- •Конспект лекций по дисциплине
- •Часть 1. Устройство и общая архитектура персонального компьютера Лекция 1. Основные понятия и определения дисциплины
- •1.1. Что такое персональный компьютер
- •1.2. Зачем необходим персональный компьютер радиоинженеру?
- •1.3. Персональные компьютеры, совместимые с ibm pc
- •1.4. Конструктивные особенности персональных компьютеров
- •Настольные компьютеры
- •Малогабаритные компьютеры
- •Промышленные и инструментальные компьютеры
- •Лекция 2. Общая структура персонального компьютера
- •2.1. Центральный процессор cpu
- •2.2. Элементы памяти
- •2.3. Периферийные устройства
- •2.4. Устройства ввода-вывода и коммуникаций
- •2.5. Адаптеры, контроллеры и иерархия подключений периферийных устройств
- •Лекция 3. Архитектура пэвм ibm pc и способы подключения внешних устройств
- •3.1. Функциональная схема пэвм ibm pc/xt Шинная организация персональных компьютеров
- •Организация системных шин pc/xt
- •3.2. Способы подключения внешнего устройства к компьютеру
- •Включение через последовательный порт
- •Включение через параллельный порт
- •Включение в системную шину
- •Подключение через современные интерфейсы
- •3.3. Программное обеспечение
- •Лекция 4. Архитектура системной платы современного
- •4.1. Шинно-мостовая архитектура
- •4.2. Хабовая архитектура
- •4.3. Архитектура HyperTransport
- •4.4. Чипсеты и системные платы
- •Лекция 5. Центральный процессор современных pc. Структура и режимы работы
- •5.1. Архитектура и микроархитектура процессоров
- •5.2. Режимы работы процессоров
- •5.3. Программная модель процессоров x86
- •Регистры общего назначения
- •Индексные регистры
- •Сегментные регистры
- •Регистры состояния и управления
- •Лекция 6. Структура программы на языке Ассемблера
- •6.1. Организация сегментов
- •6.2. Директивы управления сегментами и моделями памяти
- •6.3. Структура программ на ассемблере masm
- •Лекция 7. Основы программирования на языке Ассемблера
- •7.1. Структура команды языка Ассемблера
- •7.2. Операнды команд языка Ассемблера
- •7.3. Способы адресации памяти языка Ассемблера
- •7.4. Псевдокоманды языка Ассемблера
- •Псевдокоманды db, dw и dd
- •Псевдокоманда equ
- •Псевдокоманды resb, resw и resd
- •Псевдокоманда times
- •Лекция 8. Команды пересылки данных и логические команды языка Ассемблера
- •8.1. Команды пересылки данных
- •8.2. Логические команды языка Ассемблера
- •8.3. Массивы битов (разрядные матрицы)
- •Лекция 9. Команды целочисленной арифметики в языке Ассемблера
- •9.1. Арифметические команды сложения и вычитания
- •Инструкции сложения add и вычитания sub
- •Команды инкрементирования inc и декрементирования dec
- •9.2. Команды для работы с отрицательными числами
- •9.3. Арифметические команды умножения и деления
- •Команды mul и imul
- •Команды div и idiv
5.2. Режимы работы процессоров
32-битные процессоры могут работать в одном из следующих режимов:
Режим реальной адресации (real address mode), или просто реальный режим (real mode), полностью совместим с 8086. В этом режиме возможна адресация до 1 Мбайт физической памяти (на самом деле, как и у 80286, почти на 64 Кбайт больше).
Защищенный режим виртуальной адресации (protected virtual address mode), или просто защищенный режим (protected mode). В этом режиме у процессора включаются механизмы сегментации и страничной трансляции. Механизм сегментации позволяет поддерживать виртуальную память объемом до 64 Тбайт. На практике используется только страничная трансляция, благодаря которой каждой задаче предоставляется до 4 Гбайт виртуального адресного пространства. По умолчанию и адреса, и операнды имеют разрядность 32 бита. В защищенном режиме процессор может выполнять дополнительные инструкции, недоступные в реальном режиме; ряд инструкций, связанных с передачей управления, обработкой прерываний, и некоторые другие выполняются иначе, чем в реальном режиме.
Режим виртуального процессора 8086 (Virtual 8086 Mode, V86) является особым состоянием задачи защищенного режима, в котором процессор функционирует как 8086 (16-битные адрес и данные). На одном процессоре в таком режиме могут параллельно исполняться несколько задач с изолированными друг от друга ресурсами. При этом использование физического адресного пространства памяти управляется механизмами сегментации и трансляции страниц. Попытки выполнения недопустимых команд, выхода за рамки отведенного пространства памяти и разрешенной области ввода-вывода контролируются системой защиты. Более эффективен расширенный режим виртуального процессора 8086 (Enhanced Virtual 8086 Mode, EV86), в котором оптимизирована виртуализация прерываний.
«Нереальный» режим (unreal mode, он же big real mode) – это «неофициальный» режим, который поддерживают все 32-битные процессоры. Он позволяет адресоваться к 4-гигабайтному пространству памяти. В этом режиме инструкции исполняются так же, как и в реальном режиме, но с помощью дополнительных сегментных регистров FS и GS программы получают непосредственный доступ к данным во всей физической памяти.
В режиме системного управления (System Management Mode, SMM) процессор выходит в иное, изолированное от остальных режимов пространство памяти. Этот режим используется в служебных и отладочных целях. С его помощью, например, скрытно выполняются функции управления энергопотреблением, эмулируются обращения к несуществующим аппаратным средствам (эмуляция клавиатуры и мыши PS/2 для USB).
5.3. Программная модель процессоров x86
Cогласно концепции фон Неймана процессор должен состоять из следующих модулей: арифметико-логическое устройство (АЛУ), контроллер (блок управления) и регистры.
Контроллер управляет получением инструкций из памяти и их декодированием. Контроллер не обрабатывает инструкцию: после декодирования он просто передает ее по внутренней шине управления к другим модулям, которые выполняют необходимое действие.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические и логические действия над данными. Логическая часть АЛУ выполняет основные логические действия над данными, например, логическое сложение и умножение (ИЛИ, И), а также исключающее ИЛИ. Еще одна функция АЛУ, которую выполняет устройство циклического сдвига (barrel-shifter), заключается в сдвигах битов влево и вправо.
Для выполнения процессором инструкции необходимо намного меньше времени, чем для чтения этой инструкции из памяти. Чтобы сократить время ожидания памяти, процессор снабжен временным хранилищем инструкций и данных – регистрами. Размер регистра – несколько байтов, но зато доступ к регистрам осуществляется почти мгновенно.
Среди регистров обязательно должны присутствовать следующие группы:
– регистры общего назначения;
– регистры состояния;
– счетчики.
Регистры общего назначения содержат рабочие данные, полученные из памяти. Регистры состояния содержат текущее состояние процессора (или состояние АЛУ). Последняя группа – это счетчики. Согласно теории фон Неймана, должен быть хотя бы один регистр из этой группы – счетчик команд, содержащий адрес следующей инструкции.
Чтобы программировать на языке ассемблера, необходимо знать имена регистров и общий принцип работы команд.