Структурная схема процессора
19. Структурная схема процессора без соединений между основными узлами приведена на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Основные узлы процессора
20. Функции АЛУ:
а) выполнение арифметических операций, например, сложения и вычитания;
б) выполнение логических операций, например, операций И, ИЛИ, НЕ.
АЛУ выполняет операцию над словом данных, которое было «загружено» в специальный внутренний регистр процессора - аккумулятор. Наш гипотетический компьютер имеет один аккумулятор разрядностью 16 бит (длина машинного слова).
21. В качестве примера рассмотрим выполнение операции ОТРИЦАНИЕ.
На рис.5.3 показано, как АЛУ выполнит эту операцию над данными в аккумуляторе.
Рис. 5.3. Операция ОТРИЦАНИЕ
22. Другие операции, как, например, СЛОЖЕНИЕ, ВЫЧИТАНИЕ, И и ИЛИ требуют два операнда.
Допустим, что число 610 загружено в аккумулятор (оно в действительности будет загружаться в двоичной форме, т.е. 0000 0000 0000 0110), и мы хотим прибавить к нему число 510 (0000 0000 0000 0101), которое находится в ОЗУ в ячейке с адресом 2. Данное из ОЗУ должно быть считано в специальный Регистр Данных (РгД).
Выполнение операции иллюстрируется рис.5.4.
АЛУ
АЛУ
До сложения
5 Считывается в РгД
АЛУ
Содержимое РгД
складывается с содержимым аккумулятора,
результат помещается в аккумулятор
Рис. 5.4. Взаимодействие блоков процессора
(команда СЛОЖЕНИЕ)
23. Будем счтитать, что адрес текущей команды или данного в нашем процессоре хранится в специальном регистре адреса памяти (РгАП). Теперь структуру процессора иллюстрирует рис. 5.5.
Выполнение команды
24. Основную функцию по координации аппаратных средств при выполнении последовательности команд и каждой команды программы осуществляет устройство управления.
Р
ис.
5.5. Регистр адреса памяти в процессореРеHt
25. Команды, представленные в форме, в которой они непосредственно используются устройством управления, называются машинными командами, а о программах, написанных машинными командами, говорят, что они написаны в машинном коде.
26. Машинная команда имеет несколько составных частей. Что касается нашего гипотетического процессора, то первая часть каждой его команды содержит код операции, которую нужно выполнить. Остальная часть команды адресует операнд.
Например, команда СЛОЖЕНИЕ начинается с кода операции - 00102, далее идет адрес операнда - 0000 0000 00102 (рис. 5.6). Один из операндов всегда находится в аккумуляторе (второе слагаемое). Результат всегда помещается в аккумулятор.
Формат команды в РгК
Рис. 5.6. Формат команды СЛОЖЕНИЕ
27. Обратим внимание на то, что каждая ячейка в ОЗУ может содержать данные или команды, и эти данные и команды с точки зрения двоичного кода неразличимы. Программист, работающий в машинном коде, несет ответственность за то, где в ОЗУ находятся данные, и где команды, чтобы данные не были использованы как команды и наоборот.
28. Взаимодействие блоков процессора при выполнении команды СЛОЖЕНИЕ схематично показано на рис. 5.7.
Формат команды в
РгК
0010
000000000010
Код Адрес
операции числа
в памяти
Устройство
управления
АЛУ
Условные обозначения
:
данные
управление
ОЗУ
5
.
.
2
Рис. 5.7. Взаимодействие блоков процессора при выполнении команды СЛОЖЕНИЕ
29. Для временного хранения машинной команды используется специальный регистр, содержимое которого интерпретируется как команда – Регистр Команды (РгК).
30. Итак, команда, записанная в РгК, имеет две части: функциональную и адресную.
31. Последовательность выполнения команды:
а) устройство управления декодирует функциональную часть команды, интерпретируя ее как операцию сложения;
б) адрес операнда из адресной части РгК пересылается в РгАП;
в) устройство управления инициирует чтение операнда из ячейки, адрес которой находится в РгАП, и загрузку операнда в РгД. Таким образом, 5 из второй ячейки оказывается в регистре данных;
г) АЛУ выполняет операцию (сложение) над содержимым РгД и аккумулятора. А результат по сигналу устройства управления будет занесен в аккумулятор. Таким образом, к концу команды сложения содержимое аккумулятора равно 11.
Этим завершается выполнение команды.