Witajcie studenci! Przygotowujecie się do egzaminu z Urządzeń Techniki Komputerowej? Super! Ten przewodnik pomoże Wam usystematyzować wiedzę. Skupimy się na materiałach Tomasza Kowalskiego.
Podstawy Architektury Komputerów
Zacznijmy od fundamentów. Co to jest architektura von Neumanna? To kluczowy model. Jeden zbiór adresów dla danych i instrukcji. Pamiętajcie o tym!
Procesor (CPU) jest sercem komputera. Składa się z kilku ważnych elementów.
Jednostka Arytmetyczno-Logiczna (ALU)
ALU wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne. Dodawanie, odejmowanie, AND, OR – to jej działka.
Rejestry
Rejestry to szybka pamięć w CPU. Przechowują dane i adresy. Są niezbędne do działania procesora.
Jednostka Sterująca (CU)
CU zarządza pracą procesora. Pobiera instrukcje, dekoduje je i wykonuje. Kontroluje przepływ danych.
Pamięć operacyjna (RAM) przechowuje dane i programy, które są aktualnie używane. Jest ulotna, czyli traci zawartość po wyłączeniu zasilania.
Pamięć masowa (np. dysk twardy, SSD) przechowuje dane trwale. Nawet po wyłączeniu komputera. Pamiętajcie o różnicy między RAM a pamięcią masową.
Reprezentacja Danych
Komputery pracują na bitach. Bit to najmniejsza jednostka informacji. Może przyjmować wartość 0 lub 1.
Bajt składa się z 8 bitów. Jest podstawową jednostką pojemności pamięci.
Liczby całkowite można reprezentować w kodzie U2 (uzupełnienie do dwóch). To popularny sposób na reprezentację liczb ze znakiem.
Liczby zmiennoprzecinkowe (floating-point numbers) służą do reprezentowania liczb rzeczywistych. Standard IEEE 754 określa format zapisu.
Tekst reprezentowany jest za pomocą kodów znaków. ASCII i UTF-8 to popularne standardy.
Systemy Wejścia/Wyjścia
Systemy Wejścia/Wyjścia (I/O) umożliwiają komunikację komputera ze światem zewnętrznym.
Porty I/O to interfejsy, przez które dane są przesyłane. Mogą być szeregowe (np. UART) lub równoległe.
Kontrolery I/O zarządzają urządzeniami I/O. Ułatwiają komunikację między procesorem a urządzeniami.
DMA (Direct Memory Access) pozwala urządzeniom I/O na bezpośredni dostęp do pamięci. Omija CPU, co zwiększa wydajność.
Magistrale Komputerowe
Magistrala to zbiór przewodów, które łączą różne komponenty komputera.
Magistrala adresowa służy do przekazywania adresów pamięci. Określa, gdzie dane mają być zapisane lub odczytane.
Magistrala danych służy do przesyłania danych między komponentami.
Magistrala sterująca służy do przesyłania sygnałów sterujących. Kontroluje pracę magistrali.
Popularne standardy magistral to PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) i USB (Universal Serial Bus).
Pamięć Cache
Pamięć cache to szybka pamięć, która przechowuje często używane dane. Przyspiesza dostęp do danych.
Cache L1 jest najszybsza i najbliższa procesora. Jest też najmniejsza.
Cache L2 jest wolniejsza od L1, ale większa.
Cache L3 jest najwolniejsza z cache, ale największa. Wspólna dla wszystkich rdzeni procesora.
Algorytmy zarządzania cache określają, które dane powinny być przechowywane w cache. Przykłady to LRU (Least Recently Used) i FIFO (First-In, First-Out).
Przerwania
Przerwania to sygnały, które przerywają normalne działanie procesora. Pozwalają na szybką reakcję na zdarzenia zewnętrzne.
Maskowanie przerwań pozwala na ignorowanie niektórych przerwań. Jest to przydatne w sytuacjach, gdy procesor musi wykonać krytyczne zadanie.
Obsługa przerwań polega na wykonaniu specjalnej procedury (procedury obsługi przerwania – ISR), która reaguje na przerwanie.
Podsumowanie
Pamiętajcie o kluczowych pojęciach: architektura von Neumanna, procesor (CPU), pamięć RAM i masowa, reprezentacja danych (U2, IEEE 754), systemy I/O, magistrale komputerowe, pamięć cache i przerwania.
Przejrzyjcie notatki Tomasza Kowalskiego. Zwróćcie uwagę na przykłady i zadania. Praktyka czyni mistrza!
Życzę Wam powodzenia na egzaminie! Wierzę w Was!