ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ
Oбробки інформації та прийняття рішень»
(частина 1)
учбової дисципліни «ЕОМ і мікропроцесорні
системи» спеціальності «Інтелектуальні системи
Рябенький В.М. Лабораторний практикум учбової дисципліни «ЕОМ і
мікропроцесорні системи» спеціальності «Інтелектуальні
системи обробки інформації та прийняття рішень»(частина 1)
Приводиться коротке описання режимів роботи однокристальної ЕОМ К1816ВЕ48, її технічні характеристики, и дається детальне пояснення системи команд і машинних кодів. Система команд приводиться на мові ассемблера з короткими прикладами програм, поясняючими їх дію в загальній структурі програмування. Практикум призначений для студентів, вивчаючих програму-вання на мові ассемблера.
Вступ
Лабораторний парактикум орієнтований на 6 лабораторних занять, та для самостійного вивчення системи команд однокристальної ЕОМ К1816ВЕ48. Ця, одна з найпростіших однокристальних ЕОМ, побудована на концепсії класич-ної фон-Неймановської архітектури, суть якої коротко інтерпретується як мож-ливість зберігати команди програм в пам’яті наряду з данними, які ці команди обробляють.
Фон -Неймановська архітектура поєднує в собі три різні складові (субсис-теми). Перша з них- центальний процесор(ЦП)(central processing unit –CPU), включаючий в себе пристрій керування (control unit), арифметико-логічний пристрій (АЛП) (arithmetic logic unit –ALU) та різні регістри. Другою субсис-темою являється пам’ять різних рівнів, а третьою- пристрої вводу/виводу (input/output-I/O) які називаються інтерфейсами.
Рис. 1 дає графічну інтерпретацію загальної архітектури комп’ютера з можливими зв’язками між основними суббллоками.
Пам’ять (Memory) Входи/виходи (I/O
interfases)
Пристрій
керування (Control unit) РегістриRegisters
ЦП(CPU)
АЛП (ALU)
Шина керування (Control bus)
Шина данних (Data bus)
Адресна шина
(Address bus)
Рис 1.
Пристрій керування визначає порядок в якому команди можуть бути ви-конані і завантажує необхідні операнди. Виконання кожної команди визнача-ється послідовністю керуючих сигналів, що виробляються керуючим пристро-єм.Іншими словами керуючий пристрій керує потоком інформації в системі, видаючи управляючі сигнали різним пристроям. Кожна операція, обумовлена керуючими сигналами, називається мікрооперацією. AЛП виконує всі матема-тичні та булеві операції. Система регістрів призначена для тимчасового збері-гання, швидкого запису та передачі данних та команд, що використовуються. Регістри являються найбільш швидкими пристроями для запису та передачі ін-формації, тому їх використання як джерела операндів і розміщення результатів суттєво підвищує еффективність процесорів.
Память використовується для зберігання програм, команд і данних.
I/O –інтерфейс дає можливість пам’яті компютера одержувати інформа-цію і передавати данні з зовнішніх пристороїв, а також підключати комп’ютер до вторинних джерел пам’яті та інших пристроїв.
Розглянуті компоненти з’єднуються між собою сигнальними лініями, відо-мими як шини. По функціональному призначенню шини розділяютья на шини управління, шини данних та адресні шини.Кожна шина вміщує в собі ряд пара-лельних провідників, дозволяючих параллельно передавати інформацію між різними схемами. Адресна шина призначена для ідентифікації пристроїв, зов-нішніх по відношенню до ЦП. Вона являється однонаправленою шиною і пе-редає адресні сигнали від ЦП до пристроїв памяті та I/O інтерфейсів. Шина данних –двонаправлена і може передавати данні як від ЦП до зовнішніх при-строїв, так і навпаки. Шина керування передає сигнали, які допомогають всім модулям ЕОМ взаємодіяти між собою.
Виконання програм в фон-Неймаовській архітектурі машини вимагає вико-ристання вказанних компонентів в взаємодії. Спеціальний пакет програм, нази-ваємий операційною системою, керує взаємодією всіх трьох компонентів. Спочатку програма завантажується в пам’ять, з вторинної пам’яті, наприклад, з постійного запам’ятовуючого пристрою або з диска. Операційна система тестує машину. Для виконання програм кожна команда програми спочатку повинна бу-ти завантажена з пам’яті в ЦП, а після виконання –знову завантажена в па-м’ять. Таке завантаження відоме як вибір команди ( instruction fetch). Після ви-бору команди вона поміщається в спеціальний регістр ЦП, називаємий регіст-рм команди(РК) (instruction register-IR). Коли команда попадає в РК вона деко-дується для визначення- який тип оперції повинен бути виконаний. Якшо для виконання команди необхідний опекранд, він виймається з пам’яті, а можливо з інших регістрів і поміщається в відповідне місце (спеціальний регістр, або про-стір памяті, відомий як буфер.) Команда виконується і результат її запам’ятову-ється в пам’яті або в регістрах. Подібний прцесс повторюється для кожної ко-манди програми, пока вона не закінчиться.
Однокристальні ЕОМ являються дещо спрощеними схемами розглянутої структури. Cпрощення в основному полягає в відсутності операційної системи і виконується програма, яка записана в постійному запaм’ятовуючому пристрої. Інші спощення полягають в зменшеній кількості внутрішньої регістрової пам’я-ті та кількості команд.
Вивчення системи команд ОЕОМ на основі програмної моделі дає можли-вість зрозуміти ідеологію більш складної системи команд ПЕОМ на мові Ассемблера. В той же час одержані знання мають і самостійне значення, так як на ОЕОМ серії К1816 легко створюються пристрої попередньої обробки інфор-мації різного призначення.