algemene vraag hardware aansturen

[Verwijderd]

ik vraag mij nu al een hele tijd af hoe de wisselwerking van software (low level) naar hardware precies wordt gerealiseerd. Ik volg zelf een electronica opleiding maar ook daar heb ik de vraag meerdere malen gesteld maar ik krijg er geen duidelijk antwoord op. Het komt neer op het volgende: hoe kan het dat iets wat je programmeert en vervolgens compileert naar machinetaal, het fysieke hardwarematige deel weet wat voor acties hij moet doen. Nou weet ik ook wel het verhaal van spanningen, logische poorten etc etc., maar ik mis gewoon iets in het hele verhaal.

Heeft iemand hier misschien een antwoord? Ik hoor het graag!

[TeeDee]

Misschien dat je dit beter in Elektronica kan vragen.

[YopY]

Dit onderwerp, de 'gelaagdheid' van computers en dergelijke, wordt in detail beschreven in het boek 'Structured Computer Organization' door Andrew S. Tanenbaum, waarschijnlijk verplichte kost voor iedereen die met software én met hardware bezig wil zijn. Dit boek legt precies uit hoe een laag (bv de processor) communiceert met de laag erboven, tot wel een stuk of zeven lagen. Het is zware kost, maar als je dit gelezen hebt, dan weet je het. Zeker de moeite waard als je je er echt in interreseert.

[voodooless]

Wat mis je dan De machinetaal laat de logische poortjes ratelen, die op hun beurt weer allerlei andere dingen doen. Als je dat idee maar ver genoeg doortrekt heb je op een gegeven moment je desktop voor je neus

[ZroBioNe]

Je kan je ook verdiepen in driver development.
Er zijn bij driver development een aantal lagen, en hoe lager je gaat, hoe dichter je bij de hardware komt. Misschien dat je daar iets van leert?

En idd, in het forum elektronica zijn ze er ook goed in

[MTWZZ]

YopY schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 13:38:
Dit onderwerp, de 'gelaagdheid' van computers en dergelijke, wordt in detail beschreven in het boek 'Structured Computer Organization' door Andrew S. Tanenbaum, waarschijnlijk verplichte kost voor iedereen die met software én met hardware bezig wil zijn. Dit boek legt precies uit hoe een laag (bv de processor) communiceert met de laag erboven, tot wel een stuk of zeven lagen. Het is zware kost, maar als je dit gelezen hebt, dan weet je het. Zeker de moeite waard als je je er echt in interreseert.

Aanrader inderdaad.

[base_]

Dit is idd meer een Electronica vraag, hiervoor heb je inderdaad inzicht in de microcomputerarchitectuur nodig. Het basisprincipe is voor alle computers (van microcontroller in een stofzuiger tot desktop pc) hetzelfde en de link tussen de cpu/software en randapparatuur wordt gevormd door de diverse bussen (pci/usb/serieel etc) met elk hun eigen protocollen. De hierop aangesloten hardware reageert dan weer op deze protocollen.... kortom principe is simpel, praktijk afhankelijk van de bus (rs232 is veel eenvoudiger als een pci-e bus bv)

[P.O. Box]

YopY schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 13:38:
Dit onderwerp, de 'gelaagdheid' van computers en dergelijke, wordt in detail beschreven in het boek 'Structured Computer Organization' door Andrew S. Tanenbaum, waarschijnlijk verplichte kost voor iedereen die met software én met hardware bezig wil zijn. Dit boek legt precies uit hoe een laag (bv de processor) communiceert met de laag erboven, tot wel een stuk of zeven lagen. Het is zware kost, maar als je dit gelezen hebt, dan weet je het. Zeker de moeite waard als je je er echt in interreseert.

heb hier zowel de NL als Engelse versie... als erfenisje uit mijn niet afgemaakte studietijd
die Tanenbaum vond ik trouwens wel een eikel... (zei hij na 1 ontmoeting inmiddels 12 jaar geleden)...

pffff, en nu ik 12 jaar typ, krijg ik ineens het gevoel dat ik hal heel oud ben...

[Verwijderd]

bedankt voor de snelle reacties. Ik zal het boek eens opzoeken & ik stel de vraag nogmaals bij electronica inderdaad.

Hierboven wordt gevraagd wat ik "mis" -> dat algehele principe wat wordt beschreven snap ik wel, maar je ziet het zelf hierboven staan"die op hun beurt weer allerlei andere dingen doen", WAT zijn die dingen dan precies en wat is de specifieke werking daarbij.

Er wordt meestal iets verteld over interactie tussen softwarelagen onderling of hardware onderling maar de overgang van code naar zeg een spanning die bijvoorbeeld op een bus wordt gezet etc. blijft voor mij tot nu toe een groot vraagteken

[riezebosch]

Edwardvb schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 14:53:
[...]


heb hier zowel de NL als Engelse versie... als erfenisje uit mijn niet afgemaakte studietijd
die Tanenbaum vond ik trouwens wel een eikel... (zei hij na 1 ontmoeting inmiddels 12 jaar geleden)...

pffff, en nu ik 12 jaar typ, krijg ik ineens het gevoel dat ik hal heel oud ben...

Ik mag hem wel. Heb hem zelf gehad voor college waarin hij dit boek behandelde op de VU

[Voutloos]

Edwardvb schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 14:53:
die Tanenbaum vond ik trouwens wel een eikel... (zei hij na 1 ontmoeting inmiddels 12 jaar geleden)...

Tsss. het is een held en hij vertelt altijd veel mooie anekdotes. En als hij er zin in heeft, kan hij nog best leuk echt college geven ook.

[.oisyn]

Verwijderd schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 14:59:
Er wordt meestal iets verteld over interactie tussen softwarelagen onderling of hardware onderling maar de overgang van code naar zeg een spanning die bijvoorbeeld op een bus wordt gezet etc. blijft voor mij tot nu toe een groot vraagteken

Maar waarom dan? Ik ben geen electrotechnicus, maar ik kan de implementatie er wel bij verzinnen. Het is toch niet heel erg moeilijk voor te stellen dat een programma gewoon een reeks instructies is, en dat er elke kloktik een instructie wordt opgehaald uit het geheugen en gedecodeerd, om vervolgens allemaal poortjes afhankelijk van zo'n instructie open of dicht te zetten?

[roy-t]

Verwijderd schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 13:22:
ik vraag mij nu al een hele tijd af hoe de wisselwerking van software (low level) naar hardware precies wordt gerealiseerd. Ik volg zelf een electronica opleiding maar ook daar heb ik de vraag meerdere malen gesteld maar ik krijg er geen duidelijk antwoord op. Het komt neer op het volgende: hoe kan het dat iets wat je programmeert en vervolgens compileert naar machinetaal, het fysieke hardwarematige deel weet wat voor acties hij moet doen. Nou weet ik ook wel het verhaal van spanningen, logische poorten etc etc., maar ik mis gewoon iets in het hele verhaal.

Heeft iemand hier misschien een antwoord? Ik hoor het graag!

Ik snap precies wat je bedoelt, ik (hobby) programmeer me wat af (en stel dan ook vaak 'domme' vragen op GoT-Programming)

Er mist iets, maar dat boek klinkt interessant, en ik heb ooit op de middelbareschool een stukje over die 7 lagen gehad. Maar niet in-depth genoeg om er echt uit te komen,

Weet iemand nog hoe die lagen heten?

[Verwijderd]

ik denk zelf ook dat het antwoord niet zomaar duidelijk gegeven kan worden. IK vind het zelf ook lastig om te verwoorden wat het nu precies is. Om het zo simpel mogelijk te houden(probeer ik althans):

stel je hebt een reek 0-en & 1-en, vervolgens wil ik van die 1 een zeg 5V spanningspuls "maken". Ik zie de 1 als een niet tastbaar/waarneembaar iets & de spanning daarentegen wel.Er wordt wel eens gezegd van appels kun je geen peren maken. Hoe tover je dan iets wat niet tastbaar is om in iets wat wel tastbaar is en waarmee fysieke componenten kunnen werken.

[ Voor 19% gewijzigd door Verwijderd op 09-10-2007 18:07 ]

[Invisible_man]

Door afspraken te maken wat groepjes van 1-tjes en 0-tjes samen betekenen. Als je ze per groepje van 8 gaat bekijken (8 bits = 1 byte) en je pakt daar bijvoorbeeld de ascii tabel bij (een tabel waarin letters van het alphabet en meer worden gecodeerd met bytes) en voila! Je kan een verhaaltje schrijven met 1-tjes en 0-tjes.

Dus door afspraken te maken wat die individuele bitjes gegroepeerd betekenen ben je al een stap in de goede richting.

[RobIII]

therat10430 schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 17:56:
Er mist iets, maar dat boek klinkt interessant, en ik heb ooit op de middelbareschool een stukje over die 7 lagen gehad. Maar niet in-depth genoeg om er echt uit te komen,

Weet iemand nog hoe die lagen heten?

Ik denk dat jij doelt op het OSI model

Verwijderd schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 18:01:
ik denk zelf ook dat het antwoord niet zomaar duidelijk gegeven kan worden. IK vind het zelf ook lastig om te verwoorden wat het nu precies is. Om het zo simpel mogelijk te houden(probeer ik althans):

Hier is een hint: Die 1 is 5V, de 0 is 0V Dus er hoeft geen appel naar een peer geconverteerd te worden, het zijn allemaal al peren

_{(en voor de mierenneukers, eigenlijk is het andersom, 0 = 5V en 1 = 0V)}

Kortweg: De software is al een bult spanningen; zonder die spanningen geen software. Lees nu .oisyn's post en voodooless's post nog eens en je bent er.

[ Voor 51% gewijzigd door RobIII op 09-10-2007 18:31 ]

[Verwijderd]

Invisible_man schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 18:17:
Door afspraken te maken wat groepjes van 1-tjes en 0-tjes samen betekenen. Als je ze per groepje van 8 gaat bekijken (8 bits = 1 byte) en je pakt daar bijvoorbeeld de ascii tabel bij (een tabel waarin letters van het alphabet en meer worden gecodeerd met bytes) en voila! Je kan een verhaaltje schrijven met 1-tjes en 0-tjes.

Dus door afspraken te maken wat die individuele bitjes gegroepeerd betekenen ben je al een stap in de goede richting.

dat klopt maar als je me vraag goed leest gaat het er juist om hoe je een gecodeerd iets, of dat nu machinecode, ASCII of wat dan ook omzet naar spanning.

[base_]

en door nu een buffertje met latch (soort hold) aan de databus te hangen, welke door de adresbus getriggerd wordt met het juiste adres.... maw er wordt op de datauitgang van de processor een gewenst bit/byte gezet en er wordt op een adresuitgang een puls gegeven dat de data klaarstaat waarna die buffer dus die data vasthoud en daarmee de uitgangen in/uitschakelt. Als het eerder aangegeven boek idd het boek is welke ik vermoed dat het is dan staat dit hier ook uitgebreid in uitgelegd, van simpel tot geavanceerd (DMA etc)

basisidee: http://www.gamezero.com/t...agic/micro/processor.html

[ Voor 8% gewijzigd door base_ op 09-10-2007 19:41 ]

[Invisible_man]

Verwijderd schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 18:25:
[...]


dat klopt maar als je me vraag goed leest gaat het er juist om hoe je een gecodeerd iets, of dat nu machinecode, ASCII of wat dan ook omzet naar spanning.

Goed, je snapt dus blijkbaar (enigzins) hoe "software" omgezet kan worden naar 1-tjes en 0-tjes. Zoals ik zij, wat een byte aan 1-tjes en 0-tjes inhoud, is een afspraak. Zoals Roblll enigzins zegt, welke spanning een 1 of een 0 deffinieert is ook een afspraak. In veel gevallen zeggen we dat een spanningsniveau van 5V een 1 is en een niveau van 0V een 0. Bij zogenaamde TTL (Transisitor Transisitor Logica) technologie hebben ze de 0V-5V afspraak gemaakt. Bij de CMOS technologie hebben ze juist de afspraak dat een spanning van 3V een 1 is en een spanning van 0V een 0.

Twee begrippen die jou mischien ook wel het één en ander duidelijk maken zijn de termen "parallele data" en "serieële data". Een parallele databus (een bus is niet veel meer dan een "weg" voor data, bijvoorbeeld een aantal kopersporen op een printplaat) maakt vaak gebruik van 8 parallel aan elkaar lopende banen om de bitjes te transporteren. als je op elk gegeven moment zou kijken naar de 8 bitjes (oftewel de spanningsniveaus in dit geval) die op de 8 kopersporen staan, zou je op elk van de sporen één bit van de 8 bits van een bepaalde byte zien (op elk spoor een ander bit van die byte). Een parallele databus kan je dus zien als een 8-baans snelweg (in éém richting) voor data.

Seriele data is net wat anders. In plaats van de bitjes naast elkaar over de snelweg te laten rijden, worden ze nu op een smal boerenwegetje achter elkaar aangezet. Je zou dus eerst bitje nummer 1 van onze byte zien, vervolgens bitje 2 enzovoorts. In princiepe heeft parallel de voorkeur omdat je 8 bitjes tegelijkertijd kan transporteren. In de praktijk wordt echter vaak serieel toegepast omdat je dan met minder draden in een kabel toe kan (zoals bij USB en SATA) of om het draadloos te laten gaan (WiFi, Bluetooth) en geen 8 gelijktijdige verbindingen op hoeft te bouwen.

Is dit dan wat je wilt weten?

Het probleem is dat je fundementale princiepes niet snapt waar wij niet eens meer bij na hoeven te denken. Daardoor is het vrij lastig jouw ontbrekende puzzelstukjes in te vullen. Mischien is het handiger dat je ons uitlegd wat je wel denkt te snappen, dan hebben we tenminste een uitgangspunt.

[.oisyn]

drommels een superlang verhaal getikt, valt de stroom uit terwijl ik er nog even een schemaatje bij aan het tekenen ben ^%#^#$%@#$@^$@%@#$

[ Voor 5% gewijzigd door RobIII op 10-10-2007 09:38 ]

[MSalters]

Verwijderd schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 18:01:
stel je hebt een reek 0-en & 1-en, vervolgens wil ik van die 1 een zeg 5V spanningspuls "maken". Ik zie de 1 als een niet tastbaar/waarneembaar iets & de spanning daarentegen wel.Er wordt wel eens gezegd van appels kun je geen peren maken. Hoe tover je dan iets wat niet tastbaar is om in iets wat wel tastbaar is en waarmee fysieke componenten kunnen werken.

Misschien zoek je een DAC ?

[Verwijderd]

heey allereerst bedankt voor je moeite om je verhaal te tikken invisible man én de rest natuurlijk. Ook hiermee ben ik bekend wat je allemaal uitlegt. Je hebt gelijk dat je zegt dat we tegenwoordig de fundamentele principes niet meer hoeven te weten, dat is ook de reden dat zelfs me eigen docenten wel eens met de oren staan te klapperen als ik zoiets vraag.

Maar goed ik las hierboven dat software is op te vatten als een verzameling spanningen. Als je het over die boeg gooit valt bij mij het kwartje op mijn vraag. Het zal zeker wat uitgebreider in elkaar steken maar dat doet er niet toe ... zo'n antwoord zocht ik.

[ Voor 19% gewijzigd door Verwijderd op 09-10-2007 23:37 ]

[.oisyn]

Een bit in het geheugen is in principe iets dat een spanning vast houdt (zoals bv. een condensator). Een geheugenchip zelf heeft meestal iets als een lees-lijn, een schrijf-lijn, een adresbus en een databus. Als je bijvoorbeeld een byte wilt lezen, dan zet je een spanning op de lees-lijn, zet je het adres op de adresbus (dit zijn dan bv. 8 lijnen zodat je 256 verschillende posities aan kunt spreken), en dan komt het resultaat op de databus (8 datalijnen, een voor elke bit in de byte).

In principe zijn alle componenten van de CPU wel met elkaar verbonden via zo'n bus. Je moet hierbij denken aan een echte fysieke verbinding, zoals een koperspoor op een PCB. Doorgaans zijn de bussen in de CPU parallel. De dingen die verbonden zijn, zijn bijv. registers, reken-eenheden, etc. De instructie-decoder kun je eigenlijk gewoon zien als een verzameling comparators. De instructie om register 0 bij register 1 op te tellen is bijvoorbeeld geencodeerd als de binaire waarde 11010101. De specifieke comparator die de instructie-bits vergelijkt met waarde 11010101 zal nu een spanning gaan produceren. Deze spanning is weer verbonden met AND-poorten op de registers 0 en 1, en de opteller. Een AND poort kun je in principe gewoon zien als een luikje om spanning door te laten. De spanning die je door wilt laten zet je op de ene invoer, en de andere invoer is dan óf de spanning doorgelaten moet worden. Op die manier kun je dus controleren wie zijn data op de bus mag zetten. Omdat de datalijnen van register 0 via dit soort AND poorten met de databus zijn verbonden, kun je derhalve tegen register 0 "zeggen" dat hij z'n data op de bus mag zetten. Hetzelfde gebeurt voor register 1 (maar dan uiteraard op een andere bus), en beide invoer-bussen voor de opteller, en de uitvoer moet natuurlijk ook op een bus gezet worden, zodat deze in een register of in het geheugen opgeslagen kan worden.

En zo wordt er dus elke kloktik een aantal bits uit het geheugen gelezen voor de uit te voeren instructie, een bepaalde comparator in de decoder voor die specifieke instructie gaat een spanning geven die weer doorgegeven wordt aan andere componenten, en zo gaat het hele zaakje eigenlijk rollen

[ Voor 3% gewijzigd door .oisyn op 10-10-2007 00:21 ]

[Loy]

Wat ik uit de colleges heb begrepen, is dat je bijvoorbeeld C naar assembly compleert.
Assembly compileert dan weer naar microcode.
Microcode bestaat, dacht ik toch, uit een hexadecimale code voor bijvoorbeeld 'optellen', met daarbij de adressen, in hex, van de op te tellen registers.
Dit gaat dan naar de ALU, die de hexcode voor de opdracht

in C heb je dan a = a + c;
in ASM wordt dat iets als 'add a, c'
in microcode wordt dat weer iets als <hexcode voor optellen><hexcode voor adres van a><hexcode voor adres van c>
Onder voorbehoud

[Comp_Lex]

Je moet goed in de gaten houden dat er geen zwarte magie bij komt kijken. Je maakt de registers, ALU, microprogramma, control unit... enz gewoon zo dat het werkt als je ergens stroom op een lijntje zet dat er gewoon iets gebeurd, bijv. een klokpuls om iets in een register te lezen of iets in de pjiplijn te knallen vanuit registers met een instructie.

[RobIII]

Loy schreef op woensdag 10 oktober 2007 @ 08:15:
Wat ik uit de colleges heb begrepen, is dat je bijvoorbeeld C naar assembly compleert.
Assembly compileert dan weer naar microcode.
Microcode bestaat, dacht ik toch, uit een hexadecimale code voor bijvoorbeeld 'optellen', met daarbij de adressen, in hex, van de op te tellen registers.
Dit gaat dan naar de ALU, die de hexcode voor de opdracht

in C heb je dan a = a + c;
in ASM wordt dat iets als 'add a, c'
in microcode wordt dat weer iets als <hexcode voor optellen><hexcode voor adres van a><hexcode voor adres van c>
Onder voorbehoud

Daar klopt relatief weinig van
Kort door de bocht: C en dergelijke talen zijn "high level" talen; talen die voor ons (makkelijk) leesbaar zijn. 1 instructie kan naar 1 of meerdere CPU instructies vertaald worden. Bij assembly spreek je gewoon de processor z'n taal; dus worden instructies 1 op 1 omgezet naar de bytecode voor de CPU. Microcode is code die de processor gebruikt om 1 enkele instructie op te splitsen naar meerdere micro-instructies die hetzelfde effect hebben als de originele CPU instructie.
Veel talen 'compileren' naar bytecode (C bijvoorbeeld, maar ook Assembly), andere talen zoals Java 'compileren' naar een ander soort bytecode die kan worden uitgevoerd door een VM (Virtual Machine); zeg maar een virtuele processor. .Net compileert weer naar IL (Intermediate Language), maar dat is vergelijkbaar.

Hexcodes en dergelijken zijn puur notatiemethoden en hebben nul komma nul te maken met wat je processor doet. Het compileren waar je het over hebt is het omzetten van "human readable" (en of dat dan C, ASM of whatever is) naar "CPU readable"; dus het omzetten van 'tekst' naar bytecode (de 'enen en nullen' die de CPU begrijpt).

De ALU is niet veel meer als een 'uitvoerder'; microcodes of ASM worden ge"decodeerd" door een ander deel van je CPU; de instruction pipeline (specifieker, de instruction decoder, die onderdeel is van de instruction pipeline).

Volgende keer wakker blijven tijdens je college

voodooless schreef op woensdag 10 oktober 2007 @ 09:27:
wat het hard van de CPU compacter, goedkoper en efficiënter maakt.

Het hart ja.

[ Voor 20% gewijzigd door RobIII op 10-10-2007 09:38 ]

[voodooless]

Maak even verschil tussen machinecode (dat is niet hex, maar gewoon bytes, de hex representatie is er alleen voor ons om het "makkelijker" te lezen en microcode! Microcode is namelijk weer een laag onder de machinecode. De CPU vertaald namelijk de machiencode (bij de meeste desktops x86), naar hun eigen microcode. De reden hierachter is dat x86 een CISC(complex instruction set computer ) instructie set is. En de naam zegt het al, deze is op uitvoeringsniveau gezien complex en daarom inefficiënt. Microcode is een RISC(Reduced instruction set computer) representatie (al noem je het gewoon microcode) van de CISC code. Een CISC instructie kan dus uit meerdere Microcode instructies bestaan, en de set van Microcode instructies is beduidend kleiner, wat het hard van de CPU compacter, goedkoper en efficiënter maakt.

Edit: zelfde als hierboven dus

[ Voor 5% gewijzigd door voodooless op 10-10-2007 09:30 ]

[riezebosch]

RobIII schreef op dinsdag 09 oktober 2007 @ 18:24:
[...]

Ik denk dat jij doelt op het OSI model

[...]

Sowieso niet het OSI model, dat heeft (puur?) betrekking op netwerken. Volgens mij bedoel je de Computer Architectuur. In het artikel wordt ook verwezen naar Tananbaum, maar heb zo even niet helemaal helder of dit ook overeenkomt met wat in dat boek staat.

[RobIII]

riezebosch schreef op woensdag 10 oktober 2007 @ 09:41:
[...]

Sowieso niet het OSI model, dat heeft (puur?) betrekking op netwerken.

Dat weet ik; ik dacht dat hij er op doelde (en dus dingen verwarde) Ook omdat de 7 lagen waar hij het over had niet in de 'computer architectuur' zitten.

[ Voor 23% gewijzigd door RobIII op 10-10-2007 09:49 ]

[Loy]

Tot zover mijn kennis overgehouden aan de colleges 'inleiding computersystemen'

[ Voor 5% gewijzigd door Loy op 10-10-2007 10:19 ]