Проектирование центральных и периферии?ных устрои?ств ЭВС лекция 2

Орлов «Организация ЭВМ и систем»
Хамахер, Вранешич, Заки «Организация ЭВМ»
Пескова, Гуров,

Кузин «Центральные и периферийные устройства электронных вычислительных средств»
Тихонов, Баранов «Организация ЭВМ и систем»
Гук «Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия»
Хорошевский «Архитектура вычислительных систем»

исходного.
Применение различных способов адресации обусловлено причинами:
- необходимость получения наименьшей разрядности

адресного поля команды при адресации оперативной памяти большой емкости;
- требование удобства адресации элементов массивов данных в циклических программах;
- необходимость обеспечения возможности написания программ, перемещаемых программ, не зависящих от абсолютных адресов памяти.

адресном поле команды размещается сам операнд, подлежащий обработке;
Прямая адресация –

способ адресации, при котором исполнительный адрес совпадает с исходным;
Регистровая адресация - используется для обращения к рабочим регистрам выбранного банка рабочих регистров. Команды с регистровой адресацией содержат в коде операции поле, которое определяет номер регистра;
Косвенная адресация – в адресном поле команды указывают адрес ячейки памяти, в которой хранится исполнительный адрес;
Относительная адресация (в некоторых случаях называемая индексной) – исходный адрес состоит из адреса индекса Ax и смещения D. Адрес индекса является номером регистра или адресом ячейки), где хранится значение индекса Х. Исполнительный адрес AE при относительной адресации получают посредством сложения содержимого регистра или ячейки (AX)=Х, указываемых адресом индекса AX, и смещения D, т.е. AE =(AX) + D = X + D;
Неявная адресация - подразумевает, что адрес к регистрам или памяти не указывается при помощи операнда. Адрес регистра определяется самой инструкцией и содержится в коде операции;

цикла выполнения команды – синхронные УУ, асинхронные УУ, смешанные (синхронно-асинхронные)

УУ;
Количество уровней управления – одноуровневые УУ, многоуровневые УУ;
Метод хранения программы – УУ с внутренним хранением программ, УУ с внешним хранением программ;
Порядок следования команд программы – УУ с естественным порядком следования команд, УУ с принудительным порядком следования команд;
Формат реализуемых команд – одноадресные, двухадресные, трехадресные УУ, УУ с переменной адресностью команд; безадресные УУ;
Способ реализации команд – централизованные УУ, распределенные УУ;
Способ построения управляющего автомата – схемные УУ, микропрограммные УУ.

не могут быть изменены пользователем.
Микропрограмма в таком автомате хранится

за счет системы жестких связей между узлами УУ. Для изменения микропрограммы требуется демонтаж жестких связей и создание новой схемы. Основным преимуществом схемных УУ является быстродействие. Недостатком УУ на жесткой логике является то, что любые изменения или модификации команд процессора, требующие изменения микропрограмм, приведут к изменению структуры управляющего автомата, а следовательно, и топологии его внутренних связей.

В микропрограммном УУ, схемное управление заменено устройством управления на основе ПЗУ. Хранимая в ЗУ программа управляет каждым узлом процессора в каждом цикле. Микропрограммное управление обладает достоинствами:
-простотой проектирования, тестирования и эксплуатации;
- легкостью внесения изменений в список команд ЭВМ;
- регулярностью схемы УУ, облегчающей ее изготовление методами технологии БИС.
К недостаткам МПУУ относятся не высокое быстродействие, и сравнительно большая стоимость реализации УУ, ориентированных на выполнение простых и небольших микропрограмм.

регистры;
регистр флагов;
указатель команды.

фиксируется перенос из старшего разряда при сложении и заем в

старший разряд при вычитании;
PF – Parity Flag ( флаг паритета четности). Этот флаг используется как аппаратная поддержка контроля по четности (нечетности);
AF – Аuxiliary Carry Flag (флаг вспомогательного переноса). В этом флаге фиксируется межтетрадный перенос при сложении и межтетрадный заем при вычитании;
ZF – Zero Flag (флаг нуля). Устанавливается при нулевом результате операции;
SF – Sign Flag (флаг знака). В него копируется старший бит результата, интерпретируемый как знак;
OF – Overflow Flag (флаг переполнения). Устанавливается в командах сложения и вычитания в случае, если результат операции не помещается в формате операндов.
Флаги управления:
TF – Trace Flag (флаг трассировки (ловушки)). При установке флага TF процессор переводится в отладочный режим работы;
DF – Direction Flag (флаг направления). Его значение используется командами обработки строк (цепочек) и определяет направление обработки;
IF – Interrupt Flag (флаг прерываний). С помощью этого флага разрешаются или запрещаются внешние прерывания.

информацию. Отдельные устройства памяти называют запоминающими устройствами. Основные операции с

памятью – процедура записи, процедура чтения (выборки).

в котором осуществляется в соответствии с используемой схемой дешифрации адреса

и управления выборкой данных.
Под реальной ОП понимают устройство ОП, для которого может быть установлено соответствие между адресами обращения и выборкой информации. Объем реальной ОП не превышает объема физической памяти.
Виртуальная ОП — это память, границы которой определяются допустимым адресным пространством. Объем ВП может значительно превышать объем реальной ОП.

последовательности блоков данных, называемых записями. Для доступа к нужному блоку

необходимо прочитать все предшествующие ему данные;
Прямой доступ - данные в памяти с прямым доступом также хранятся блоками-записями. Доступ к записи осуществляется по уникальному адресу, отражающему ее физическое размещение в ЗУ. После осуществления обращения к определенной записи производится последовательный доступ к единицам информации внутри записи;
Произвольный доступ - память делится на ячейки. Обращение к любой ячейке занимает одно и то же время и может производиться в произвольной очередности;
Ассоциативный доступ - осуществляется по содержимому элементов данных. Требуемое содержимое задается с помощью специального образца, сравнение с которым осуществляется для всех ячеек памяти, как правило, параллельно.

информации.
Иерархические уровни памяти отличаются по быстродействию и емкости, более быстродействующие

уровни памяти имеют меньшую емкость и располагаются на более высоком уровне иерархии, ближе к процессору
Первое обращение к блоку информации приводит, как правило, к перемещению блока с более медленного уровня иерархии на более быстрый. За счет принципа локальности по обращению, последующие обращения к этому блоку приводят к выборке только из быстродействующей памяти.
Иерархической памяти свойственно уменьшение среднего времени обслуживания ЦП.

считывания данных. Для количественной оценки быстродействия памяти обычно используют три

параметра: время доступа, время передачи данных, длительность цикла обращения, или период обращения.
Производительность памяти можно характеризовать как скорость потока записываемых или считываемых данных и измерять в мегабайтах в секунду. Производительность памяти, как основной, так и кэша, обычно характеризуют длительностью пакетных циклов чтения.
Достоверность хранения данных вероятность ошибки возрастает с увеличением объема памяти. В первых моделях PC применялся контроль четности. В этом случае каждый байт памяти сопровождается битом четности (parity bit), дополняющим количество единиц в байте до нечетного. В компьютерах особо ответственного применения используют память с обнаружением и коррекцией ошибок (Error Checking and Correcting, ECC).

основана на использовании триггеров в качестве запоминающего элемента.

и считывание информации производится путем открытия транзисторов Т1 и Т2

и подключением накопительной емкости С к шине данных.

холостыми циклами.

данные в память может записывать пользователь, для записи используется плавкое

соединение.
EPROM стираемая перепрограммируе­мая ROM (Erasable Programmable ROM). Для стирания необходимо с помощью ультрафиолетового света удалить заряды, заключенные в транзисторах ячеек памяти.
EEPROM электрон­но-перепрограммируемая постоянная память (Electrically Erasable Programmable ROM, EEPROM), для стирания или перезаписи нужно подавать разные напряжения для чтения и для записи.

УС -1; ОП[(УС)]:=ШД.
При извлечении слова из стека реализуются следующие операции:
Ш

Д:= ОП[(УС)]; УС := УС +1.

в заполненной кэш-памяти;
алгоритм согласования содержимого основной и кэш-памяти;
число уровней кэш-памяти.

«первый вошел, первый вышел» (FIFO);
Алгоритм наименее частого использования (LFU);
Алгоритм произвольного

выбора строки для замены.

записи;
Методы обратной записи.
Стратегии замещения при промахе:
разместить записываемый блок в кэш-памяти;
не

размещать записываемый блок в кэш-памяти. Блок модифицируется в ОП и не загружается в кэшпамять.