Устройство управления вычислительной машины фон Неймана
(
Счетчик команд. Перед началом вычислений в счетчик команд заносится адрес основной ячейки памяти, в которой хранится команда, выполняемая первой. В процессе вычислений содержимое СК изменяется на единицу (инкриминируется) с каждым тактом, что определяет выполнение команд, расположенных в памяти в естественной последовательности (каждая команда занимает одну ячейку памяти). Для изменений естественной последовательности выполняется безусловный переход go to или условный – if. В счетчик команд заносятся адреса точек перехода.
Регистр команд. Помещается команда, извлекаемая из памяти. процесс извлечения из памяти – выборка. В РК передается полная команда, состоящая из кода операции (КОп) и адресной части (АЧ). Если команда находится в РК, она видима для исполняемой части.
Регистр адреса памяти. Предназначен для хранения адреса основной ячейки памяти во время проводимой вычислительной операции, при этом основной считается ты ячейка, с которой осуществляется взаимодействие. Основное значение – согласование временных характеристик устройств управления (быстрого) и памяти (медленного).
Дешифратор кода операций (ДКО). Преобразует код операций в форму. требуемую для работы МПА (микропрограммного автомата).
Микропрограммный автомат. Формирует последовательность управления, в соответствии с которым происходят все последующие действия.
Указатель стека. Регистр, где хранится адрес вершина стека. Указывает на ячейку памяти в которой находится вершина стека.
Стек – область основной памяти, предназначенная для временного хранения данных и команд.
)
Арифметико-логическое устройство, укрупненное представление тракта данных
(
АЛУ предназначенно для выполнения арифмитических и логических операций над данными. Эти данные помещаются в рагистры операндов (Рх и Ру), где хранятся до получения результатов. АЛУ производит операционный блок – комбинационная логическая схема, иначе говоря схема без внутренней памяти. ОПб выполняет ту операцию, которую задастся микрокомандой от МПА. Результат выполнения операции помещается в аккумулятор или регистр с расширенными функциями, а именно:
Хранения результатов вычисления
Промежуточное хранение данных
Осуществление операции ввода-вывода
Регистр признаков (РПР). В этом разделе хранятся машинные слова, характеризующие выполнение последней арифметической или логической команды.
)
Управление трактом данных, стек, машинный цикл с прерыванием
Машинный цикл с прерыванием:
Процедура прерывания:
Периферийные устройства, требующие внеочередного обслуживания, посылают специальный сигнал (запрос прерывания). В современных процессорах это физический сигнал.
По запросу прерывания приостанавливается выполнение текущей программы и запоминается содержимое всех регистров УУ и АЛУ в стек
В СК заносится начальный адрес программы обработки прерывания и далее следует пошаговое выполнение данной программы.
После завершения программы обработки прерывания из стека извлекается содержимое всех регистров, которое было заполнено на шаге 2), т е контент основной программы.
(
С
тек
– область памяти для временного хранения
данных или команд, которая организована
специальным образом
FFFE |
a0 |
FFFD |
a1 |
FFFC |
a2 |
-При считывание данных а2 указатель стека перемещается на а1 и т.д.
Стек играет роль при хранении локальных переменных подпрограмм, а также, при хранении контекста основной программы при обработке прерывания
Главной спецификой ввода/вывода является их невысокое быстродействие. Таким образом, если включить это устройство в цикл программы, то её выполнение будет растянуто. Поэтому во всех ЭВМ предусмотрены средства, позволяющие прерывать выполнение текущей (основной) программы для внеочередного обслуживания программы вв/выв, с последующим возвратом к основной программе. Такой машинный цикл называется – машинный цикл с прерыванием
-Прерывание - возможность обслуживания медленных периферийных устройств.
Пример: передача данных на принтер
Состоит из:
Вызова прерывания основной программы
Переход на выполнение программы обслуживания прерывания
Передача данных на принтер
Возврат к выполнению основной программы
В результате этого процессор не должен ждать ответа от принтера
Процедура прерывания
Устройство, требующее внеочередного обслуживания, посылает сигнал на устройство управления – запрос прерывания
По запросу прерывания процессор приостанавливает выполнение текущей программы и запоминает содержимое всех регистров устройства управления и АЛУ перенося это содержимое в стек
В стек переносится содержимое счетчика компьютера, регистра компьютера, адреса компьютера, адреса данных, и т.д.
СК
РК, РАП, РДП УУ
Рх, Ру, Акк, РПр АЛУ
Данное действие называется сохраненным контекстом программы (сохраняется текущий шаг программы)
После сохранения, в счетчик компьютера заносится начальный адрес программы обработки прерывания. И соответственно происходит в определенной последовательности выполнение данной программы
После завершения программы обработки прерывания процессор забирает из стека сохраненный контекст основной программы, заполняет соответствующие регистры, и основная программа выполняется далее.
)