Тема 2.3 Будова комп’ютеру. Виконання команд.

Різноманітність сучасних комп’ютерів дуже велика. Але їх структури основані на загальних логічних принципах, сформульованих ще Джоном фон Непманом. Отже, в будь-якому комп’ютері можна виділити наступні головні пристрої:

• пам’ять (запам’ятовуючий пристрій ЗП), що складається із пронумерованих комірок;

• процесор, що включає пристрій управління (ПУ) і арифметико-логічний пристрій (АЛП);

• пристрій введення;

• пристрій виведення.

Ці пристрої з’єднані каналами зв’язку, по яким передається інформація.

Функції пам’яті:

• прийом інформації від інших пристроїв;

• запам’ятовування інформації;

• видача інформації по запиту в інші пристрої машини.

Функції процесора:

• обробка даних по заданій програмі шляхом виконання арифметичних і логічних операцій;

• програмне управління роботою пристроїв комп’ютера.

Та частина процесора, яка виконує команди, називається арифметико-логічним пристроєм (АЛП), а інша його частина, що виконує функції управління пристроями, називається пристроєм управління (ПУ).

Зазвичай ці два пристрої виділяються лише умовно, бо конструктивно вони нероздільні.

В складі процесора є ряд спеціалізованих додаткових комірок пам’яті, що називаються регістрами. Регістр виконує функцію короткочасного зберігання числа чи команди. Над вмістом деяких регістрів спеціальні електронні схеми можуть виконувати певні маніпуляції.

Головним елементом регістра є електронна схема, що називається тригером, і може зберігати одну двійкову цифру (розряд).

Регістр являє собою сукупність тригерів, зв’язаних друг з другом певним чином спеціальною системою управління.

Існує декілька типів регістрів, що відрізняються видом операцій, що виконуються.

Ось деякі регістри:

• суматор – регістр АЛП, що приймає участь у виконанні кожної операції;

• лічильник команд – регістр ПУ, вміст якого відповідає адресі чергової команди, що виконується; слугує для автоматичної вибірки програми із послідовних комірок пам’яті;

• регістр команд – регістр ПУ для зберігання коду команди на період часу, необхідного для її виконання. Частина його розрядів використовується для зберігання коду операції, інші – для зберігання кодів адрес операндів.

Команда – це опис елементарної операції, яку має виконати комп’ютер.

В загальному випадку команда містить наступну інформацію:

• код операції, що виконується;

• вказівки по визначенню операндів (чи їх адрес);

• вказівки по розташуванню результату, що отримується.

В залежності від кількості операндів, команди бувають:

• одно адресні;

• двоадресні;

• трьох адресні;

• змінно адресні.

Команди зберігаються в комірках пам’яті в двійковому коді.

В сучасних комп’ютерах довжина команд змінна (від двох до чотирьох байтів), а способів вказування адрес змінних безліч.

В адресній частині команди може бути вказаний, наприклад:

• сам операнд (число або символ);

• адреса операнда (номер байта, починаючи з якого розташований операнд);

• адреса адреси операнда (номер байта, починаючи з якого розташована адреса операнда) тощо.

Наприклад, одноадресна команда add x (вміст комірки х скласти зі вмістом суматора, а результат залишити в суматорі);

двоадресна команда add x, y (додати вміст комірок х і у, а результат помістити в комірку у);

трьохадресна команда add x, y, z (вміст комірки х скласти зі вмістом у, суму помістити в комірку z).

Як правило, процес виконання розбивається на декілька етапів:

• із комірки пам’яті, адреса якої зберігається в лічильнику команд, обирається чергова команда; вміст лічильника команд при цьому збільшується на довжину команди;

• обрана команда передається в пристрій управління на регістр команд;

• пристрій управління розшифровує адресне поле команди;

• по сигналам ПУ операнди зчитуються із пам’яті і записуються в АЛП на спеціальні регістри операндів;

• ПУ розшифровує код операції і видає в АЛП сигнал виконати відповідну операцію над даними;

• результат операції або залишається в процесорі, або відправляється в пам’ять, якщо в команді була вказана адреса результата;

• всі попередні етапи повторюються до досягнення команди “стоп”.