Принцип работы эвм. Программная модель универсального микропроцессора. Сегментация памяти.
Структурная схема ЭВМ
УВВ- уст-во ввода, выполняет ф-цию загрузки кода программы.
ОЗУ-программа и данные подлежат обработке в закодированном виде и хранятся в ОЗУ, используют двоичное кодирование.
Программа- упорядоченная последовательность команд, надлежащих обработке, состоит из команд, имеющих свой адрес.
Команда содержит указания на элементарные действия, адреса операндов.
Операнды- данные участвующие в выполнении конкретных операций. Команды и данные различного типа(числовые, графические и др) имеют различные двоичные форматы=1 байту. Структурная единица инф-ции представляется в двоичном коде. Формат состоит из полей. Поле непрерывная последовательность бит, имеющая определенный смысл.
АЛУ- арифметико-логическое уст-во выполняет арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ явл-ся операционный автомат, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др. Оно каждый раз перестраивается на выполнение очередной операции. Рез-ты выполнения отдельных операций сохраняются для последующего использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память.
УУ- устройство управления, предназначен для автоматического выполнения программ. УУ выбирает из ОЗУ код команды в определенном порядке, предписанном программой, кроме того, УУ формирует сигнал управления необходимый для исполнения команды в АЛУ.
Увыв- уст-во вывода
ВЗУ- внешнее запоминающее уст-во, обеспечивает хранение инф-ции.
Совокупность микрокоманд соотв каждой команде наз микрооперацией.
Команды передачи управления- они модифицируют адрес команды(если адрес линейный, то адрес следующей команды=длине программы предыдущей+адрес этой команды, если разветвляется алгоритм, то в программу вкл программы передачи управления, кот модифицируют адрес команды).
Принцип работы ЭВМ
Компьютер работает по программе, записанной в ОЗУ. Программа - это последовательность команд. Каждая команда представляет собой в закодированном виде алгоритм выполнения одного определенного действия. Числа с которыми надо работать также хранятся в ОЗУ.
Команды поочередно, в порядке возрастания их адресов, вызываются в УУ для расшифровки. В зависимости от кода команды АЛУ или другое устройство настраивается на выполнение определенной операции (сложение, вычитание, печать, чтение диска, вывод на дисплей и т.п.).
Оперативная память IBM PC
Процессор может оперировать (выполнять команды) как с отдельными байтами, так и со словами (2 байта) памяти.
Слова в памяти размещаются так:
00000 │ Мл.байт │ Ст.байт │ 00001 Младший байт по четным адресам.
00002 │ Мл.байт │ Ст.байт │ 00003 Старший байт по нечетным адресам.
00004 │ Мл.байт │ Ст.байт │ 00005 Поэтому при индикации слов на байты надо менять местами.
FFFFE │ Мл.байт │ Ст.байт │ FFFFF
Например: 3412 означает число = 1234
Сегментация-это метод управления памятью.
Для совместимости все адреса команд состоят только из 4 цифр (0000...FFFF) и могут адресовать только 64к памяти. Такой участок памяти называется сегментом.
Полный адрес любой ячейки памяти состоит из двух частей:
- адрес начала сегмента (базовый адрес);
- адрес внутри сегмента (адрес смещения).
Базовый адрес, вообще говоря, должен состоять из пяти цифр в диапазоне 00000...FFFFF. Но чтобы не писать пятую цифру, ее всегда считают равной 0. Например, если записан адрес сегмента = 2534, то это означает, что на самом деле его адрес 25340.
В связи с этим, сегменты не могут начинаться где попало, а только с адресов с цифрой 0 в конце. Эти адреса называются адресами ПАРАГРАФА. Начало параграфа через каждые 16 адресов (16=10h). Базовый адрес хранится в специальном регистре, а адрес смещения записан в команде.
Полный адрес записывается так:
253А:7516
базовый│адрес
адрес│смещения
Физический адрес определяется так: 253АО = баз.адрес +7516 = смещение 2С8В6 = физ.адрес
Для хранения базовых адресов в процессоре предусмотрено четыре 16-и разрядных (по 2 байта) регистра с именами: DS,CS,SS,ES.
Классификация:
1.Аналоговые-инф-ция представляется в форме непрерывных сигналов, такие машины исп-ся в составе спец оборудования, для решения задач моделирования.
2.Цифровые-инф-ция в цифровом виде. Цифровая обработка – обр-ка, когда время обр не превышает 1 периода дискретизации вх сигнала (задержка между вх и вых сигналом).
Микропроц можно разделить на : Универсальные (наиб производительные в выполн команд как с фиксир, так и с плав точкой, не имеют специализ периф, обрабат данн большого размера, наиб дорогостоящ, прим в перс комп, раб станц, больших и супер эвм), Специальн процессоры (проц-ры цифр обработки сигналов, предназн для обраб сигналов в реальн масшт врем, разрядн неск ниже чем у универ, тактов частота тоже ниже, имеют архитектуру, ориентированную на реш задач цифр обр сигналов, проц-ры обработки потоков данн, прим в радиовещании, связи, аудио, видео сист, медицине, сист спец назначения, телекоммуникации), Мк проц-ры для построения массово-параллельных структур (проц-р имеет обще поле памяти и возник задача общего пользования памятью (доступа), задача микропроц обмена внутри большого процессора. Для таких вычислителей использ специальное программн обеспеч, обеспечивающ эффективное распараллеливание задачи с целью равномерной загрузки всех процессоров. Эфф-ть хар-ся коэффиц-м эффект-ти: N процессоров, производит-ть каждого M, производ-ть при полной нагрузке Пмакс= N*M, Кэф= Пр/Пмакс – показывает насколько реальная производительность отличется от максим. Процессоры использ для повышения надежности в т.н. задачах резервирования), Микроконтр-ры (предназн для использования во встроенных системах управл и обработки информации – микропроцессоры обработки событий в реальном масштабе времени – задержка вых сигнала – не более 1 периода дискретизации. Класс облад наибольшей номенклатурой, что обуслов-но узкой специальзацией, отличие мк-контроллеров в основном связано с составомперифер-х устройств. Микроконтр как правило обрабат-т данные разм в 1 (8 разр-е) и 2 байта (16 разр-е), большинство реализ только целочисленн арифметику, Такт частота относ-но невыс – порядка 10ков МГц. Примен в измерит и преобр технике, электро привод, робототехн, и др автоматич и автоматизир технич сист ), PIC – проц-ры (контролеры) – предназн для реализац относит-но несложн цифр устройств с целью замены устройств выпол-х на интегр сх малой и средн степени интеграции, могут использоваться для реализации интерфейса USB. Проц-р имеет упрощ сист команд: - все команды имеют одинаков длину и выполн за одинаковое число тактов.
Регистры
Процессор IBM PS содержит следующие регистры, которые могут быть использованы при составлении программы:
Сегментные регистры
DS хранит адрес сегмента данных
CS хранит адрес сегмента кодов
SS хранит адрес сегмента стеков
ES хранит адрес дополнительного сегмента
Регистры данных
AX AH AL используется как аккумулятор
BX BH BL используется как регистр второго операнда
CX CH CL используется как регистр-счетчик
DX DH DL используется как вспомогательный регистр
Индексные регистры
SI используется как индексный регистр источника
DI используется как индексный регистр приемника
BP используется как индексный регистр стека
Регистры указателей
IP указатель адреса команды
SP указатель стека
Регистор флагов
15p 0p признаки: 1 - есть признак 0 - нет признака
0p (CF) - признак переноса
2p (PF) - признак четности
4p (AF) - признак вспомогательного переноса из 3 в 4 разряд
6p (ZF) - признак нуля
7p (SF) - признак знака
8p (TF) - признак трассировки
9p (IF) - признак разрешения прерываний
10p(DF) - признак инкремента(0),декремента(1) индексного регистра
11p(OF) - признак переполнения
