Архитектура эвм
Функциональная схема компьютера, организованного на Intel-совместимом процессоре. Система прерываний.
Для выполнения процесса вычислений в состав ЭВМ входит ряд устройств, каждое из которых выполняет вполне определенные законченные функции, то есть является функционально-законченной частью технических средств ЭВМ. На рисунке представлена обобщенная схема типичной ЭВМ.
Основой ЭВМ является процессор, непосредственно осуществляющий обработку данных и управление этим процессом; в состав процессора входят:
устройство управления выборкой команд из памяти и их выполнением;
арифметико-логическое устройство, производящее операции над данными;
регистры, осуществляющие временное хранение данных и состояний процессора;
схемы для управления и связи с подсистемами памяти и ввода-вывода.
Оперативная память обеспечивает хранение данных и программ, обрабатываемых процессором.
Устройства ввода обеспечивают считывание информации с определенных носителей информации (клавиатур, датчиков состояний управляемых объектов и т.п.) и ее представление в форме электрических сигналов, воспринимаемых другими устройствами ЭВМ (процессором или основной памятью).
Устройства вывода представляют результаты обработки информации в форме, удобной для визуального восприятия (экран дисплея, печатающие устройства, графопостроители, и т.п.). При необходимости они обеспечивают запоминание результатов на носителях, с которых эти результаты могут быть снова введены в ЭВМ для дальнейшей обработки (например, флеш-карты), или передачу результатов на исполнительные органы управления, например, робота.
Внешняя память обеспечивает возможность накопления библиотек программ и данных. Внешнюю память ЭВМ образуют устройства, способные обеспечить размещение и длительное хранение большого объема информации с достаточно быстрым доступом к ней (магнитные диски, магнитные ленты, и т.п.).
Всю совокупность устройств ввода, вывода и внешней памяти называют внешними устройствами (ВУ).
Устройство управления предназначено для автоматического выполнения программ в ЭВМ. Оно вырабатывает управляющие сигналы, необходимые для выполнения всех операций, предусмотренных системой команд, а также координирует работу всех узлов и блоков ЭВМ. В целом устройство управления реализует следующие основные функции:
производит выборку очередной команды программы;
вырабатывает последовательность управляющих сигналов для выполнения операции, заданной в команде;
определяет адрес следующей команды программы, которую необходимо выбрать и выполнить на очередном шаге работы ЭВМ.
Система прерываний. Прерывание – это прекращение выполнения текущей команды или текущей последовательности команд для обработки некоторого события специальной программой - обработчиком прерывания, с последующим возвратом к выполнению прерванной программы. Событие может быть вызвано особой ситуацией, сложившейся при выполнении программы, или сигналом от внешнего устройства. Прерывание используется для быстрой реакции процессора на особые ситуации, возникающие при выполнении программы и взаимодействии с внешними устройствами.
Механизм прерывания обеспечивается соответствующими аппаратно-программными средствами компьютера.
Прерывания делятся на аппаратные и программные.
Аппаратные прерывания используются для организации взаимодействия с внешними устройствами. Запросы аппаратных прерываний поступают на специальные входы микропроцессора. Они бывают:
маскируемые, которые могут быть замаскированы программными средствами компьютера;
немаскируемые, запрос от которых таким образом замаскирован быть не может.
Программные прерывания вызываются следующими ситуациями:
особый случай, возникший при выполнении команды и препятствующий нормальному продолжению программы (переполнение, нарушение защиты памяти, отсутствие нужной страницы в оперативной памяти и т.п.);
наличие в программе специальной команды прерывания INT n, используемой обычно программистом при обращениях к специальным функциям операционной системы для ввода-вывода информации.
Каждому запросу прерывания в компьютере присваивается свой номер (тип прерывания), используемый для определения адреса обработчика прерывания.