človekovemu razmišljanju, ne pa računalnikovemu
• npr: c=pred + 8*evr – 4
• tudi te stavke je potrebno pretvoriti v strojne ukaze, da jih računalnik lahko izvrši

• je direktno predstavljanje stavkov višjega programskega jezika CPE
• program v višjem programskem jeziku se ne prevaja (izvedljivi program ne obstaja!)
• ukazni tolmač povzema posamezne ukaze, ki jih nadomesti s skupom strojnih ukazov
• v CPE se tako izvajajo paketki strojnih ukazov namesto ukazov zapisanih v višjem programskem jeziku
• programu, ki izvaja programe s tolmačenjem, pravimo tudi interpreter

• je postopek preoblikovanja programa iz višjega programskega jezika v strojni jezik
• pri prevajanju se s posebnim programom (prevajalnikom ali križnim prevajalnikom) generira strojna koda
• preden je mogoče prevedeni program izvesti (pognati), mora strojno kodo pregledati še povezovalnik, ki poskrbi za vse potrebne povezave z operacijskim sistemom
• šele potem je na voljo izvedljivi program

• programi, ki se izvajajo s tolmačenjem morajo biti zapisani le v izvorni kodi (hitro pisanje in popravljanje napak)
• njihovo izvajanje je počasnejše zaradi sprotne zamenjave programske kode z strojno

• programi, ki se prevajajo imajo poleg izvorne kode tudi program v izvršni strojni kodi (če so potrebni popravki, je potrebno ponovno prevajanje)
• njihovo izvajanje je bistveno hitrejše priprava pa bolj zamudna