Контрольные вопросы к теме 3

1. Перечислите подсистемы МПС.

2. Расскажите о процессорном модуле и объясните его структуру.

3. Расскажите о командном цикле микропроцессора.

4. Расскажите о машинном цикле микропроцессора.

5. Объясните работу процессорного модуля (по структурной схеме).

6. Перечислите и объясните назначение программно-доступных объектов МПС.

7. Расскажите о распределении адресного пространства МП.

8. Расскажите о системе команд МП.

9. Перечислите логические узлы ЭВМ и дайте им краткую характеристику.

10. Какие простейшие типы архитектур вам известны.

11. Расскажите об архитектуре «звезда».

12. Расскажите об иерархической архитектуре.

13. Расскажите об магистральной структуре.

14. Расскажите об архитектуре ПК.

15. Расскажите о составе процессора.

16. Виды основной памяти.

17. Расскажите о системной шине.

18. Для чего предназначена ОЗУ

19. Для чего предназначено ПЗУ.

20. Расскажите о шине адреса, шине данных и шине управления.

ТЕСТ 3

Лекция 9

Тема 4: Принцип адресации и структура команд

Тема лекции: Принципы адресации

План лекции:

1. Общие сведения, определения и классификация

2. Логическая организация памяти и методы адресации информации

1. Общие сведения, определения и классификация

Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называют запоминающими устройствами или памятью того или иного типа.

Оба эти термина в настоящее время стали почти синонимами. Однако термин "запоминающее устройство" (ЗУ) обычно употребляют, когда речь идет о принципе построения некоторого устройства памяти (например, полупроводниковые ЗУ, ЗУ на магнитных дисках и т.д.), а термин "память" -когда хотят подчеркнуть выполняемую устройством памяти логическую функцию или место расположения в составе оборудования ЭВМ (например, оперативная память, внешняя память и т.д.).

Производительность и вычислительные возможности ЭВМ в значительной степени определяются составом и характеристиками ее ЗУ. В составе ЭВМ используется одновременно несколько типов ЗУ (несколько типов памятей), отличающихся принципом действия, характеристиками и назначением.

Основными операциями в памяти в общем случае являются занесение информации в память — запись и выборка информации из памяти — считывание. Обе эти операции называются обращением к памяти, или, подробнее, обращением при считывании и обращением при записи.

При обращении к памяти производится считывание или запись некоторой единицы данных — различной для устройств разного типа. Такой единицей может быть, например, байт, машинное слово или блок данных.

Важнейшими характеристиками отдельных устройств памяти (запоминающих устройств) являются емкость памяти и быстродействие.

Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые могут в ней храниться. Емкость измеряется в двоичных единицах (битах), машинных словах, но большей частью в байтах (1 байт=8 бит), при этом часто емкость памяти выражают через число К= 1024: Кбит (килобит) или Кбайт (килобайт), при этом 1024 Кбайт обозначают как 1 Мбайт (мегабайт).

Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, т. е. временем, затрачиваемым на поиск нужной единицы информации в памяти и на ее считывание (время обращения при считывании), или временем на поиск места в памяти, предназначаемого для хранения данной единицы информации, и на ее запись в память (время обращения при записи).

В некоторых устройствах памяти считывание информации сопровождается ее разрушением (стиранием). В таком случае цикл обращения должен содержать операцию восстановления (регенерации) считанной информации на прежнем месте в памяти.

В зависимости от реализуемых в памяти операций обращения различают:

а) память с произвольным обращением (возможны считывание и запись данных в память) - RAM;

б) память только для считывания информации ("постоянная" или "односторонняя") - ROM.

Запись информации в постоянную память производится в процессе ее изготовления или настройки.

По способу организации доступа различают устройства памяти:

• с непосредственным (произвольным) доступом;

• с прямым (циклическим) доступом;

• с последовательным доступом.

В памяти с непосредственным (произвольным) доступом время доступа, а поэтому и цикл обращения не зависят от места расположения участка памяти, с которого производится считывание или в который записывается информация. В большинстве случаев непосредственный доступ реализуется при помощи электронных (полупроводниковых) ЗУ. Число разрядов, считываемых или записываемых в памяти с непосредственным доступом параллельно во времени за одну операцию обращения, называется шириной выборки.

В двух других типах памяти используются более медленные электромеханические процессы. В устройствах памяти с прямым доступом, к которым относятся дисковые устройства, благодаря непрерывному вращению носителя информации возможность обращения к некоторому участку носителя для считывания или записи циклически повторяется.

В памяти с последовательным доступом производится последовательный просмотр участков носителя информации, пока нужный участок носителя не займет некоторое исходное положение. Характерным примером является ЗУ на магнитных лентах. Время доступа может в неблагоприятных случаях расположения информации достигать нескольких минут.

Запоминающие устройства различаются также по выполняемым в ЭВМ функциям, зависящим в частности, от места расположения ЗУ в структуре ЭВМ.

Память ЭВМ организуется в виде иерархической структуры запоминающих устройств, обладающих различными быстродействием и емкостью.

В общем случае ЭВМ содержит:

- сверхоперативную память (СОП) или местную память,

- оперативную или основную память (ОП),

- память с прямым доступом на магнитных дисках, память с последовательным доступом на магнитных лентах.

Порядок перечисления устройств соответствует убыванию их быстродействия и возрастанию емкости. Иерархическая структура памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к информации в процессе обработки.

Оперативной или основной памятью (ОП) называют устройство, которое служит для хранения информации (данных программ, промежуточных и конечных результатов обработки), непосредственно используемой в процессе выполнения операций в арифметическо-логическом устройстве и устройстве управления процессора.

В процессе обработки информации осуществляется тесное взаимодействие процессора и ОП. Из ОП в процессор поступают команды программы и операнды, над которыми производятся предусмотренные командой операции, а из процессора в ОП направляются для хранения промежуточные и конечные результаты обработки.

Характеристики ОП непосредственно влияют на основные показатели ЭВМ и в первую очередь на скорость ее работы.

В ряде случаев быстродействие ОП оказывается недостаточным, и в состав машины приходится включать быстродействующую СОП (буферную или кэш­память на несколько сотен или тысяч машинных слов). Такие СОП выполняются на быстродействующих интегральных микросхемах. Быстродействие СОП должно соответствовать скорости работы арифметическо-логических и управляющих устройств процессора. Сверхоперативная (буферная) память используется для промежуточного хранения считываемых процессором из ОП участков программы и групп данных, в качестве рабочих ячеек программы, индексных регистров, для хранения служебной информации, используемой при управлении вычислительным процессом. Она выполняет роль согласующего звена между быстродействующими логическими устройствами процессора и более медленной ОП.

Оперативная память вместе с СОП и некоторыми другими специализированными памятями процессора образуют внутреннюю память ЭВМ. Электромеханические (оптические) ЗУ образуют внешнюю память и называются внешними запоминающими устройствами.