1. Chip Set - набор микросхем. Это одна или несколько микросхем, специально разработанных для "обвязки" микропроцессора. Они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, таймеры, систему управления памятью и шиной - все те компоненты, которые в целом и обеспечивают согласованную работу всех аппаратных средств ПК. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда - клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств, а так же подсистемы мониторинга физических параметров. Chip Set на материнской плате – это как правило пара самых крупных микросхем (не считая процессора и сопроцессора), а в современных материнских платах на данные микросхемы помещают радиаторы и другие системы теплоотвода. Основными производителями Chip Set являются:

   1. Intel

   2. UMC

   3. SyS

   4. NForce

   5. VIA

2. BIOS - Basic Input/Output System - базовая система ввода/вывода, зашитая в ПЗУ («постоянное запоминающее устройство» - отсюда и название ROM BIOS). Она представляет собой набор программ проверки и обслуживания аппаратуры компьютера, и выполняет роль посредника между DOS и аппаратурой. BIOS получает управление при включении и сбросе (reset) системной платы, тестирует саму плату и основные блоки компьютера (как правило – лишь наличие) - видеоадаптер, клавиатуру, контроллеры дисков и портов ввода/вывода, настраивает Chipset платы и запускает загрузку операционной системы. При работе под DOS/Windows BIOS управляет основными устройствами, при работе под OS/2, UNIX, Window 9x/NT/2000/XP BIOS практически не используется, выполняя лишь начальную проверку оборудования и настройку чипсета. Обычно на системной плате установлено только ПЗУ с системным (Main, System) BIOS, отвечающим за саму плату и контроллеры FDD, HDD, портов и клавиатуры; в системный BIOS практически всегда входит System Setup - программа настройки аппаратных составляющих компьютера. Обычно BIOS для современных системных плат разрабатывается одной из специализирующихся на этом фирм - Award Software, American Megatrends Inc. (AMI), реже - Phoenix Technology, Microid Research; в данное время наиболее популярен Award BIOS 6.00. Некоторые производители плат (например, IBM, Intel, Acer) сами разрабатывают BIOS'ы для своей продукции. Иногда для одной и той же платы имеются версии BIOS от разных производителей - в этом случае допускается копировать прошивки или заменять микросхемы ПЗУ; в общем же случае каждая версия BIOS привязана к конкретной модели платы. Раньше BIOS зашивался в однократно программируемые ПЗУ либо в ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием; сейчас в основном выпускаются платы с электрически перепрограммируемыми ПЗУ (Flash ROM), которые допускают «перешивку» BIOS средствами самой платы. Это позволяет исправлять заводские ошибки в BIOS, изменять заводские умолчания, программировать собственные экранные заставки и т.п. BIOS может быть выполнен в различных форм факторах в зависимости от его поколения и производителя. В современных материнских платах это небольшая квадратная микросхема с боковыми контактами в особом сокете. Микросхема BIOS может быть заменена только на полностью аналогичной материнской плате, другие замены не допустимы.

3. Аккумулятор, поддерживающий работу BIOS. Изначально выполнялся в форме впаянной в плату не съемной батарейки. В настоящее время – это съемный элемент питания круглой формы, срок действия которого сопоставим со сроком эксплуатации материнской платы, при этом при необходимости можно всегда произвести замену данного элемента

4. Сокет или слот для установки процессора (сопроцессора). В зависимости от типа устанавливаемого процессора использовались различные типы разъемов для установки процессоров и сопроцессоров.

   1. Для старых поколений ПК (286, 386, 486) использовались сокеты для установки процессоров с боковыми контактами и с игольчатыми контактами. В зависимости от типа процессора этих контактов было разное количество и различалось их расположение по площади процессора. Такие сокеты не были рассчитаны на закрепление на них системы вентиляции, а процессор не удерживался дополнительными устройствами.

   2. Для поколений ПК (Pentium, Pentium 2, Pentium 3 и аналогов AMD) использовались сокеты одинаковой конструкции с количеством отверстий равных количеству игольчатых контактов процессора Снятий/установка процессора сопровождалась поднятием/опусканием специальной запорной планки и на сам сокет крепилась система охлаждения процессора (вентилятор с радиатором).

   3. Для некоторых материнских плат поколений ПК (Pentium 2, Pentium 3 и аналогов AMD) использовались щелевые сокеты для установки процессора. При этом сам процессор был жестко впаян в специальную плату (картридж), которая устанавливалась в слот. Система охлаждения процессора закреплялась на картридже, а для более жесткого крепления картриджа в слоте на материнской палате располагались специальные направляющие с заглушками.

   4. Для поколений ПК (Pentium IV, и аналогов AMD) использовались сокеты одинаковой конструкции с количеством отверстий равных количеству игольчатых контактов процессора Снятий/установка процессора сопровождалась поднятием/опусканием специальной запорной планки, а система охлаждения процессора (вентилятор с радиатором) крепилась на специальной рамке устанавливаемой на материнской плате.

   5. Для поколений ПК (Pentium D, CoreDuo, Core2Duo и аналогов AMD) использовались сокеты одинаковой конструкции с контактными иголками равных количеству контактных площадок процессора Снятий/установка процессора сопровождалась поднятием/опусканием специальной запорной планки, а система охлаждения процессора (вентилятор с радиатором) крепилась на специальной рамке устанавливаемой на материнской плате.

5. Слоты для установки оперативной памяти. Модули памяти могут быть выполнены в виде SIPP (Single In-line Pin Package), SIMM (Single In-line Memory Module), DIMM (Dual In-line Memory Module) или SO DIMM (Small Outline DIMM). Наиболее употребительны сегодня модули DIMM. SO DIMM чаще используется в ноутбуках. Выводы (контакты) модулей памяти могут быть позолочены или с оловянным покрытием в зависимости от материала, из которого выполнен слот для памяти. В зависимости от типа материнской платы и поколения Chip Seta устанавливались различные слоты для памяти, при этом разнилось их количество. В некоторых переходных моделях Chip Setов могли быть одновременно находится слоты для различных типов оперативной памяти. Чаще всего на таких платах можно было использовать только один из двух типов оперативной памяти. Количество планок и их суммарный объем зависит от разрядности процессора и типа Chip Seta. Для установки модулей SIPP использовались игольчатые разъемы, для модулей SIMM разъемы с наклонной установкой и боковыми металлическими фиксаторами – для снятия их надо было снимать все планки от края, а устанавливать в обратном направлении. Для модулей DIMM, DDR, RIMM, DDR2– для снятия и установки используются пластмассовые защелки на концах слота.

6. Слоты для установки плат расширений в соответствии с поддерживаемыми материнской платой шинами:

   1. Слоты ISA (Industry Standard Architecture - архитектура промышленного стандарта) - основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название - AT-Bus). Является расширением XT-Bus, разрядность - 16/24 (16 Мб), тактовая частота - 8 МГц, предельная пропускная способность - 5.55 Мб/с. Конструктив - 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения. Данные слоты черного цвета слот ISA8 сплошной черный, слот ISA16 состоит из 2^х частей – 1^я аналогична ISA8, вторая часть более кроткая черная располагается сразу за 1^й

   2. Слот PCI (Peripheral Component Interconnect - соединение внешних компонент) – шина периферийных устройств. Не совместима ни с какими другими, разрядность - 32/32 (расширенный вариант - 64/64), тактовая частота - до 33 МГц (PCI 2.1 - до 66 МГц), пропускная способность - до 132 Мб/с (264 Мб/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мб/с для 64/64 на 66 МГц), поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. Самая популярная шина в настоящее время, используется также на других, «не ПиСи», платформах. 64-разрядный разъем имеет дополнительную 64-контактную секцию с собственным ключом. Слот белого цвета.

   3. Слот VESA. Использовался редко, конструктивно представлял собой слот, аналогичный ISA16, позади которого установлен слот похожий на PCI серого или коричневого цвета

   4. Слот AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) - интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. Интерфейс выполнен в виде отдельного разъема коричневого цвета, в который устанавливается AGP-видеоадаптер. Для закрепления видеоадаптера на некоторых моделях использовался «ключ» позади слота.

   5. Слот PCI – E (express). Используется в современны ПК как скоростная замена устаревшим интерфейсам, Имеются разновидности 1x и 8x для подключения карт расширений и видеокарт соответственно. На некоторых материнских картах имеется сразу 2 слота PSI – E для организации режима SLI.

   6. Слоты CNR, CNF являются, по сути интегрированными устройствами (модемы, сетевые адаптеры и т.д.) – цифровая часть которых расположена на материнской плате, а аналоговая в карте расширения. Не получили широкого применения. Выполнены в виде небольших щелевых разъемов серых или коричневых цветов.

7. Игольчатые контакты для подключения элементов передней панели системного блока (кнопки управления, индикаторы)

8. Игольчатые контакты для подключения внешних разъемов на передней панели задней части системного блока (USB, IEEE1394, COM, LPT, AudioIn/Out).

9. Джампера. Для конфигурирования материнской платы (иногда для этих целей устанавливается SIPP переключатель).

10. Джампер для сброса bios

11. Игольчатые контакты для подключения системного динамика (иногда он интегрирован в материнскую плату)

12. Разъемы для подключения аудио кабеля от оптического накопителя к интегрированной звуковой карте (в настоящее время используются редко).

13. Светодиод - работает во включенном состоянии и режиме StandBy – сигнализирует нормальную работу материнской платы (чаще всего зеленого цвета).

14. Интегрированный цифровой индикатор кодов ошибок.

15. Разъемы для подключение шлейфов (IDE, FDD, SATA)

16. Разъемы для подключения питания (основной и для ядер процессора), в переходных моделях были разъемы 2^х типов

17. Разъемы задней панели:

    1. Com порт – черного а в последствии зеленого цвета (9/25 pin.)

    2. PS/2 фиолетовый – для подключения клавиатуры

    3. PS/2 зеленый – для подключения «мыши»

    4. Serial (Din) – черного цвета для подключения клавиатур старого типа

    5. VGA – синего цвета для подключение аналогового монитора

    6. DVI – белого цвета для подключения цифрового монитора

    7. LPT – розовый для подключения принтера

    8. MIDI – оранжевый для подключения джойстика и MIDI устройств

    9. USB – черный прямоугольный – для USB устройств

    10. IEEE1394 – черный 5ти угольный для подключения устройств FireWare

    11. SATA – красный прямоугольный для подключения внешних дисков SATA

    12. SPDIF - желтый для подключения аудиоустройств по цифровому коаксиальному/оптоволоконному интерфейсу (оптоволокно скрыто специальной черной заглушкой).

    13. Microphone – розовый – для подключения микрофона

    14. Audio In – голубой для подключения внешних устройств

    15. Audio Out – салатный – для подключения акустики или наушников

    16. Разъемы Audio 5.1 или 7.1 – для подключения акккустики

    17. Video Out – желтый – для подключения аналоговых видеоустройств

    18. S-Video – черный для подключения аналоговых видеоустройств стандарта S-Video

    19. LAN – для подключения компьютерной сети 10/100/1000мб./с.

    20. Lan Coacsial - для подключения компьютерной сети 10 мб./с по коаксиальному кабелю.

    21. Phone Line – для подключения к телефонной сети

    22. Разъем SCSI – если данный интерфейс интегрирован в материнскую плату.

    23. Антенна для Wi-Fi

    24. Датчик для ПДУ

18. Интегрированные устройства Wi-Fi

19. Интегрированные устройства Blue Tooth

?

Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат

На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера материнских плат – AT, ATX, LPX и NLX. Кроме того, есть уменьшенные варианты формата AT (Baby-AT), ATX (Mini-ATX, microATX) и NLX (microNLX). Более того, недавно выпущено расширение к спецификации microATX, добавляющее к этому списку новый форм-фактор – FlexATX и Mini-ITX. Все эти спецификации, определяющие форму и размеры материнских плат, а также расположение компонентов на них и особенности корпусов, и описаны ниже:

1. AT Форм-фактор АТ делится на две, отличающиеся по размеру модификации - AT и Baby AT. Размер полноразмерной AT платы достигает до 12" в ширину, а это значит, что такая плата вряд ли поместится в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы наверняка будет мешать отсек для дисководов и жестких дисков и блок питания. Кроме того, расположение компонентов платы на большом расстоянии друг от друга может вызывать некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому после материнских плат для процессора 386, такой размер уже не встречается. Таким образом единственные материнские платы, выполненные в форм-факторе AT, доступные в широкой продаже, это платы соответствующие форматы Baby AT. Размер платы Baby AT 8.5" в ширину и 13" в длину. В принципе, некоторые производители могут уменьшать длину платы для экономии материала или по каким-то другим причинам. Для крепления платы в корпусе в плате сделаны три ряда отверстий. Все AT платы имеют общие черты. Почти все имеют последовательные и параллельные порты, присоединяемые к материнской плате через соединительные планки. Они также имеют один разъем клавиатуры, впаянный на плату в задней части. Гнездо под процессор устанавливается на передней стороне платы. Слоты SIMM и DIMM находятся в различных местах, хотя почти всегда они расположены в верхней части материнской платы. Сегодня этот формат плавно сходит со сцены. Часть фирм еще выпускает некоторые свои модели в двух вариантах – Baby AT и ATX, но это происходит все реже и реже. Тем более, что все больше новых возможностей, предоставляемых операционными системами, реализуются только на ATX материнских платах. Не говоря уже просто об удобстве работы – так, чаще всего на Baby AT платах все коннекторы собраны в одном месте, в результате чего либо кабели от коммуникационных портов тянутся практически через всю материнскую плату к задней части корпуса, либо от портов IDE и FDD – к передней. Гнезда для модулей памяти, заезжающие чуть ли не под блок питания. При ограниченности свободы действий внутри весьма небольшого пространства MiniTower, это, мягко говоря, неудобно. Вдобавок, неудачно решен вопрос с охлаждением – воздух не поступает напрямую к самой нуждающейся в охлаждении части системы – процессору.

2. LPX Еще до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор LPX. Предназначался для использования в корпусах Slimline или Low-profile. Задача была решена путем довольно новаторского предложения - введения стойки. Вместо того, чтобы вставлять карты расширения непосредственно в материнскую плату, в этом варианте они помешаются в подключаемую к плате вертикальную стойку, параллельно материнской плате. Это позволило заметно уменьшить высоту корпуса, поскольку обычно именно высота карт расширения влияет на этот параметр. Расплатой за компактность стало максимальное количество подключаемых карт - 2-3 штуки. Еще одно нововведение, начавшее широко применяться именно на платах LPX - это интегрированный на материнскую плату видеочип. Размер корпуса для LPX оставляет 9х13'', для Mini LPX - 8x10''. После появления NLX, LPX начал вытесняться этим форм-фактором.

3. ATX Неудивительно, что форм-фактор ATX во всех его модификациях стал самым популярным. И никто не может сказать, что она необоснованна. Спецификация ATX, предложенная Intel еще в 1995 году, нацелена как раз на исправление всех тех недостатков, что выявились со временем у форм-фактора AT. А решение, по сути, было очень простым – повернуть Baby AT плату на 90 градусов, и внести соответствующие поправки в конструкцию. К тому моменту у Intel уже был опыт работы в этой области – форм-фактор LPX. В ATX как раз воплотились лучшие стороны и Baby AT и LPX: от Baby AT была взята расширяемость, а от LPX – высокая интеграция компонентов. Вот что получилось в результате:

   1. Интегрированные разъемы портов ввода-вывода.

   2. На всех современных платах коннекторы портов ввода-вывода присутствуют на плате, поэтому вполне естественным выглядит решение расположить на ней и их разъемы, что приводит к довольно значительному снижению количества соединительных проводов внутри корпуса.

   3. К тому же, заодно среди традиционных параллельного и последовательного портов, разъема для клавиатуры, нашлось место и для новичков – портов PS/2 и USB.

   4. Кроме всего, в результате несколько снизилась стоимость материнской платы, за счет уменьшения кабелей в комплекте.

   5. Значительно увеличившееся удобство доступа к модулям памяти. В результате всех изменений гнезда для модулей памяти переехали дальше от слотов для материнских плат, от процессора и блока питания. В результате наращивание памяти стало в любом случае минутным делом, тогда как на Baby AT материнских платах порой приходится браться за отвертку.

   6. Уменьшенное расстояние между платой и дисками. Разъемы контроллеров IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к ним устройствам. Это позволяет сократить длину используемых кабелей, тем самым повысив надежность системы.

   7. Разнесение процессора и слотов для плат расширения. Гнездо процессора перемещено с передней части платы на заднюю, рядом с блоком питания. Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы - процессор им не мешает. К тому же, решилась проблема с охлаждением - теперь воздух, засасываемый блоком питания, обдувает непосредственно процессор.

   8. Улучшено взаимодействие с блоком питания. Теперь используется один 20-контактный разъем, вместо двух, как на AT платах. Кроме того добавлена возможность управления материнской платой блоком питания – включение в нужное время или по наступлению определенного события, возможность включения с клавиатуры, отключение операционной системой, и т.д.

   9. Напряжение 3.3 В. Теперь напряжение питания 3.3 В, весьма широко используемое современными компонентами системы (взять хотя бы карты PCI) поступает из блока питания. В AT-платах для его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В ATX-платах необходимость в нем отпадает.

   10. Конкретный размер материнских плат описан в спецификации во многом исходя из удобства разработчиков – из стандартной пластины (24 х 18’’) получается либо две платы ATX (12 x 9.6’’), либо четыре – Mini-ATX (11.2 х 8.2’’). Кстати, учитывалась и совместимость со старыми корпусами - максимальная ширина ATX платы, 12’’, практически идентична длине плат AT, чтобы была возможность без особых усилий использовать ATX плату в AT корпусе. Однако сегодня это больше относится к области чистой теории – AT корпус еще надо умудриться найти. Также, по мере возможности крепежные отверстия в плате ATX полностью соответствуют форматам AT и Baby AT.

4. microATX Форм-фактор ATX разрабатывался еще в пору расцвета Socket7 систем, и многое в нем сегодня несколько не соответствует времени. Например, типичная комбинация слотов, из расчета на которую составлялась спецификация, выглядела как 3 ISA/3 PCI/1 смежный. Несколько неактуально не сегодняшний день, не так ли? ISA, отсутствие AGP, AMR, и т.д. Опять же, в любом случае, 7 слотов не используются в 99 процентах случаев, особенно сегодня, с такими чипсетами как MVP4, SiS 620, i810, и прочими готовящимися к выпуску подобными продуктами. В общем, для дешевых PC ATX – пустая трата ресурсов. Исходя из подобных соображений в декабре 1997 года и была представлена спецификация формата microATX, модификация ATX платы, рассчитанная на 4 слота для плат расширения. По сути, изменения, по сравнению с ATX, оказались минимальными. До 9.6 x 9.6’’ уменьшился размер платы, так что она стала полностью квадратной, уменьшился размер блока питания. Блок разъемов ввода/вывода остался неизменным, так что microATX плата может быть с минимальными доработками использована в ATX 2.01 корпусе.

5. NLX Со временем спецификация LPX, подобно Baby AT, перестала удовлетворять требованиям времени. Выходили новые процессоры, появлялись новые технологии. И она уже не была в состоянии обеспечивать приемлемые пространственные и тепловые условия для новых низкопрофильных систем. В результате, подобно тому, как на смену Baby AT пришел ATX, так же в 1997 году, как развитие идеи LPX, учитывающее появление новых технологий, появилась спецификация форм-фактора NLX. Формата, нацеленного на применение в низкопрофильных корпусах. При ее создании брались во внимание как технические факторы (например, появление AGP и модулей DIMM, интеграция аудио/видео компонентов на материнской плате), так и необходимость обеспечить большее удобство в обслуживании. Так, для сборки/разборки многих систем на базе этого форм-фактора отвертка не требуется вообще. Основные черты материнской платы NLX, это:

   1. Стойка для карт расширения, находящаяся на правом краю платы. Причем материнская плата свободно отсоединяется от стойки и выдвигается из корпуса, например, для замены процессора или памяти.

   2. Процессор, расположенный в левом переднем углу платы, прямо напротив вентилятора.

   3. Вообще, группировка высоких компонентов, вроде процессора и памяти, в левом конце платы, чтобы позволить размещение на стойке полноразмерных карт расширения.

   4. Нахождение на заднем конце платы блоков разъемов ввода/вывода одинарной (в области плат расширения) и двойной высоты, для размещения максимального количества коннекторов.

6. WTX В этой спецификации разработчики попытались отойти от привычной модели, когда материнская плата крепится к корпусу посредством расположенных в определенных местах крепежных отверстий. Здесь она крепится к BAP, причем способ крепления оставлен на совести производителя платы, а стандартный BAP крепится к корпусу. Помимо обычных вещей, вроде размеров платы (14х16.75''), характеристик блока питания (до 850 Вт), и т.д., спецификация WTX описывает архитектуру Flex Slot - в каком-то смысле, AMR для рабочих станций. Flex Slot предназначен для улучшения удобства обслуживания, придания дополнительной гибкости разработчикам, сокращению выхода материнской платы на рынок. На подобных картах могут размещаться любые PCI, SCSI или IEEE-1394 контроллеры, звук, сетевой интерфейс, параллельные и последовательные порты, USB, средства для контроля за состоянием системы.

7. FlexATX И наконец, подобно тому, как из идей, заложенных в Baby AT и LPX появился ATX, так же развитием спецификаций microATX и NPX стало появление форм-фактора FlexATX. Это даже не отдельная спецификация, а всего лишь дополнение к спецификации microATX. Глядя на успех iMac, в котором, по сути, ничего нового кроме внешнего вида и не было, производители PC решили также пойти по этому пути. Теоретически, с некоторыми доработками, FlexATX плата может быть использована в корпусах, соответствующих спецификациям ATX 2.03 или microATX 1.0. Но для сегодняшних корпусов плат хватает и без этого, речь шла как раз о вычурных пластиковых конструкциях, где и нужна такая компактность. Intel продемонстрировал несколько возможных вариантов подобных корпусов. Фантазия дизайнеров разгулялась на славу – вазы, пирамиды, деревья, спирали, каких только не было предложено. Несколько оборотов из спецификации, чтобы углубить впечатление: «эстетическое значение», «большее удовлетворение от владения системой». Неплохо для описания форм-фактора материнской платы PC? Flex – на то он и flex. Спецификация чрезвычайна гибка, и оставляет на усмотрение производителя множество вещей, которые прежде строго описывались. Так, производитель сам будет определять размер и размещение блока питания, конструкцию карты ввода/вывода, переход на новые процессорные технологии методы достижения низкопрофильного дизайна. Практически, более-менее четко определены только габариты – 9 х 7.5''. Кстати, по поводу новых процессорных технологий – Intel на IDF демонстрировал систему на FlexATX плате с Pentium III, который вплоть до осени пока заявлен только как Slot-1, а на фото – смотрите сами, да и в спецификации подчеркивается, что FlexATX платы только для Socket процессоров .

Задание:

1. Произвести анализ предложенных системных плат.

2. Описать все составные элементы данных системных плат и их возможные характеристиками.

3. Описать назначение разъемов задних панелей выданных системных плат.

Самостоятельно ответьте на вопросы

1. Почему не все рассмотренные элементы встречаются на представленных материнских платах?

2. Можно ли определить максимально возможное число дисковых накопителей, которое можно подключить к данной системной плате?

3. Как определить форм – фактор материнской платы?

4. Как по сокету определить тип процессора?

Как определить тип используемой на материнской плате оперативной памяти?

Лабораторная работа № «Структура программы на языке Ассемблер. Знакомство с программой-отладчиком»

Цель работы: получить начальные знания об отладчиках, изучить порядок отладки, ознакомиться с принципами работы отладчика Turbo Debugger.

Для выполнения работы студент должен: знать порядок представления чисел в ЭВМ и уметь выполнять их перевод из одной системы счисления в другую, уметь работать с файловыми утилитами типа Far или Norton Commander, знать и уметь использовать основные команды DOS.

1.1 Теоретические сведения

1.1.1 Электронное представление чисел

Во всех современных вычислительных системах числа представляются следующим образом. Любой узел вычислительной системы должен передавать на последующие узлы числа в электронном виде. Для этого такой узел имеет группу выходов (число выходов обычно соответствует разрядности системы). Эти выходы принято обозначать так: D0 … D7 (при восьми выходах). Эти выходы подключаются к соответствующим входам последующего узла. Для передачи числа используется вся группа выходов одновременно. Передаваемое число представляется в двоичной системе исчисления. Каждый из выходов передает один разряд двоичного числа и может находиться в одном из двух состояний: состояние логического нуля – когда напряжение на выходе отсутствует, и состояние логической единицы – когда на выходе присутствует напряжение (обычно равное напряжению питания). Причем схема сделана так, чтобы исключить появление на выходе промежуточных напряжений. Такая группа выходов называется цифровой шиной данных.

Каждый разряд шины имеет свой «вес». Обычно D0 обозначают разряд, который имеет самый маленький «вес» - вес, равный единице. Это значит, что когда в этом разряде установлена логическая единица, а во всех остальных разрядах логический ноль, то все число равно единице. Разряд D1 имеет «вес» равный двум (10₂), вес D2 – четыре единицы (100₂) и т.д. Для того, что бы узнать, какое число установлено на шине данных, нужно сложить веса всех разрядов, которые в данный момент установлены в 1. Когда во всех разрядах шины данных устанавливаются логические единицы, общий вес числа равен 255 (для восьмиразрядной системы). Таким образом, по восьмиразрядной шине данных можно передавать числа от 0 до 255 (то есть 256 разных значений).

Для обработки цифровых сигналов существует множество схем, которые позволяют хранить цифровую информацию и осуществлять ее преобразование. Например, сложение, инвертирование, поразрядный сдвиг и другие.

1.1.2 Отладка. Назначение программ-отладчиков

Отладка (debugging) — один из важнейших этапов разработки программного обеспечения (английский термин bug означает «ошибка в программе»). В процессе отладки путем детального анализа в компьютерных программах выявляются и устраняются возможные логические ошибки, которые не обнаруживаются на стадии компиляции.

Отладчики (debugger) — это вспомогательные программы (утилиты), включаемые в набор инструментальных средств программиста для выполнения отладки других программ. Отладчики предоставляют программисту возможность выполнять программу по шагам, следить за изменениями данных и проверять выполнение условий. В зависимости от уровня языка, которым оперирует отладчик, можно выделить два их типа.

Отладчики исходного кода дают программисту возможность видеть текст программы на языке высокого уровня (например, Си), проверять значения отдельных переменных и агрегатов данных (таких, как массивы или структуры), используя их имена.

Отладчики машинного уровня отслеживают реально выполняемые машинные команды, отображаемые в виде команд ассемблера. Они позволяют также просматривать содержимое ячеек памяти и регистров микропроцессора.

Отладчики, интегрированные в среду разработки пакетов программ, например, Borland C++, Borland Pascal, относится к первому типу.

Используемый на лабораторных занятиях по дисциплине «Архитектура ЭВМ» Turbo Debugger относится к отладчикам второго типа.

1.1.3 Отладчик Turbo Debugger. Возможности и назначение

Турбо отладчик Turbo Debugger представляет собой набор инструментальных средств, позволяющий отлаживать программы на уровне исходного текста и предназначенный для программистов, использующих семейство компиляторов Borland. В пакет отладчика входят набор выполняемых файлов, утилит, справочных текстовых файлов и примеров программ.

Turbo Debugger позволяет вам отлаживать программы для Microsoft Windows и DOS. Он предоставляет полный набор средств отладки:

• вычисление любых выражений языка Си, C++, Pascal и Assembler;

• доступ на нижнем уровне к регистрам процессора и системной памяти;

• полные средства проверки данных;

• возможности задания точек останова и регистрации;

• трассировка сообщений Windows, включая точки останова по сообщениям;

• обратное выполнение;

• макрокоманды в виде последовательности нажатий клавиш, ускоряющие выполнение команд;

• копирование и вставка между окнами и диалогами;

• возможность отладки больших программ;

• диалоговые окна, позволяющие вам настроить параметры отладчика;

• обработка исключительных ситуаций операционной системы, а также С и С++.

Для работы Turbo Debugger требуются те же аппаратные средства, что и для компилятора языка Borland. Кроме того, Turbo Debugger поддерживает графические адаптеры CGA, EGA, VGA, Hercules (монохромный графический режим), Super VGA, TIGA и 8414 и др..

1.1.4 Порядок работы с Turbo Debugger

Запуск программы осуществляется файлом td.exe. После запуска этого файла вы увидите такое окно, как показано на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Окно отладчика Turbo Debugger

Программа представляет собой Dos-приложение, поэтому работать с ней следует через командную строку или файловые утилиты типа Far-manager. Если работа осуществляется в операционных системах новее XP, следует использовать DOSBox версии 0.73 или выше. Рекомендуется создать рабочую директорию и скопировать в нее исполняемые файлы tasm.exe (тасмовщик – преобразует файлы ассемблера *.asm в объектные модули), link.exe (линковщик – преобразует объектные модули в исполняемые файлы), td.exe (отладчик). Каждый из перечисленных модулей получает в качестве параметра при загрузке имя обрабатываемого файла (расширение при этом можно не указывать). Файл должен находиться в той же директории, что и программные модули.

В отладчике Turbo Debugger открытие файла для отладки может происходить через меню. При этом может появиться сообщение «Program has no symbol table». Оно означает, что в исполняемом файле нет специальных данных для отладки. Но эти данные будут не нужны, т.к. на лабораторных работах будут создаваться простые и понятные программы.

Turbo Debugger отображает окно процессора, в котором можно увидеть, как выполняется программа.

Рабочее окно состоит из следующих четырёх окон:

• окно команд – CPU;

• окно регистров и флагов – Registers;

• окно данных - Dump;

• окно стека.

В свою очередь окно Registers поделено на две части. В левой его части указано содержимое всех регистров микропроцессора (ax,bx,cx,dx…), а в правой части показаны биты регистра флагов.

Программа размещается в памяти, начиная с адреса 0100h в сегменте кода. Обратите внимание, что отладчик показывает адреса и значения в шестнадцатеричном виде.

Стек — это специальная структура данных, с которой работают некоторые команды процессора.

Адрес текущей машинной команды определяется регистрами CS и IP, эта команда показана выделенной строкой и стрелкой.

Чтобы выполнить первую команду следует нажать F8. Теперь стрелка указывает на вторую команду. Изменившиеся регистры выделены белым цветом.

1.1.5 Команды работы с Turbo Debugger

Работа в Turbo Debugger осуществляется через элементы меню или горячие клавиши. Основные команды для работы представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Основные команды Turbo Debugger

Команды	Горячие клавиши	Описание
Переключение между окнами	Tab Shift+Tab	По часовой стрелке Против часовой стрелки
Размер окна	F5	Увеличение/уменьшение размеров окна
Закрыть окно	Alt+F3
Загрузка программы	-	Меню File/Open…
Запуск программы	F9	Программа выполняется до конца или до точки останова
Установка точки останова	Alt+F2	Установить маркер на требуемую команду, а затем Alt+F2. Команда выделяется красным цветом.
Снятие точки останова	F2	Установить маркер на требуемую команду, а затем F2. Снимается выделение красным цветом.
Пошаговое выполнение	F7
Запуск после точки останова	F9
Выбор исполняемой команды	Ctrl+N	Позволяет сделать очередной любую команду