Тема 3.3 Организация функционирования эвм с магистральной архитектурой

Студент должен:

знать:

- состав шин и функции выполняемые ими;

- последовательность передачи сигналов управления, адресов и данных

из МП и обратно;

- функции, выполняемые счетчиком и регистром команд;

- понятия командного и машинного циклов;

- виды машинных циклов.

Понятия системной и микропроцессорной шины. Организация выполнения

команды. Командные и машинные циклы.

Шина (bus) или магистраль – это совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно.

Системная шина обеспечивает сопряжение и связь всех устройств компьютера между собой и состоит из шины адреса ША, шины данных ШД, шины управления ШУ или шины инструкций ШИ.

В МП также имеется шина (магистраль), которая называется шиной МП и которая как и системная шина состоит из ША, ШД, ШУ.

Управляющая работой ЭВМ программа перед началом выполнения загружается в ОЗУ. Адрес первой выполняемой команды передается МП и записывается в счетчик команд. Счетчик команд предназначен для хранения кода команды, которую следует выполнить. Счетчик команд должен передать адрес первой команды в ОП (на структурной схеме стрелки с 1 по 4). Команда, находящаяся по этому адресу считывается в процессор (стрелки с 5 -9). В МП команда разделяется на кодовую и адресную части. Кодовая часть поступает в УУ (стрелка 10) и оттуда в счетчик команд (стрелка 11), и в АЛУ (стрелка 12). Счетчик команд переключается на адрес следующей выполняемой команды, а АЛУ подготавливается к выполнению операции.

ША 4 5 6 17 18 19 28 29 -

27

ШД 1 3 14 16 30

ШУ 2 7 8 15 20 21 24 25

26

2 7 8 15 20 21 26

999

Структурная схема, отражающая логическую последовательность организации

функционирования ЭВМ с магистральной архитектурой

Адресная часть команды направляется в ОП за операндами (стрелки с 13-17).

Операнды из памяти попадают в АЛУ (стрелки с 20-22), где выполняется заданная операция над операндами. Результат операции записывается в память (стрелки с 23-29).

Рассмотрим описанный выше процесс подробно, чтобы понять, как задействованы ША, ШД и ШУ системной шины при выполнении команды.

Начало работы МП заключается в том, что адрес первой команды, из Сч.ком выставляется на ША системной магистрали (стрелка 1). Одновременно на ШУ системной шины выдается инструкция «Выборка из ОП» (стрелка 2). Получив с ШУ инструкцию (стрелка 3), ОП считывает адрес с ША (стрелка 4), находит ячейку с этим адресом и ее содержимое выставляется на ШД (стрелка 5), а на ШУ выставляется сигнал о выполнении инструкции (стрелка 6). МП, получив по ШУ сигнал об окончании работы ОП (стрелка 7), вводит операнд с ШД во внутреннюю магистраль МП (стрелка 8) и через нее передает информацию в регистр команд.

Регистр – это устройство, которое строится на триггерах и предназначенное, для поразрядного хранения кодов. Регистр команд будет хранить код команды подлежащей выполнению. В регистре команд, команды разделяется на кодовую и адресную части. Код операции поступает в УУ (стрелка 10). После преобразования передается в АЛУ для подготовки к выполнению заданной операции (стрелка 12) и в Сч.к. для переключения счетчика на адрес следующей команды (стрелка 11). Адресная часть команды, содержащая адреса операндов, через шину МП (стрелка 13) выставляется на ША системной магистрали (стрелка 14) и сопровождается инструкцией «Выборка из ОП» (стрелки15,16). Выбранная из ОП информация, через ШД (стрелка 20) поступает на внутреннюю магистраль МП (стрелки 19-21), с которой выдается в АЛУ (стрелка 22). На этом заканчивается подготовка МП к выполнению операции и начинается ее выполнение в АЛУ.

Результат выполнения операции выставляется МП на ШД (стрелки 23,24), на ША выставляется адрес ячеек ОП, по которому этот результат необходимо записать (стрелка 25), а на шину инструкций выставляется инструкция «Записать в ОП» (стрелки 26,27). После записи в ОП результата операции, на ШУ выдается инструкция «Результат записан, команда выполнена» (стрелка 30). Процессор начинает выборку следующей команды.

В каждом цикле, получив команду в регистр команд и выделив код операции, процессор определяет, к какому устройству она относится. Если команда должна выполняться МП, то организуется ее выполнение по описанному циклу. Если же команда предназначена для выполнения в другом устройстве ЭВМ, процессор передает ее соответствующему устройству.

При естественном следовании команд, МП начав работу, выбирает из памяти и выполняет одну команду за другой, пока не дойдет до команды «Останов». Выборка и выполнение одной команды образует командный цикл. Командный цикл состоит из одного или нескольких машинных циклов. Машинный цикл – это каждое обращение, связанное с передачей байта в МП или него. В свою очередь машинный цикл делится на такты.

В МП организуются следующие типы машинных циклов:

- выборка команды;

• чтение из памяти;

• запись в память;

• чтение из внешнего устройства;

• запись во внешнее устройство;

• подтверждение прерывания;

• освобождение шин;

• останов.