эвм и периферийные устройства

2019

Ядро процессора со­держит главный управляющий модуль и исполняющие модули –

блоки выполне­ния операций над целочисленными данными. К локальным управляющим схемам относятся: блок выполнения операций с плавающей запятой, модуль предсказания ветвлений, модуль преобразования CISC-инструкций во внутренний RISC-микро­код, регистры микропроцессорной памяти (в МП типа VLIW до 256 регистров), регистры кэш-памяти 1-го уровня (отдельно для данных и инструкций), шинный ин­терфейс и многое другое.

ядро МП;
Execution Unit – исполняющий модуль;
Integer ALU – АЛУ для

операций с целыми числами (с фиксированной запя­той);
Registers – регистры;
Floating Point Unit – блок для работы с числами с плавающей запятой;
Primary Cache – кэш первого уровня, в том числе кэш данных (Data Cache) и кэш команд (Code Cache);
Instruction Decode and Prefetch Unit и Branch Predictor – блоки декодирова­ния инструкций, опережающего их исполнения и предсказания ветвлений;
Bus Interface – интерфейсные шины, в том числе 64- и 32-битовые шины, и вы­ход на системную шину к оперативной памяти.

(УУ), арифметико-логиче­ское устройство (АЛУ) и микропроцессорную память (МПП) (за исключением

нескольких адресных регистров);
интерфейсную, содержащую адресные регистры МПП; блок регистров команд – регистры памяти для хранения кодов команд, выполняемых в ближайшие такты, схемы управления шиной и портами.

так что выборка очередной команды из памяти (ее запись в

блок ре­гистров команд и предварительный анализ) выполняется во время выполнения опе­рационной частью предыдущей команды. Современные микропроцессоры имеют не­сколько групп регистров в интерфейсной части, работающих с различной степенью опережения, что позволяет выполнять операции в конвейерном режиме. Такая орга­низация МП позволяет существенно повысить его эффективное быстродействие.

– оно вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по кодовым шинам инструкций

(КШИ) во все блоки машины.

код команды: код выполняемой операции (КОП) и адреса операндов, участвующих

в операции. Регистр команд расположен в интерфейсной части МП, в блоке регистров ко­манд (в МП с конвейерным выполнением команд имеется несколько регистров команд);
дешифратор операций – логический блок, выбирающий в соответствии с посту­пающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из множества имею­щихся у него выходов;
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микропрограмм, хранящее в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в бло­ках ПК процедур обработки информации. Импульс по выбранному дешифрато­ром операций проколу в соответствии с кодом операции считывает из ПЗУ мик­ропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов;

вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, посту­пающим из

регистра команд и регистров МПП;
кодовые шины данных, адреса и инструкций – часть внутренней интерфейсной шины микропроцессора.

основных процедур:
выборки из регистра-счетчика адреса команды МПП (регистра IP) адреса

ячей­ки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;
выборки из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема считанной команды в регистр команд;
расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;
считывания из соответствующих расшифрованному коду операции ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках машины процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управ­ляющих сигналов в эти блоки;

операндов (чисел), участвующих в вычислениях, и формирование полных адресов операндов;
выборки

операндов (по сформированным адресам) и выполнения заданной опе­рации обработки этих операндов;
записи результатов операции в память;
формирования адреса следующей команды программы.

операций преобразования информации. Функционально простейшее АЛУ состоит обычно из 2-х

регистров, сумматора и схем управления (местного устройства управления).

вход двоичных кодов; сумматор имеет разрядность двойного машин­ного слова.
Регистры –

быстродействующие ячейки памяти различной длины: регистр 1 имеет разрядность двойного слова, а регистр 2 – разрядность слова. При выполне­нии операций в регистр 1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции – результат; в регистр 2 – второе число, участвующее в опе­рации (по завершении операции информация в нем не изменяется). Регистр 1 мо­жет и принимать информацию с кодовых шин данных, и выдавать информацию на них; регистр 2 только получает информацию с этих шин.

устройства управления и преобразуют их в сигналы для управления ра­ботой

регистров и сумматора АЛУ.
АЛУ выполняет арифметические операции «+», «–», «» и «:» только над двоич­ной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, то есть только над целыми двоичными числами. Выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числа­ми осуществляется с привлечением математического сопроцессора или по специ­ально составленным программам.

14 двухбай­товых запоминающих регистров. У МП 80286 и выше имеются

дополнительные ре­гистры, например, у МП типа VLIW есть 256 регистров, из которых 128 – регистры общего назначения. У МП 80386 и выше некоторые регистры, в том числе и регист­ры общего назначения, – 4-байтовые (у МП Pentium есть и восьмибайтовые реги­стры). Но в качестве базовой модели, в частности для языка программирования Assembler и отладчика программ Debug, используется 14-регистровая система МПП.

СХ, DX;
сегментные регистры: CS, DS, SS, ES;
регистры смещения: IP, SP,

BP, SI, DI;
регистр флагов: F.

4-байтовые универсальные регистры АХ, ВХ, СХ, DX именуются соответ­ственно ЕАХ,

ЕВХ, ЕСХ, EDX. При этом если используется их двухбайтовая или однобайтовая часть, наименования этих частей регистров соответствуют рассматри­ваемым ниже.

часто называют регист­рами общего назначения – РОН); каждый из них

может использоваться для вре­менного хранения любых данных, при этом позволено работать с каждым регист­ром целиком, а можно отдельно и с каждой его половиной (регистры АН, BH, СН, DH – старшие (High) байты, а регистры AL, BL, CL, DL – младшие (Low) байты соответствующих 2-байтовых регистров). Но каждый из универсальных регистров может использоваться и как специальный при выполнении некоторых конкретных команд программы.

в МП, а при выполнении операций умножения и деления АХ

используется для хранения первого числа, участвующего в операции (множимого, делимого), и результата операции (произведения, частного) после ее завершения;
регистр ВХ часто используется для хранения адреса базы в сегменте данных и начального адреса поля памяти при работе с массивами;
регистр СХ – регистр-счетчик, используется как счетчик числа повторений при циклических операциях;
регистр DX используется как расширение регистра-аккумулятора при работе с 32-разрядными числами и при выполнении операций умножения и деления, используется для хранения адреса ячейки памяти или порта внешних устройств при операциях ввода-вывода.

хранения началь­ных адресов полей памяти (сегментов), отведенных в программах для

хранения:
команд программы (сегмент кода – CS);
данных (сегмент данных – DS);
стековой области памяти (сегмент стека – SS);
дополнительной области памяти данных при межсегментных пересылках (рас­ширенный сегмент – ES), поскольку размер сегмента в реальном режиме рабо­ты МП ограничен величиной 64 Кбайт.

предназначе­ны для хранения относительных адресов ячеек памяти внутри сегментов (смеще­ний

относительно начала сегментов):
регистр IP (Instruction Pointer) хранит смещение адреса текущей команды про­граммы;
регистр SP (Stack Pointer) – смещение вершины стека (текущего адреса стека);
регистр BP (Base Pointer) – смещение начального адреса поля памяти, непо­средственно отведенного под стек;
регистры SI, DI (Source Index и Destination Index соответственно) предназначе­ны для хранения адресов индекса источника и приемника данных при операци­ях над строками, матрицами и им подобных.

управляющие прохождением программы в ПК; флаги работают независимо друг от

друга, и лишь для удобства они помещены в единый регистр. Всего в регистре со­держится 9 флагов: 6 из них статусные, отражают результаты операций, выполнен­ных в компьютере (их значения используются, например, при выполнении команд условной передачи управления – команд ветвления программы), а 3 других – управляющие, непосредственно определяют режим исполнения программы.

(0 или 1) из старшего разряда при арифметических операциях и

некоторых операциях сдви­га и циклического сдвига;
PF (Parity Flag) – флаг четности. Проверяет младшие восемь битов результатов операций над данными. Нечетное число единичных битов приводит к установке этого флага в 0, а четное – в 1;
AF (Auxiliary Carry Flag) – флаг логического переноса в двоично-десятичной арифметике. Вспомогательный флаг переноса устанавливается в 1, если арифме­тическая операция приводит к переносу или заему четвертого справа бита одно­байтового операнда. Этот флаг используется при арифметических операциях над двоично-десятичными кодами и кодами ASCII;

результат операции ра­вен нулю; если результат не равен нулю, ZF

обнуляется;
SF (Sign Flag) – флаг знака. Устанавливается в соответствии со знаком резуль­тата после арифметических операций: положительный результат устанавливает флаг в 0, отрицательный – в 1;
OF (Overflow Flag) – флаг переполнения. Устанавливается в 1 при арифметиче­ском переполнении: если возник перенос в знаковый разряд при выполнении знаковых арифметических операций, если частное от деления слишком велико и переполняет регистр результата.

со­стояние этого флага переводит процессор в режим пошагового выполнения про­граммы

(режим трассировки);
IF (Interrupt Flag) – флаг прерываний. При нулевом состоянии этого флага пре­рывания запрещены, при единичном – разрешены;
DF (Direction Flag) – флаг направления. Используется в строковых операциях для задания направления обработки данных. При нулевом состоянии флага ко­манда увеличивает содержимое регистров SI и DI на единицу, обусловливая об­работку строки «слева направо»; при единичном – «справа налево».

МП с системной шиной ПК, а также для приема, предварительного

анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд. Интерфейсная часть включает в свой состав:
адресные регистры МПП;
узел формирования адреса;
блок регистров команд, являющийся буфером команд в МП;
внутреннюю интерфейсную шину МП;
схемы управления шиной и портами ввода-вывода.

ре­гистр команды, непосредственно выполняемой МП, функционально входят в со­став устройства

управления.
Порты ввода-вывода – это пункты системного интерфейса ПК, через которые МП обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у МП мо­жет быть 65 536 (равно количеству разных адресов, которые можно представить числом формата «слово»). Каждый порт имеет адрес – номер порта; по существу это адрес ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода-вывода, использую­щего этот порт, а не частью основной памяти компьютера.
Порту устройства соответствуют аппаратура сопряжения и два регистра памя­ти – для обмена данными и управляющей информацией. Некоторые внешние уст­ройства используют и основную намять для хранения больших объемов информа­ции, подлежащей обмену. Многие стандартные устройства (НЖМД, НГМД, кла­виатура, принтер, сопроцессор и т.д.) имеют постоянно закрепленные за ними порты ввода-вывода.

и управляющей информации для него (переключе­ние порта на прием или

передачу и т. д.);
прием управляющей информации от порта, информации о готовности порта и его состоянии;
организация сквозного канала в системном интерфейсе для передачи данных между портом устройства ввода-вывода и МП.

кодовые шины инструкций, адреса и данные системной шины: при доступе

к порту МП посылает сигнал по кодовой шине инструкций (КШИ), который оповещает все уст­ройства ввода-вывода, что адрес на кодовую шину адреса (КША) является адресом порта, а затем посылает и сам адрес порта. Устройство с совпадающим адресом порта дает ответ о готовности. После чего по кодовой шине данных (КШД) осуществ­ляется обмен данными.