18. Микропроцессор и память компьютера. Система прерываний, регистры и модель доступа к памяти. Защищенный режим работы процессора как средство реализации многозадачности.

Микропроцессор предназначен для непосредственного выполнения программ и для управления работой всех устройств компьютера.

Основные функции: -выборка команд из ОЗУ, -декодирование команд, -выполнение операций, закодированных в командах, -обработка внутрипроцессорных и программных прерываний.

Общее устройство микропроцессора. Микропроцессор состоит из: операционного устрой­ства (ОУ) и шинного интерфейса (ШИ). Роль ОУ заклю­чается в выполнении команд, в то время как ШИ подго­тавливает команды и данные для выполнения. Операционное устройство содержит арифметико-ло­гическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ) и 10 регистров. Эти устройства обеспечивают выполне­ние команд, арифметические вычисления и логические операции.

Три элемента шинного интерфейса - блок управле­ния шиной, очередь команд и сегментные регистры - осу­ществляет три важные функции. Во-первых, ШИ управ­ляет передачей данных на операционное устройство (ОУ), в память и на внешнее устройство ввода-вывода. Во-вторых, четыре сегментных регистра управляют ад­ресацией памяти объемом до 1 Мбайт. Третья функция ШИ - это выборка команд. Все прогр-ые команды находятся в памяти, и ШИ дол­жен иметь доступ к ним для выборки их в очередь ко­манд. Так как очередь имеет размер 4 байт или более, в зависимости от процессора ШИ должен "заглядывать вперед" и выбирать команды так, чтобы всегда суще­ствовала непустая очередь команд, готовых для выпол­нения. Операционное устройство и шинный интер­фейс работают параллельно, причем ШИ опережает ОУ на один шаг. Операционное устройство сообщает шин­ному интерфейсу о необходимости доступа к данным в памяти или на устройство ввода-вывода. Кроме того, ОУ запрашивает машинные команды из очереди ко­манд. Пока ОУ занято выполнением первой в очереди команды, ШИ выбирает следующую команду из памяти. Эта выборка происходит во время выполнения, что по­вышает скорость обработки.

Регистры: счетчик адреса команд (сохранение адреса очередной команды программы и автоматическое вычисление адреса следующей), указатель стека (хранится адрес начала участка памяти стека), регистр состояния процессора (хранятся сведения о текущих режимах работы процессора).

Стек – это неявный способ адресации, при котором информация записывается и считывается последовательным образом с использованием указателя стека.

Помимо этих МП имеет набор рабочих регистров, в которых хранятся текущие обрабатываемые данные и их адреса в ОЗУ.

Память – устр-во ЭВМ, предназначенное для хранения обрабатываемой инф-ии.

Виды памяти:

1. Оперативная память – Из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты. Она работает очень быстро, так что процессору не приходится ждать при чтении данных из памяти или записи в память. Часто используют обозначение RAM – память с произвольным доступом.

2. КЭШ-память – для ускорения доступа к ОЗУ на быстродействующих компах используется сверхбыстродействующая КЭШ-память, которая располагается как бы «между» микропроцессором и ОЗУ и хранит копии наиболее часто используемых участков оперативной памяти. При обращении МП к памяти сначала производится поиск нужных данных в КЭШ-памяти. Благодаря этому среднее время доступа к памяти уменьшается.

3. Постоянная память (BIOS) – В постоянную память данные занесены при ее изготовлении. Это данные не м.б. изменены, выполняемые на компе программы могут только их считывать. Такой вид памяти называется ROM или ПЗУ. В ROM хранятся программы для проверки оборудования компа, выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компа. Так как большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, часто содержимое ПЗУ называется BIOS (базовая сист-а ввода-вывода). В BIOS содержится программа настройки конфигурации компа (SETUP).

4. Полупостоянная память (CMOS) – предназначена для хранения параметров конфигурации компа.

Видеопамять – память, используемая для хранения изображения, видимого на экране монитора. Обычно входит в состав видеоконтроллера

Прерывания всегда нарушают естественный ход выполнения программы для осуществления неотложных действий. События, вызывающие прерывания можно разделить на фатальные (неотвратимо наступающие, процессор прекращает выполнение программы, анализирует событие и принимает соответствующие меры- сообщает пользователю и ждет реакции) и нефатальные (запоминает, что прерывание было и продолжает выполнение программы). Виды прерываний- внутрипроцессорные и прерывания от внешних устройств.

Для распознавания источника прерывания анализируются некоторые биты регистра состояния процессора, состояния внеш устройств и т.д. Для запоминания состояния прерванной программы чаще всего используется стек. Назначение программы обработки-понять и в удобной для пользователя форме вывести на экран сообщение о причине прерывания и дать рекомендации по возможной реакции на эту причину.

Сегментный способ адресации – (в процессорах Intel) адрес ОЗУ вычисляется как сумма двух чисел (сегмента и смещения), причем одно из них сдвинуто влево на 4 двоичных разряда, т.е. умножено на 16. Напр-р, сегмент в шестнадцатеричном виде равен А000, а смещение – 1000. Общепринятая запись такого адреса имеет вид А000:1000. Итоговый адрес равен А1000.