ЮУрГУ

Международный факультет

Кафедра международного менеджмента

Дисциплина:

Технические средства информационных технологий, вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций

Тема 2 Архитектурные особенности организации

ЭВМ различных классов

Лекция 2

Принципы построения и функционирования ЭВМ на примере базовой ЭВМ

1.Назначение и структура базовой ЭВМ

2.Кодирование программ и система команд

3.Арифметические операции

4.Управление вычислительным процессом, сдвиги и логические операции

5.Подпрограммы и параметры

6.Основные стадии выполнения команды

1. Назначение и структура базовой ЭВМ

Структура базовой ЭВМ

Компьютер PDP-8

Характеристики базовой ЭВМ:

•одноадресная 16-разрядная ЭВМ с прямой и косвенной адресацией памяти;

•память – 2048 ячеек по 16 бит с адресами 0,1,…2047 (ячейки с адресами 008, …, 0FF индексные), программист сам определяет, где в памяти хранятся данные и где команды, команды обычно хранятся в соседних ячейках памяти и выполняются последовательно;

•процессор содержит:

6 регистров: 16-разрядные регистр команд, аккумулятор и регистр данных, 11-разрядные счетчик команд и регистр адреса, 1-разрядный регистр переноса (С);

арифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения операций инвертирования любого операнда (или двух операндов), сложения двух 16- разрядных операндов (или их инвертированных значений), логического умножения двух 16-разрядных

реакции на прерывания от устройств ввода-вывода и и др.

Характеристики регистров

Счетчик команд (СК). Служит для организации обращения к ячейкам

памяти, в которых хранится программа. В конце каждого цикла исполнения команды счетчик указывает адрес ячейки памяти, содержащей следующую команду программы. Так как команды чаще всего заносятся в последовательные ячейки, а при выполнении текущей команды содержимое счетчика увеличивается на единицу, то он автоматически указывает адрес следующей команды. В некоторых случаях содержимое счетчика команд может быть изменено самой программой (например, при выполнении команд переходов). Таким образом осуществляется передача управления другой части программы. В базовой ЭВМ используется 11-разрядный счетчик команд, который может формировать адреса любого из 2048 слов памяти.

Регистр команд (РК). Этот 16-разрядный регистр используется для хранения команды, непосредственно выполняемой машиной. Код операции команды пересылается из РК в устройство управления ЭВМ и декодируется. После этого происходят действия по реализации команды: считывание операнда и (или) выполнение операции, предписываемой командой.

Регистр адреса (РА). Содержит значение исполнительного адреса ячейки памяти и состоит из 11 разрядов для адресации к 2048 ячейкам памяти, Если ЭВМ осуществляет выборку команды, то в РА пересылается содержимое счетчика команды СК для указания адреса ячейки, где хранится команда. Если ЭВМ производит выборку данных, то адрес может поступить из регистра команд.

Характеристики регистров

Регистр данных (РД). Используется он для временного хранения 16- разрядных слов при обмене информацией между памятью и процессором. При считывании команды, числа или символа из памяти в процессор это слово сначала попадает в регистр данных, а потом пересылается либо в регистр команд (команды), либо в другие регистры процессора. При пересылке данных из процессора в память они сначала помещаются в РД и лишь затем записываются в нужную ячейку памяти. Когда информационное слово находится в регистре данных, оно доступно для осуществления арифметических или логических операций. Содержимое РД может быть, например, сложено с содержимым аккумулятора, а полученный результат занесен в аккумулятор.

Аккумулятор (А). Регистр А является одним из глазных элементов процессора. Машина может выполнять арифметическую или логическую операцию только над двумя операндами одновременно. Обычно первый операнд извлекается из памяти в регистр данных, в то время как второй находится в аккумуляторе. Операция, задаваемая командой, выполняется над содержимыми РД и А, и результат операции помещается в аккумулятор. Машина может проверить результат в аккумуляторе. В зависимости от результата проверки она может принимать различные решения. Здесь используется 16-разрядный аккумулятор. Всякий раз, когда при операции двоичного сложения возникает переполнение в старшем разряде, перенос теряется. Однако его можно записать в одноразрядный регистр переноса.

Регистр переноса (С). Это одноразрядный регистр, выступающий в качестве продолжения аккумулятора и заполняющийся при его переполнении. Этот регистр также используется для организации циклических сдвигов. Состояние регистра переноса может проверяться для принятия решений.

2. Кодирование программ и система команд

Кодирование программ

Все операции в ЭВМ выполняются над электрическими сигналами, закодированными двоичной цифрой 0 или 1. Поэтому перед занесением в память данные и команды должны быть вручную или аппаратно преобразованы в двоичную форму. Однако при написании программы команды могут быть записаны в любой другой форме. В общем случае программа может кодироваться четырьмя способами: в двоичной, восьмеричной, шестнадцатеричной и символической или мнемонической форме.

Для удобства чтения двоичных чисел и их переводы в шестнадцатеричную систему они разбиты на тетрады. Так как большинство полей в командах базовой ЭВМ равно или кратно 4, удобно кодирование в шестнадцатеричной системе.