Seriál Co se děje v počítači

V dnešním pokračování seriálu o architektuře počítačů si popíšeme již dosti dlouhou a na důležité události bohatou historii disketových mechanik i pevných disků. Řekneme si něco o vývoji klasických disket, jejich konkurentů, ale také si představíme prapradědečka pevných disků a jeho vnuky a pravnuky.

Od dnešní části našeho seriálu o činnosti mikropočítačů se začneme zabývat dalším rozsáhlým a přitom zajímavým a stále aktuálním tématem - technologiemi magnetických pamětí, především páskových mechanik, disketových jednotek a pevných disků. Posléze se zaměříme i na paměti optické a magnetooptické.

V dnešní části seriálu o činnosti mikropočítačů si vysvětlíme základní principy optimalizací programů s ohledem na činnost vyrovnávacích pamětí (cache memory), jejich asociativity a v neposlední řadě také strategii alokace bloků.

V dnešní části našeho seriálu o mikropočítačích a jejich funkcích si vysvětlíme, jakým způsobem pracují některé nejtypičtější konfigurace vyrovnávacích pamětí (cache memory). Zejména si popíšeme a rozebereme vliv asociativity vyrovnávacích pamětí a strategie přidělování bloků na celkový výkon počítače.

Vzhledem k tomu, že rychlost mikroprocesorů roste díky stále platnému Mooreovu zákonu rychleji než rychlost dynamických pamětí (především při náhodném přístupu), používají se v prakticky všech moderních počítačích vyrovnávací paměti (cache), jejichž princip si dnes popíšeme.

V dnešní části našeho seriálu o funkcích jednotlivých součástí počítačů si přiblížíme problematiku chyb, které vznikají v paměťových čipech. Konkrétně se budeme zabývat dynamickými paměťmi DRAM. Řekneme si, jaké typy chyb se mohou v těchto pamětech vyskytnout a jakým způsobem je lze detekovat.

V dnešní části seriálu o funkcích jednotlivých součástí počítačů si ukážeme, jakým způsobem se pracuje s různými typy dynamických pamětí (DRAM). Popíšeme si jak asynchronní, tak i synchronní dynamické paměti (včetně technologií DDR a DDR2). U asynchronních pamětí si ukážeme režimy FP a EDO.

V následující části našeho technického seriálu o funkci počítačů a jejich jednotlivých částí si vysvětlíme princip práce statických pamětí s náhodným přístupem (SRAM) a také princip dynamických pamětí (DRAM), které v současnosti tvoří základ operačních pamětí prakticky všech počítačových systémů.

Kromě mikroprocesorů jsou nedílnou součástí prakticky všech dnešních počítačů i operační paměti, jejichž popisem se začneme v dnešní části seriálu o funkci počítačů podrobněji zabývat. Nejprve si řekneme, jaké technologie pamětí se používaly v minulosti a posléze se dostaneme až k moderním pamětem typu DRAM.

V dnešní části seriálu o činnosti počítačů se opět budeme zabývat některými technikami, které se používají pro zvýšení výkonu mikroprocesorů nebo celých procesorových systémů. Řekneme si základní informace jak o urychlení činnosti jednoho mikroprocesoru, tak i způsobech paralelního zapojení procesorů.

V dnešní části seriálu o funkci počítačů budeme pokračovat v popisu různých metod, kterými se výrobci snaží zvýšit výpočetní výkon mikroprocesorů i víceprocesorových systémů. Popíšeme si superskalární architekturu, členění počítačů do kategorií SISD, SIMD, MISD a MISD i takzvané prediktory skoků.

V dnešní části seriálu o funkci počítačů si vysvětlíme, jakými technikami je možné zvyšovat výpočetní výkon mikroprocesorů. Ukážeme si například použití zřetězeného zpracování instrukcí, explicitního i paralelního zpracování instrukcí, podporu pro běh více vláken i mikroprocesory s více jádry.

V jubilejní desáté části seriálu o funkci počítačů si popíšeme některé typické architektury mikroprocesorů, zejména architektury označované téměř magickými zkratkami RISC, CISC či MISC. Řekneme si také, jaké přednosti a zápory jednotlivé architektury mají z hlediska jejich dalšího vývoje.

V deváté části seriálu o architekturách počítačů dokončíme popis instrukční sady našeho jednoduchého cvičného mikroprocesoru. Popíšeme si také instrukce pro manipulaci se zásobníkem, instrukce NOP, HALT a IRET. Nakonec si také vysvětlíme princip přerušovacího systému mikroprocesoru.

V osmé části seriálu o architekturách počítačů si řekneme, jakým způsobem je možné načítat konstanty do pracovních registrů mikroprocesoru, popíšeme si instrukce pro přesun registrů z a do operační paměti, instrukce pro skok a návrat z podprogramu a na závěr bitové rotace a aritmetický posun.

V sedmé části seriálu o architekturách počítačů si řekneme, které logické instrukce je možné provádět v aritmeticko-logické jednotce. Především se ale budeme zabývat problematikou porovnávání dvou hodnot uložených v pracovních registrech a součinností porovnávacích instrukcí s podmíněnými skoky.

V šesté části seriálu o architekturách počítačů si popíšeme, jakým způsobem se provádí základní matematické operace v aritmeticko-logické jednotce mikroprocesoru. Také si vysvětlíme význam příznakových bitů Carry flag a Zero flag, které hrají velký roli jak při počítání, tak při programování podmínek.

V dnešní části seriálu o architekturách počítačů si vysvětlíme, jakým způsobem pracuje mikroprocesor. Především si (s využitím animací) ukážeme postup načítání instrukcí z operační paměti a jejich provádění za pomoci řadiče, aritmeticko-logické jednotky, pracovních registrů a pomocných registrů.

V dnešním článku spolu podnikneme cestu do hlubin a seznámíme se s vnitřním uspořádáním mikroprocesorů. Vzhledem k tomu, že se v dalších článcích budeme zabývat všemi činnostmi, které se v mikroprocesorech provádí, bude ukázán i návrh jednoduchého mikroprocesoru, na kterém budou všechny funkce vysvětleny.

V dnešní části seriálu o vnitřní struktuře počítačů si popíšeme základní prvky použité při výstavbě mikroprocesorů a dalších integrovaných obvodů, například řadičů sběrnice či pevných disků. Jedná se o kombinační a sekvenční logické obvody. Také si řekneme, jakou technologií jsou obvody vytvořeny.

Takřka všechny moderní počítače jsou založeny na logických členech (hradlech), které pracují pouze se dvěma stavy: pravda/nepravda, ano/ne, 0/1. V dnešním článku o funkci počítačů se tedy budeme zabývat dvojkovou číselnou soustavou, Booleovou algebrou a logickými operátory i jejich vztahy k logickým členům.

Tento delší článek je určen pro ty uživatele počítačů, které zajímá, jak počítače ve skutečnosti pracují, tj. co se uvnitř počítačů děje. Nejdříve si popíšeme von Neumannovu i Harvardskou architekturu, roli aritmeticko-logické jednotky, řadiče, operační paměti i vstupní a výstupní zařízení.