1.4 Функціонування обчислювального пристрою

Вхідний контроль:

1. Що таке обчислювальний пристрій?

2. Які обчислювальні пристрої Ви знаєте?

3. Які периферійні пристрої обчислювального пристрою Ви знаєте?

У 60-х роках минулого століття академік В. М. Глушков довів, що у будь-якому пристрої обробки цифрової інформації можна виділити операційний та керувальний блоки, що це є принцип декомпозиції обчислювального пристрою. Операційний блок складається з регістрів, суматорів та інших пристроїв, які приймають з запам’ятовувального пристрою, зберігають операнди, виконують над ними операції та видають результати операції у запам’ятовувальний пристрій. У керувальний блок з операційного блоку надходять відомості про знак та інші особливості результату, наприклад, чи дорівнює він нулю тощо. Такі відомості називаються ознаки або прапорці F (від Flags) результату. На рис. 1.7 показано декомпозицію обчислювального пристрою.

Рисунок 1.7 – Декомпозиція обчислювального пристрою

Процес функціонування пристрою оброблення цифрової інформації, зокрема обчислювального пристрою, складається із послідовності елементарних перетворень, які виконуються за інтервали часу, визначені частотою тактового генератора, такти. До елементарних операцій можуть відноситись зсув даних у регістрі, знаходження оберненого коду, пересилання операнда з одного регістра в інший тощо. Виконання елементарних операцій ініціюється поданням в операційний блок відповідних керувальних сигналів з керувального блока.

Елементарна функціональна операція, виконувана за один такт, називається мікрооперацією.

У деякі такти з керувального блоку можуть надходити кілька керувальних сигналів, які ініціюють виконання мікрокоманд у різних вузлах обчислювального пристрою. Сукупність одночасно виконуваних мікрооперацій називається мікрокомандою.

Послідовність керувальних сигналів визначається сигналами коду операції, які надходять після декодування у керувальний блок з пам’яті, і сигналами, які залежать від операндів та проміжних результатів обчислень.

Операційний блок задається його структурою, тобто складом вузлів та зв’язками між ними і виконуваним операційним блоком набором мікрооперацій.

Послідовність мікрокоманд, які забезпечують виконання даної операції, називається мікропрограмою даної операції.

Функціонування обчислювального пристрою може описуватись сукупністю мікропрограм, які в ньому реалізуються.

При створенні ВІС МП використовується ідея функціонування обчислювального пристрою. Спрощена схема обчислювального пристрою, або ЕОМ, ПК, МПС, наведена на рис. 1.8. Вона складається з п’яти блоків: арифметично-логічного пристрою (АЛП) з надоперативним запам’ятовувальним пристроєм (НОЗП), який складається з регістрів, керувального пристрою (КП), підсистеми пам’яті (ЗП) та підсистеми введення-виведення (ПВВ-ПВИВ) і побудована за апаратно-програмним принципом. Апаратна частина виконує обмежений набір простих операцій під керуванням програмного забезпечення. Обмін інформацією між підсистемами здійснюється за допомогою шини даних (ШД), шини адреси (ША) та шини керування (ШК).

Рисунок 1.8 – Функціональна схема обчислювального пристрою

АЛП, НОЗП та КП входять до складу процесора і взаємодіють за допомогою внутрішньої шини даних (ВШД). Вхідні дані та програма задачі, яка розв’язується, надходять до запам’ятовувального пристрою через пристрій введення.

Виконувана програма складається зі списку команд (інструкцій), спрямованих на виконання серії послідовних дій (операцій). Кожна команда у свою чергу складається з операційної (код операції – КОП) та адресної частини, в якій вказуються самі операнди, або адреси операндів, над якими виконується задана операція. ЗП побудований за адресним принципом – кожна комірка пам’яті ЗП, в якій зберігаються дані або команди, окрім кеш-пам’яті, має постійний номер, адресу або ім’я, за якими можна однозначно до неї звертатись. Функціонування МПС починається з того, що КП центрального процесора видає адресу першої команди програми у ЗП, команда зчитується і направляється у КП. Тут вона декодується і на основі КОП команди виробляються сигнали “Операція”, які налаштовують АЛП на виконання заданої операції. За інформацією адресної частини команди з ЗП до АЛП надходять операнди. Після завершення операції її результат надходить для зберігання у ЗП (“Результат операції”), а установлювані АЛП ознаки результату надходять до КП, що дає можливість вказувати розгалуження у програмі (приймати рішення). На лінійних ділянках програми далі виставляється адреса наступної команди, при розгалуженнях і циклах – залежно від реалізації заданих умов переходу.

Керувальний пристрій за результатами розшифровування команди виробляє паралельно-послідовну серію керувальних сигналів (КС) для керування, як блоками самого процесора, так і підсистемами МПС.

Контрольні питання:

1. Яка роль призначена апаратній частині і яка – програмній при розв’язанні задачі на ЕОМ?

2. Як можна трактувати твердження, що процесор “Приймає рішення”?

3. Який пристрій у складі процесора називається надоперативним і чому?

4. Як використовуються у виконуваній програмі ознаки результату виконаної команди?

Контрольні питання підвищеної складності:

1. МПС призначена для оброблення сигналів, які надходять з цифрової ТВ камери. Який спосіб обміну даними між МП та камерою Ви б обрали?

2. Керувальна МПС призначена для керування системою комутації. Який спосіб обміну даними між МП та зовнішніми пристроями Ви б обрали?

2 ОПЕРАЦІЇ НАД ДАНИМИ В ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ СИСТЕМАХ

Вхідний контроль:

1. Які позиційні системи числення і їх особливості Ви знаєте?

2. Як перевести число з однієї позиційної системи числення до іншої позиційної системи?