- •Организация и функционирование вычислительных машин
- •Раздел 1. Основные понятия архитектуры и организации эвм. 3
- •Раздел 2. Организация процессора и основной памяти вм 7
- •Раздел 3. Организация памяти в эвм 36
- •Раздел 4. Организация системы ввода-вывода в эвм. 52
- •Раздел1.Основныепонятия архитектуры и организации эвм. Состав электронной вычислительной машины (эвм)
- •Принцип программного управления и машина фон Неймана
- •Понятие архитектуры, организации и реализации эвм
- •Многоуровневая организация эвм.
- •Понятие семантического разрыва между уровнями
- •Организация аппаратных средств эвм
- •Типовая структура вм на микропроцессорных наборах
- •Раздел 2. Организация процессора и основной памяти вм
- •Типовая структура процессора и основной памяти
- •Основной цикл работы процессора
- •Организация процессора и памяти в микропроцессоре Intel 8086
- •Организация стека процессора
- •Распределение оперативной памяти в i8086, ms dos
- •Организация выполняемых программ в ms dos
- •Режимы адресации памяти в микропроцессоре Intel 8086
- •1. Регистровая адресация
- •2. Непосредственная адресация
- •3. Прямая адресация
- •4. Косвенная адресация
- •5. Адресация по базе
- •6. Косвенная адресация с масштабированием
- •7. Адресация по базе с индексированием и масштабированием
- •Система команд i8086
- •3DNow! от amd
- •Организация прерываний в процессоре Intel 80x86
- •Управление выполнением команд в эвм.
- •Способы формирования управляющих сигналов.
- •Простейшая схема формирователя управляющих сигналов
- •Способы кодирования микрокоманд.
- •Компьютеры с сокращенным набором команд.
- •Арифметические особенности risc процессоров.
- •Раздел 3. Организация памяти в эвм
- •Основные среды хранения информации.
- •Виды запоминающих устройств.
- •Память с произвольной выборкой.
- •Постоянные запоминающие устройства.
- •Ассоциативные запоминающие устройства (азу)
- •Иерархическая система памяти
- •Организация памяти типа кэш.
- •Организация структуры основной памяти в процессорах ix86.
- •Организация виртуальной памяти.
- •Организация виртуальной памяти на i386 и более старших моделях.
- •Организация работы с внешней памятью.
- •Организация работы с файлами на дисках в ms-dos.
- •Раздел 4. Организация системы ввода-вывода в эвм.
- •Архитектура систем ввода-вывода.
- •Способы выполнения операции передачи данных
- •Структуры контроллеров внешних устройств, для управления различными режимами передачи данных.
- •Программные средства управления вводом-выводом.
- •Основные компоненты процедуры управления ввода-вывода общего вида
- •Состав и реализация устанавливаемого драйвера символьного типа
- •Литература
- •Краткое введение в язык ассемблера.
- •1. Директивы задания данных
- •2. Директивы сегментации программы
- •3. Директивы группирования.
- •4. Порядок размещения сегментов.
- •5. Директивы ограничения используемых команд.
Принцип программного управления и машина фон Неймана
Фон Нейман впервые предложил в 40-х годах нашего века концепцию хранимой программы, основные принципы которой заключаются в следующем:
команды, так же как и данные, хранятся в памяти машины, в команде указываются не сами данные, а адреса их размещения в памяти;
команды могут обрабатываться так же, как и числовые данные (модификация команд), но из-за снижения надежности программ этот подход сейчас не применяется;
хранимая программа позволяет осуществлять произвольный переход от одной команды к другой, что необходимо при реализации ветвлений и циклов в алгоритмах обработки.
Основные особенности первых машин, построенных по изложенным принципам и называемых сейчас машинами фон Неймановского типа, состоят в следующем:
наличие единого вычислительного устройства, включающего один процессор, память и некоторые внешние устройства;
использование линейной структуры адресации памяти со словами фиксированной длины;
централизованный принцип управления выполнением программы по последовательному алгоритму;
низкий уровень машинных команд, позволяющих выполнять только элементарные операции.
Для таких машин «узким» местом», ограничивающим производительность, является память и каналы связи: как данные, так и команды должны последовательно выбираться из памяти и передаваться между устройствами. Для повышения производительности в фон Неймановских машинах применяются:
увеличение разрядности обработки данных (16 бит32 и 64 бита);
активное использование конвейеризации при выборке и обработке команд;
активное использование кэш-памяти (Cash- скрытый, не замечаемый пользователем), т.е. блоков памяти, которые являются буферными между процессором и оперативной памятью.
Понятие архитектуры, организации и реализации эвм
Архитектура - это множество ресурсов ЭВМ, доступных пользователю на логическом уровне, без детализации способов взаимодействия процессоров, устройств памяти, внешних устройств и программных средств.
Организация - это способы распределения функций, установления связи и взаимодействия процессоров, устройств памяти и внешних устройств, используемые для реализации возможностей, заложенных в архитектуре. При изучении организации рассматривают:
представление и формат данных;
уровни памяти и их взаимодействие;
состав и формат машинных команд;
систему прерываний;
способы обмена данными.
Реализация – способы технического исполнения конкретных устройств, линий или шин связи и протоколов взаимодействия между ними.
Обычно на уровнях организации и реализации происходит перераспределение функций между аппаратными и программными средствами. Это порождает семейство машин одной архитектуры, но разной производительности.
Многоуровневая организация эвм.
В общем случае обработку информации на ЭВМ можно рассматривать в виде иерархической системы уровней, представленных следующей таблицей.
Пользователь данного уровня |
УРОВЕНЬ |
СОДЕРЖАНИЕ |
Постановщик задач, Системный аналитик |
Концептуальный |
Пользователь задает режимы и виды обработки данных, необхо-димые для решения задачи |
Пользователь функционального ПО, специалист в конкретной предметной области |
Уровень проблеммно-ориентированных ПС |
Решение предметных задач готовыми программными средствами |
Разработчик функциональных программных комплексов, системный архитектор |
Уровень промежуточного ПО (Middleware) |
Технологии разработки программных систем COM,DCOM,CORBA,RMI |
Разработчик функциональных программ |
Уровень интегрированных сред и языков высокого уровня (ЯВУ) |
Паскаль, СИ, Delphi, С++ Builder, Visual C |
Системный программист Прикладной программист |
Уровень ассемблера |
Программирование фрагментов программ высокой эффективности |
Системный программист
|
Уровень ОС |
Обеспечение выполнения привилегированных команд |
Программист/Электронщик |
Уровень машинных команд |
Цифровое кодирование и представление команд |
Программист/Электронщик |
Уровень микрокоманд |
Описание набора элементарных операций, реализующих машинные команды |
Электронщик |
Уровень межрегистровых передач |
Реализация операций на уровне пересылок между регистрами |
Электронщик-технолог |
Уровень вентилей |
Технологический уровень, устройства машины представля-ются в виде интегральных схем |
Достоинства такого представления ЭВМ:
Каждый верхний уровень интерпретируется одним или несколькими нижними уровнями;
Каждый из уровней можно проектировать независимо;
Чем ниже уровень, на котором реализуется программа, тем более высокая производительность достижима;
Модификация нижних уровней не влияет на реализацию верхних.