- •Базовая структура компьютера
- •Процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, внешняя память, шины.
- •Представление информации. Целые, вещественные, символьные данные.
- •Структуры машинных команд. Трех-, двух-, одноадресные системы команд процессоров.
- •Стек. Его использование и аппаратная поддержка.
- •Risc-процессоры.
- •Cisc-процессоры. Микрокомандный уровень архитектуры.
- •Пример базовой архитектуры - pdp-11
- •Структура процессора. Регистры и их назначение.
- •2.2. Архитектура с общей шиной. Адресное пространство.
- •2.3. Форматы команд.
- •2.3.1. Двух-, одно- и безадресные команды. Примеры
- •2.3.2. Организация ветвлений и циклов. Регистр состояния процессора.
- •2.4. Методы адресации.
- •2.4.1 Прямые методы адресации.
- •2.4.2. Косвенные методы адресации.
- •2.4.3. Использование счетчика команд и указателя стека в методах адресации.
- •2.4.4. Позиционно-независимые программы и методы адресации.
- •2.5. Организация ввода-вывода.
- •2.5.1. Контроллеры устройств. Регистры устройств и их адресация.
- •2.5.2. Ввод-вывод по опросу флага готовности.
- •2.5.3. Прерывания устройств и их обработка.
- •2.5.4. Система приоритетов в обработке прерываний.
- •2.5.5. Ввод-вывод с использованием механизма прерываний.
- •2.5.6. Устройства с блочной передачей данных.
- •2.5.7. Прямой доступ к памяти и его использование для ввода-вывода.
- •2.6. Синхронные прерывания (исключительные ситуации) и их обработка.
- •3. Шинная архитектура
- •3.1 Структура шин. Подшины адреса, данных, управления. Ширина шины.
- •3.2. Синхронизация шины. Синхронные и асинхронные шины.
- •3.3. Временные диаграммы операций обмена по шинам.
- •3.4 Арбитраж шины.
2.2. Архитектура с общей шиной. Адресное пространство.
Шина — это группа проводников, соединяющих различные устройства. Шины можно разделить на группы в соответствии с выполняемыми функциями. Они могут быть внутренними по отношению к процессору и служить для передачи данных в АЛУ и из АЛУ, а могут быть внешними по отношению к процессору и связывать процессор с памятью или устройствами ввода-вывода. Каждый тип шины обладает определенными свойствами, и к каждому из них предъявляются определенные требования. В этом и следующих разделах мы сосредоточимся на шинах, которые связывают центральный процессор с памятью и устройствами ввода-вывода. В следующей главе мы подробно рассмотрим внутренние шины процессора.
Первые персональные компьютеры имели одну внешнюю шину, которая называлась системной шиной. Она состояла из нескольких медных проводов (от 50 до 100), которые встраивались в материнскую плату. На материнской плате находились разъемы на одинаковых расстояниях друг от друга для микросхем памяти и устройств ввода-вывода. Современные персональные компьютеры обычно содержат специальную шину между центральным процессором и памятью и, по крайней мере, еще одну шину для устройств ввода-вывода.
Структура и интерфейсы общей шины в основном такие же, как и в однопроцессорной ВС., где шина служит для внутренних соединений. Физический интерфейс, а также логика адресации, арбитража и разделения времени остаются теми же, что и в однопроцессорных системах.
Общая шина позволяет легко расширять систему путем подключения к себе большего числа процессоров. Кроме того, шина – пассивная среда и отказ одного из подключенных к ней устройств не влечет отказа остальных.
В то же время SMP-системы на базе общей шины обладают и основным недостатком шинной организации – невысокой производительностью: скорость системы ограничена временем цикла шины. По этой причине каждый процессор снабжен кэш-памятью, что существенно уменьшает число обращений к шине. Наличие множества кешей порождает проблему их когерентности, вследствие чего системы на базе общей шины содержат не слишком много процессоров. Архитектура с общей шиной широко распространена в SMP-системах, построенных на микропроцессорах х86.
Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.
Адресное пространство микропроцессора - совокупность адресов внутренних регистров и запоминающих устройств, регистров внешних устройств (ввода/вывода, памяти). Содержимого регистра адреса микропроцессора достаточно для обращения к каждому из названных устройств. Объем адресного пространства микропроцессора определяется разрядностью его шины адреса. У микропроцессора КР580ВМ80А она шестнадцатиразрядная, следовательно, адресное пространство составляет 216 ячеек памяти.
2.3. Форматы команд.
Существует четыре основных типа команд: арифметические и логические команды, команды управления, команды внутренней пересылки данных и команды ввода – вывода (смотри пункт 1.3).