Nekaj splošnih vprašanj s področja HW

Sicer se tole tiče šole, pa vendar logično vseeno spada pod strojno opremo.

Letos sem se prvič srečal podrobneje z samo zgradbo PC-ja in me zanimajo sledeče nejasnosti:

1) kako se recimo pretvori neko število oblike xy,zw v binarno obliko? Recimo "- 13,12" vem da negativen predznak pomeni 1, nato 13 pretvoriš v binarni zapis, to znam, kako pa 0,12 pretvoriš v binarni zapis?

2) RAM =) Recimo da imamo dve palčki po 2GB, se pravi 4GB prostora za podatke. Ampak kje pa je prostor za naslove? Če vemo da ima 1 pomnilniška beseda 8 bitov in svoj naslov ki je enako dolg, se pravi 8 bitov je to že 16 bitov in je potem dejanski prostor samo še 2GB??? Na kak način CPU ve kje mora poiskati določen operand? Kako je to rešeno pri trdih diskih? Ali ima vsak sektor svoj naslov ali kako? Kje so pa tu zapisani naslovi?

Nadaljevanje sledi =) Upam da se najde junak ki zna to fajn obrazložit!

Naslove ukazov in operandov pa generira programski števec ki je eden izmed registrov v CPE?

Zanima me še podrobneje kaj je to "trdo ožičena logika " vem da omogoča hitrejše izvajanje ukazov, samo od kje ime v čem je razlika v primerjavi z mikroprogramiranjem? Na kakšen način so strojni ukazi "implementirani" v stroj? Recimo ukaz "ADD r1, r1, #1" se mi zdi da je ukaz na najnižjem možnem nivoju, kako je to vnešeno da procesor razume kaj mora nardit?

Kaj pomeni če je procesor 64-biten? Ali to pomeni samo to da ima ukaz dolžino 64bitov in operandi so 64bitni ter registri 64bitni, samo tle je neko nasprotje, če so ukazi 64bitni in vemo da ima ukaz poleg pripet tudi operand je tole malo čudno ker bi bil potem operand kar enak ukazu, ker ni več prostora. Kako vpliva recimo 32-bitni OS na 64-bitni procesor? Ali potem CPU enostavno prikrajša ukaze, operande in registre za 32 bitov in ta polovica ne dela nič?

Kakšna je strojna omejitev da recimo 32biten CPU lahko naslovi samo 2^32 pomnilniških mest? Posledica česa je to?

Hmm, jaz mam občutek da si ti glih prestal ARS1 pri prof. Kodeku ;) A lahko predpostavljam da nekaj osnov o elektroniki že veš?

Naslove ukazov in operandov pa generira programski števec ki je eden izmed registrov v CPE?

Programski števec drži naslov, s katerega po prebran naslednji ukaz. Naslovi operandov so pa zapisani kot del samega ukaza.

Recimo ukaz "ADD r1, r1, #1" se mi zdi da je ukaz na najnižjem možnem nivoju, kako je to vnešeno da procesor razume kaj mora nardit?

Tole v bistvu ni najnižji ukaz. Tole se lahko prevede v nekaj v smislu 0001 0001 0001 000000000...0001, kjer prvi štirje biti pomenijo kodo ukaza (torej kaj ta ukaz dejansko dela). Ta koda gre potem v kontrolno enoto procesorja (procesor ima podatkovno enoto, ki dejansko računa stvari in kontrolno enoto, ki podatkovno enoto nadzoruje), ki pa potem glede na to številko vklopi prava vodila in parametre v podatkovni enoti (v tem kontkretnem primeru nastavi artimetično-logično enoto na seštevanje).
Drugi par štirih bitov sta potem operanda, ki pravita da naj se podatek zapiše v register 1 in naj se en operand vzame iz registra 1, ostali del ukaza pa je rezerviran za zadnji "immediate" operand, ki je v tem primeru številka 1.

Na kakšen način so strojni ukazi "implementirani" v stroj?

Pri "trdo-ožičeni" logiki so to preprosto z osnovnimi XOR, OR, AND itd vrati povezane žičke, ki vklaplajo prave signale v podatkovni enoti, tako da se računajo prave stvari. Pri mikroprogramskem designu pa maš v podatkovni enoti shranjeno mikrokodo, ki za vsako kodo ukaza pove, kateri signali se naj vklopijo za podatkovno enoto.

Kaj pomeni če je procesor 64-biten? Ali to pomeni samo to da ima ukaz dolžino 64bitov in operandi so 64bitni ter registri 64bitni, samo tle je neko nasprotje, če so ukazi 64bitni in vemo da ima ukaz poleg pripet tudi operand je tole malo čudno ker bi bil potem operand kar enak ukazu, ker ni več prostora. Kako vpliva recimo 32-bitni OS na 64-bitni procesor? Ali potem CPU enostavno prikrajša ukaze, operande in registre za 32 bitov in ta polovica ne dela nič?

Hja, 64-bitnost procesorja lahko pomeni več stvari. V večini primerov je to preprosto to, da imaš lahko 64-bitov velike operande (ne nujno ukaze... x86 procesorji recimo majo ukaze vse od 8 do 64-bitov) ter da imaš 64-bitov velike naslove.
Drugače pa ja, v določenih primerov so operandi kar del ukaza "t.i. immediate operandi" in je zato za njih rezervirana samo omejena količina prostora. V zgornjem primeru recimo je za zadnji operand rezerviranih 20 bitov in tista številka ne more biti večja od 20 bitov. Ima pa lahko procesor več formatov ukazov (recimo format s tremi operandi, format z "immediate" operandom, format s petimi operandi....).

Za 32-bitni OS se procesor preklopi v 32-bitni način. Kako točno je to pri x86 procesorjih izvedeno ti ne vem povedati, samo kar se potem tistega OS-a tiče, teče na 32-bitnem procesorju in se procesor tudi obnaša točno enako kot 32-bitni.

Kakšna je strojna omejitev da recimo 32biten CPU lahko naslovi samo 2^32 pomnilniških mest? Posledica česa je to?

To pa zato, ker imajo večinoma 32-bitni CPUji 32-bitno naslovno vodilo. Torej 32 nogic za sporočanje naslova podatka, ki ga zahtevajo. Kar pomeni da je lahko najmanjši naslov 32x0, največji pa 32x1 (torej 00000000 najmanjši in FFFFFFFF največji če napišem v heksadecimalnem, oz. 0 ter 4294967295 v decimalnem sistemu). Ker na vsakem naslovu pri večini arhitektur sedi 8 bitov, to pomeni da imaš dostopa do največ 4G x 8b različnih lokacij.

"trdo ožičena logika"

To pomeni, da je stvar izvedena fizično. Trdo ožičena logika bi bla recimo stikalo za luč. Ko ga stisneš, se luč vklopi, ker skleneš električni krog.
V kompjuterju je ta trdno ožičena logika bistveno bolj komplicirana (mnogo več povezav in stikal) ampak še vseeno velja da deluje na povsem fizikalnem nivoju.

Da boš tele stvari razumel se resno splača štartat na začetku. Na nivoju posameznega logičnega operatorja ala AND, OR itd.
Vsak procesor se da namreč naredit tut iz samih XOR operatorjev. Vse skup je ena huda klobasa ampak zna vse kar znajo veliki, morda je le mal počasnejši od njih. V takem primeru bi mel trdoožičene samo XOR operatorje, za vse višje operacije bi mel pa posebno enoto, ki bi jih "prevajala" v ustrezna zaporedja XORov.

Za 1) si povedal, 2) imaš prav, seveda moraš poznati naslov, da z njim nasloviš operand.

Kar pa se tiče posrednega naslavljanja, je pa takole - v ukaz vključiš naslov registra ali pomnilniškega naslova (do tu je praktično enako, kot neposredno naslavljanje), le da na tem naslovu ni shranjen sam operand, temveč naslov operanda. To vrednost potem prebereš in greš na ta naslov v pomnilnik po svoj operand.

Na tiste štiri kategorije, ki si jih ti omenil, se načeloma deli samo posredno registrsko naslavljanje, tako da pustimo pomnilniškega ob strani (čeprav bi lahko podobno apliciral, kar bom navedel).

Bazno naslavljanje pomeni, da imaš v ukazu poleg naslova registra, v katerem je naslov operanda, še nek fiksen odmik, ki ga naslovu prišteješ in šele potem greš po operand.

Indeksno naslavljanje je zelo podobno baznemu, le da je pri slednjem odmik ponavadi precej majhen, pri indeksnem pa je njegova dolžina enaka dolžini pomnilniškega naslova, kar pomeni, da lahko z odmikom naslovimo celoten pomnilniški prostor.

Pri avtomatskem indeksiranju se pred ali po izvajanju zanke avtomatsko spreminja (povečuje ali zmanjšuje) naslov, s čemer lahko avtomatiziramo ponavljanje določenega postopka nad večjo količino podatkov v pomnilniku.

PC - relativno naslavljanje pa uporablja namesto osnovnega registra, ki ga poda program, kar programski števec, za končni naslov pa še vedno moramo prišteti odmik.


Upam, da sem vsaj malo razjasnil, načeloma pa si ti sam precej solidno povzel zadeve. Pri takojšnjem naslavljanju kar v ukaz vpišemo vrednost operanda, pri neposrednem vpišemo njegov pomnilniški ali registrski naslov, pri posrednem pa pomnilniški ali registrski naslov, na katerem se nahaja naslov operanda. Vse različne variante posrednega naslavljanja pa se razlikujejo samo po tem kaj je osnova in kaj odmik, ko iščemo naslov registra, v katerem je naslov našega operanda.

Aja - vzrok za nujnost/uporabnost posrednega naslavljanja je dejstvo, da ne vemo, kje v pomnilniku se bo naš program nahajal. Posledično seveda tudi ne moremo vnaprej uganiti vseh naslovov, ki jih potrebujemo. Zato ne referenciramo naslovov direktno, ampak registre, v katerih so shranjeni. Tja pa jih lahko program naloži kot nekakšne parametre, preden se začne izvajati.

Odmik nam še dodatno pripomore, ker lahko imamo manj naslovov za referenčne točke, saj od nekega naslova dalje poznamo zgradbo našega programa. Recimo neka linearna podatkovna struktura se lahko prične v določenem pomnilniškem naslovu, mi pa poznamo njeno velikost in posledično se s spreminjanjem odmika zlahka sprehodimo po njej. Izbira ene od tistih dodatnih oblik posrednega naslavljanja je potem več ali manj odvisna samo še od specifičnosti obnašanja našega programa in jo izberemo, kot nam najbolj ustreza.

1) naslovi (ki tvorijo dejansko nekakšno mrežo) so fixni, se pravi se jih ne da spreminjat. Kaj to pomeni da niti pod razno, niti programer ne more spremenit naslova in tudi vedno ko računalnik laufa so ti naslovi vedno enako razporejeni?

Da. Fizični naslovi = hardwareski naslovi so fiksni, trdo ožičeni. Enaki so vedno in zmeraj. To pomeni, da nek fizični naslov vedno določa točno dolčeno besedo v RAM čipu. Programer določa le vsebino besede na določenem naslovu.

2) v zapiskih imam zapisano: "dolžina naslova določa velikost pomnilniškega prostora ali naslovni prostor", kaj to pomeni da če imaš 32-bitni naslov potem lahko na ta naslov (polje, točko,..) shraniš maximalno 32 bitov

Ne. Upoštevat moraš dvoje: dolžino naslova in dolžino besede. 32 bitni naslov pomeni da imaš 2 na 32 potenco različnih naslovov, to je nekaj čez 4 milijarde. PC arhitektura ima 8 bitne (1 bajt) besede zato je to kar ekvivalent 4GB. Če bi mel kakšno drugačno organizacijo pomnilnika, recimo 64bitne besede, bi ob 32bitnem naslovu imel pomnilniški prostor velikosti 32 GB (4G naslovov x 8bytov/naslov).

Ali so vsi naslovi enako veliki - če si predstavljamo pomnilnik kot mrežo, kot je napisal Mavrik, potem bi držalo najbrš da so vsi naslovi enako dolgi?

Govoriš o naslovih, vendar misliš na dolžino besed na teh naslovih. Odgovor je Da, vse besede so enako dolge. Sicer je možno naredit tut pomnilnik, ki bi imel različno dolge besede vendar bi ble komplikacije pri delu z njim obupne, profita pa nobenga.

3) "Deli naslovnega prostora so lahko prazni", se pravi imaš ga očitno na razpolago samo ga ne moreš izkoristiti, zakaj pride do tega?

Do tega pride, ker nimaš vedno dovolj denarja da bi lahko nabavil toliko RAM čipov, kot bi jih potreboval, da bi zasedel cel naslovni prostor.

Dolžina naslova je vgrajena v samo arhitekturo procesorja. To ni nekaj, kar bi se dalo spreminjat al pa nastavljat. Če je število vseh različnih možnih naslovov več kot pa je število različnih pomnilniških celic, potem nujno nekateri naslovi ne kažejo "nikamor" - nimajo pripadajoče pomnilniške celice. Poskus pisanja al pa branja s takega "nezasedenega" naslova je napaka.

V mašini maš recimo fizično samo 1GB rama i.e. 1 milijardo različnih naslovov. Ker je dolžina naslova 32 bitov, imaš pravzaprav 3/4 fizičnega naslovnega prostora praznega.

Tukaj potem uleti navidezni pomnilnik. Ta je vedno velik toliko, kot je velik celoten naslovni prostor. Zraven pa se dogaja sprotno preslikovanje navideznih naslovov v fizične naslove.

Torej dobro jutro

Danes se ukvarjam z informacijami in me zanima tole:

1) Nenumerični operandi so lahko logične spremenljivke ali znaki. Zdaj pa mene zanima recimo ko ti pišeš nek program v zbirniku ali so recimo ukazi (add, sub, cmp, strhb, .align,...) v bistvu znaki? Se pretvorijo po neki abecedi v zaporedje 0 in 1, ki jih nato procesor razume kot določen ukaz? In ali so logične spremenljivke recimo operandi ki jih sam potrebuješ za delovanje programa, recimo "TABELA: .space4" s tem ustvariš po tej delitvi logično spremenljivko? Ali spada še kaj pod logične spremenljivke?

2) Unicode abeceda vemo da je 32 bitna in lahko tvori 2^32 različnih znakov, kar je očitno zadosti za vse trenutne in antične jezike. Zdaj Unicode naj bi bila deljena na ravnine UCS po 16-bitov. Samo po tej logiki gre samo za 2 ravnini 16+16 je že 32. Če je abeceda že sama po sebi nek "zakodiran" zapis zakaj se potem še dodatno transformira z standardom UTF-16 in UTF-8?

3) Zakaj imamo pri operandih v fixni vejici predznačene in nepredznačene? Saj pozitivna števila so po tem principu tudi predznačena! Zakaj se recimo ta števila predstavlja tudi z odmikom (+127 ali +128) zakaj je to dobro? Je res da na ta način vedno dobimo pozitivno število, samo je to število drugačno od prvotnega.

4) Ali je eniški in dvojiški komplement koristen samo za seštevanje negativnih števil (recimo 10 + (-5)) kjer se 5 pretvori v eniški komplement in se potem normalno sešteje ali je še kakšna prednost teh dveh zapisov? Očitno je razlika med eniškim in dvojiškim zapisom samo v tem, da dvojiški nima dveh ničel (+0 in -0)?