Bitová vrstva: procesor on Miroslav Thompson

Instrukce procesoru

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Co je to procesorová instrukce a co je to strojový kód

Šířka instrukce

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

O šířce instrukce v procesorech

Sériové zpracování instrukce

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

O tom, jak procesory zpracovávají instrukce jednu za druhou.

Frekvence a cyklus procesoru

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

O tom, kolik času reálně zabírají běžící instrukce v procesorech

Program

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Program a instrukční tok

Program a RAM paměť

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Role RAM paměti v instrukčním toku

Jediný běžící program

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

V předchozí kapitolách Program jsem vysvětlil, jak se na počítačích spouští programy z RAM paměti.

⚠️ Důležité pro zapamatování: Tímto způsobem, stejně jako před 70 lety, je možné spustit nad procesorem pouze jeden jediný program.

Takto lze definovat běžný počítač.

Jeden počítač = jedna RAM paměť = jeden procesor = jeden program

Běžný uživatel a běžný ajťák v mém pojetí pracují až na úrovni operačního systému. Operační systém je ten jediný program, který na běžných počítačích tímto způsobem běží.

Multijádrové procesory

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Technologický vývoj a s ním spojené neustálé zmenšování obvodů a tranzistorů v procesoru umožnil, že procesory mají více jader.

Jak spustit program?

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jak spusit program v běžném moderním počítači

Výstupní bity

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jak procesor komunikuje výsledky svých instrukcí se zbytkem počítače a proč to není pro běžného ajťáka důležité

Instrukční sada

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Instrukční sada je předepsaná norma instrukcí pro procesory.

Program a instrukční sada

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

⚠️ Důležité k zapamatování: Na bitové vrstvě jsou všechny programy psané pro konkrétní instrukční sadu!

Program psaný pro danou instrukční sadu bude fungovat pouze na procesorech, které jsou pro danou instrukční sadu stavěné, nebo jsou s instrukční sadou kompatibilní.

Program a instrukční sada

Adresovatelnost

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

RAM paměť je adresovatelné zařízení.

Jak vypadá instrukce

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Podrobný pohled na instrukce

Typy instrukcí

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jaké jsou typy procesorových instrukcí

Přesunové instrukce

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Přesunové instrukce jsou jakékoliv instrukce pro posílání bitů z jednoho místa do jiného místa

Aritmeticko-logické instrukce

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Aritmeticko-logické instrukce

Řídící instrukce: JUMP

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jak fungují v procesorech řídící instrukce

Řídící instrukce: NOP

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Co (ne)dělá instrukce NOP

Funkce / podrutina

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jak lze v instrukcích nadefinovat podrutiny díky JUMP instrukci

Funkce / podrutina 2

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

⚠️ Koncept funkcí je v IT extrémně důležitý a objevuje se úplně všude.

Pro stisknutí tlačítka na klávesnici se spustila nějaká funkce
Při načtení webové stránky v prohlížeči se spustila nějaká funkce
Při ztučnění písma ve Wordu se spustila nějaká funkce
atd.

V následujících 2 kapitolách se věnuji funkcím víc dopodrobna.

V minulém díle jsem pojmenoval, co je funkce / podrutina a ukázal jsem, jak taková podrutina může být vyrobena díky JUMP instrukci.

Anatomie definice funkce/podrutiny

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Pro vysvětlení anatomie definice funkce/podrutiny použiju příklad 7 = SEČTI(3, 4) z minulé kapitoly.

Definice funkce je jenom takový lidský zápis díky kterému hned poznáte:

název funkce
kolik má vstupních parametrů. Jednotlivé parametry jsou oddělené čárkou
co je výstupem funkce

Definice funkce

Vstupní parametry

Vstupní parametry náleží k definici funkce. V příkladu SEČTI na obrázku výše to jsou sčítanec1 a sčítanec2.

⚠️ Funkce může mít libovolné množství vstupních parametrů ale také nemusí mít žádný vstupní parametr.

Anatomie volání funkce/podrutiny

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Volání funkce je konkrétní použití funkce s konkrétními dosazenými hodnotami (pokud jsou nějaké).

Pro vysvětlení anatomie volání funkce/podrutiny použiju příklad 7 = SEČTI(3, 4) z minulé kapitoly.

Volání funkce

Vstupní hodnoty

V příkladu SEČTI to jsou hodnoty 3 a 4.

Také lze říct, že:

3 je hodnota parametru “sčítanec1”
4 je hodnota parametru “sčítanec2”

Vrácená hodnota

V příkladu SEČTI to je hodnota 7. Také lze říct, že funkce SEČTI vrátila 7.

Calling convention

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jak je volání funkcí standardizováno napříč instrukčními sadami

Řetězení funkcí/podrutin

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jak jedna funkce volá jinou funkci

Hardwarové přerušení

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jak procesor dostane signál z vnějšího světa?

Softwarové přerušení

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Softwarové přerušení je situace kdy nějaká instrukce, záměrně či nezáměrně, vyvolá přerušení obdobně, jako u hardwarového přerušení.

Záměrné vyvolání přerušení je mechanismus běžně používaný operačními systémy a ve vývoji softwaru. K tomu se ještě vrátíme později v kapitolách o operačních systémech a tvorbě softwaru.
Nezáměrné vyvolání přerušení může způsobit chybné použití instrukce.
- Typický příklad je dělení nulou u instrukce pro dělení čísel.
- Nebo se snažíte zapsat na adresu v paměti, která neexistuje
- A podobně.

Vyvolání přerušení

Funguje to velmi podobně, jako hardwarové přerušení.

Čipset základní desky

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jak procesor komunikuje s ostatními komponentami

Synchronní I/O instrukce

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Přímá komunikace mezi procesorem a komponentou

Asynchronní I/O instrukce

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Nepřímá komunikace mezi procesorem a komponentami

BIOS a UEFI

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Počítač v počítači

Schopnost změny instrukce

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Program, který se může měnit za běhu

Složitosti kterým nemusíme rozumět

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Jak fungují moderní procesory doopravdy