ТСвИС / (х) архитектура устройства компьютера.ассемблер
.pdf
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Архитектура ЭВМ и систем
Введение. Предпосылки создания ЭВМ Информация и Информатика Эволюция ЭВМ
Логические основы построения вычислительной машины Электронные технологии и элементы, применяемые в ЭВМ Алгоритмы и языки программирования Состав машинных команд. Адресация регистров и ячеек памяти в ПК
Программное обеспечение компьютера
Центральный процессор Архитектура фон Неймана Структура ПК Материнская плата
Оперативная память
Оптический привод Жѐсткий диск Основы Ассемблера Видеокарта Монитор
Клавиатура
Мышь Принтер. Технологии печати Сканеры
Сравнение последовательных и параллельных шин Сети ЭВМ
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Основные компоненты архитектуры ЭВМ
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Микропроцессор
Микропроцессор – процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких
специализированных микросхем.
Классификация микропроцессоров
Принцип реализации
|
RISC процессоры |
|
|
|
|
CISC процессоры |
|
||||
|
(с сокращённым набором команд) |
|
|
|
(с полным набором команд) |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Внутренняя структура |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Гарвардская архитектура |
|
|
|
|
|
Архитектура Фон-Неймана |
|
|
||
|
(раздельное хранение и |
|
|
|
|
|
|
(совместного хранения |
|
|
|
|
обработка команд и данных) |
|
|
|
|
|
|
программ и данных ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Система команд |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Аккумуляторные микропроцессоры |
|
|
|
МП с регистрами общего назначения |
|
|||||
|
(результат большинства операций |
|
|
|
(представляющие собой часть регистров |
|
|||||
|
сохраняется в специальном регистре, |
|
|
|
процессора, использующихся без |
|
|||||
|
который называется «аккумулятор») |
|
|
|
ограничения в арифметических операциях) |
|
|||||
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Микропроцессор
Микропроцессор выполняет следующие функции:
-выборку команд программы из основной памяти
-дешифрацию команд
-выполнение арифметических, логических и других операций,
закодированных в командах
-управление пересылкой информации между регистрами и основной памятью, между устройствами ввода/вывода
-отработку сигналов от устройств ввода/вывода, в том числе реализацию прерываний с этих устройств
-управление и координацию работы основных узлов МП
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Центральный процессор
Центральный процессор (ЦПУ, CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и
логические операции, заданные программой, управляет
вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров (МП).
Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему
— тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.
Кристалл-пластинка обычно помещается в
пластмассовый или керамический плоский корпус и
соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.
Микропроцессор
Устройство |
|
И |
управления (УУ) |
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
Арифметико- |
|
е |
|
р |
|
логическое |
|
|
|
ф |
|
устройство (АЛУ) |
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
Микро- |
|
с |
|
н |
|
процессорная |
|
|
|
а |
|
память |
|
|
|
я |
|
(МПП) |
|
|
|
|
|
кэш |
|
с |
|
|
|
|
||
|
|
и |
Математический |
|
с |
|
т |
|
сопроцессор |
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
а |
|
|
|
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Центральный процессор
Устройство управления (УУ) – вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций во все блоки ЭВМ
От
генератора
тактовых
импульсов
Код
команды
Кодовая шина данных (КШД)
Кодовая шина инструкций (КШИ)
Код команды
|
|
|
|
От микропроцессорной |
|
|
ПЗУ микропрограмм |
|
|
||
|
|
|
|
памяти |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Код адреса |
|
Дешифратор операций |
|
|
Узел формирования адреса |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Кодовая шина |
|
|
|
|
|
|
|
Регистр команд |
||||
|
адреса (КША) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
КОП |
|
|
Адреса операндов |
|
|
|
|
|
|
|
Регистр команд – запоминающий регистр, хранит код команды: код выполняемой операции и адреса операндов
Дешифратор операции – логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множества имеющихся у него выходов
ПЗУ микропрограмм – хранит управляющие сигналы, необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки информации
Узел формирования адреса - устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам , поступающим из регистра команд и регистров МПП
КШД, КША и КШИ – часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Центральный процессор
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.
|
|
Регистр 1: 1-е число и результат |
|
|
|
Кодовая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
шина |
|
|
|
|
Схемы |
|
Регистр 2: 2-е число |
|
|||
данных |
|
|
|
управления |
|
(КШД) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сумматор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кодовая
шина
инструкций (КШИ)
Микропроцессорная память (кэш) – предназначена для кратковременного хранения информации, участвующей в вычислениях в ближайшие такты работы процессора. Имеет небольшой объѐм (до нескольких Мб), но очень высокое быстродействие (время доступа измеряется нс).
Интерфейсная часть микропроцессора – предназначена для связи и согласования МП с системной шиной ПК, а также для формирования полных адресов операндов и команд.
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Центральный процессор
Этапы цикла выполнения:
1.Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счѐтчика команд, на шину адреса, и отдаѐт памяти команду чтения
2.Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных, и сообщает о готовности
3.Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет еѐ
4.Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счѐтчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды
5.Снова выполняется п. 1
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Центральный процессор
«Десктопные» процессоры (старшие модели)
Процессоры Intel
4-битные (1971)
8-битные (1972)
16-битные x86 (1978)
32-битные x86 (1981)
Pentium I (1993)
Pentium Pro (1995)
Pentium II (1997)
Pentium III (1999)
Pentium IV (2000)
Pentium D (2005) [2]
Pentium M (2003)
Core (2006)
Solo 
Duo
Core 2 (2006)
Duo Quad
Intel Core i7 (2008) [до 6]
Intel Core i5 (2009) [2, 4]
Intel Core i3 (2010) [2]
Процессоры AMD
Am9080/ 8080 (1974)
Am2900 (1975)
16-битные x86 (1979)
Am29K (1987)
Am486 (1993)
K5(1996)
K6(1998)
K6-2(1998)
K6-III (1999)
K7 - Athlon (1999) [1, 2]
K8 - Athlon 64 (2003) [1, 2]
K8 - Turion 64 (2005) [1, 2]
K10 – Phenom (2007) [2, 3, 4, 6]
AMD Fusion
Архитектура ЭВМ и систем К.т.н., доц. каф. ИСТ Кислицын Д.И. – ННГАСУ, 2010г.
Центральный процессор
Мобильные процессоры Pentium M и Centrino Duo
Dynamic Power Coordination
Dynamic Cache Sizing