Файл: микры и вмсс вместе.doc

9. Принцип работы эвм. Классификация мп. Программная модель мп Intel 8086. Сегментация памяти

Структурная схема ЭВМ

УВВ- уст-во ввода, выполняет ф-цию загрузки кода программы.

ОЗУ-программа и данные подлежат обработке в закодированном виде и хранятся в ОЗУ, используют двоичное кодирование.

Программа- упорядоченная последовательность команд, надлежащих обработке, состоит из команд, имеющих свой адрес.

Команда содержит указания на элементарные действия, адреса операндов.

Операнды- данные участвующие в выполнении конкретных операций. Команды и данные различного типа(числовые, графические и др) имеют различные двоичные форматы=1 байту. Структурная единица инф-ции представляется в двоичном коде. Формат состоит из полей. Поле непрерывная последовательность бит, имеющая определенный смысл.

АЛУ- арифметико-логическое уст-во выполняет арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ явл-ся операционный автомат, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др. Оно каждый раз перестраивается на выполнение очередной операции. Рез-ты выполнения отдельных операций сохраняются для последующего использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память.

УУ- устройство управления, предназначен для автоматического выполнения программ. УУ выбирает из ОЗУ код команды в определенном порядке, предписанном программой, кроме того, УУ формирует сигнал управления необходимый для исполнения команды в АЛУ.

Увыв- уст-во вывода

ВЗУ- внешнее запоминающее уст-во, обеспечивает хранение инф-ции.

Совокупность микрокоманд соотв каждой команде наз микрооперацией.

Команды передачи управления- они модифицируют адрес команды(если адрес линейный, то адрес следующей команды=длине программы предыдущей+адрес этой команды, если разветвляется алгоритм, то в программу вкл программы передачи управления, кот модифицируют адрес команды).

Принцип работы ЭВМ

Компьютер работает по программе, записанной в ОЗУ. Программа - это последовательность команд. Каждая команда представляет собой в закодированном виде алгоритм выполнения одного определенного действия. Числа с которыми надо работать также хранятся в ОЗУ.

Команды поочередно, в порядке возрастания их адресов, вызываются в УУ для расшифровки. В зависимости от кода команды АЛУ или другое устройство настраивается на выполнение определенной операции (сложение, вычитание, печать, чтение диска, вывод на дисплей и т.п.).

Оперативная память IBM PC

Процессор может оперировать (выполнять команды) как с отдельными байтами, так и со словами (2 байта) памяти.

Слова в памяти размещаются так:

00000 │ Мл.байт │ Ст.байт │ 00001 Младший байт по четным адресам.

00002 │ Мл.байт │ Ст.байт │ 00003 Старший байт по нечетным адресам.

00004 │ Мл.байт │ Ст.байт │ 00005 Поэтому при индикации слов на байты надо менять местами.

FFFFE │ Мл.байт │ Ст.байт │ FFFFF

Например: 3412 означает число = 1234

Сегментация-это метод управления памятью.

Для совместимости все адреса команд состоят только из 4 цифр (0000...FFFF) и могут адресовать только 64к памяти. Такой участок памяти называется сегментом.

Полный адрес любой ячейки памяти состоит из двух частей:

- адрес начала сегмента (базовый адрес);

- адрес внутри сегмента (адрес смещения).

Базовый адрес, вообще говоря, должен состоять из пяти цифр в диапазоне 00000...FFFFF. Но чтобы не писать пятую цифру, ее всегда считают равной 0. Например, если записан адрес сегмента = 2534, то это означает, что на самом деле его адрес 25340.

В связи с этим, сегменты не могут начинаться где попало, а только с адресов с цифрой 0 в конце. Эти адреса называются адресами ПАРАГРАФА. Начало параграфа через каждые 16 адресов (16=10h). Базовый адрес хранится в специальном регистре, а адрес смещения записан в команде.

Полный адрес записывается так:

253А:7516

базовый│адрес

адрес│смещения

Физический адрес определяется так: 253АО = баз.адрес +7516 = смещение 2С8В6 = физ.адрес

Для хранения базовых адресов в процессоре предусмотрено четыре 16-и разрядных (по 2 байта) регистра с именами: DS,CS,SS,ES.

Классификация:

1.Аналоговые-инф-ция представляется в форме непрерывных сигналов, такие машины исп-ся в составе спец оборудования, для решения задач моделирования.

2.Цифровые-инф-ция в цифровом виде. Цифровая обработка – обр-ка, когда время обр не превышает 1 периода дискретизации вх сигнала (задержка между вх и вых сигналом).

Микропроц можно разделить на : Универсальные (наиб производительные в выполн команд как с фиксир, так и с плав точкой, не имеют специализ периф, обрабат данн большого размера, наиб дорогостоящ, прим в перс комп, раб станц, больших и супер эвм), Специальн процессоры (проц-ры цифр обработки сигналов, предназн для обраб сигналов в реальн масшт врем, разрядн неск ниже чем у универ, тактов частота тоже ниже, имеют архитектуру, ориентированную на реш задач цифр обр сигналов, проц-ры обработки потоков данн, прим в радиовещании, связи, аудио, видео сист, медицине, сист спец назначения, телекоммуникации), Мк проц-ры для построения массово-параллельных структур (проц-р имеет обще поле памяти и возник задача общего пользования памятью (доступа), задача микропроц обмена внутри большого процессора. Для таких вычислителей использ специальное программн обеспеч, обеспечивающ эффективное распараллеливание задачи с целью равномерной загрузки всех процессоров. Эфф-ть хар-ся коэффиц-м эффект-ти: N процессоров, производит-ть каждого M, производ-ть при полной нагрузке Пмакс= N*M, Кэф= Пр/Пмакс – показывает насколько реальная производительность отличется от максим. Процессоры использ для повышения надежности в т.н. задачах резервирования), Микроконтр-ры (предназн для использования во встроенных системах управл и обработки информации – микропроцессоры обработки событий в реальном масштабе времени – задержка вых сигнала – не более 1 периода дискретизации. Класс облад наибольшей номенклатурой, что обуслов-но узкой специальзацией, отличие мк-контроллеров в основном связано с составомперифер-х устройств. Микроконтр как правило обрабат-т данные разм в 1 (8 разр-е) и 2 байта (16 разр-е), большинство реализ только целочисленн арифметику, Такт частота относ-но невыс – порядка 10ков МГц. Примен в измерит и преобр технике, электро привод, робототехн, и др автоматич и автоматизир технич сист ), PIC – проц-ры (контролеры) – предназн для реализац относит-но несложн цифр устройств с целью замены устройств выпол-х на интегр сх малой и средн степени интеграции, могут использоваться для реализации интерфейса USB. Проц-р имеет упрощ сист команд: - все команды имеют одинаков длину и выполн за одинаковое число тактов.

Регистры

Процессор IBM PS содержит следующие регистры, которые могут быть использованы при составлении программы:

Сегментные регистры

DS хранит адрес сегмента данных

CS хранит адрес сегмента кодов

SS хранит адрес сегмента стеков

ES хранит адрес дополнительного сегмента

Регистры данных

AX AH AL используется как аккумулятор

BX BH BL используется как регистр второго операнда

CX CH CL используется как регистр-счетчик

DX DH DL используется как вспомогательный регистр

Индексные регистры

SI используется как индексный регистр источника

DI используется как индексный регистр приемника

BP используется как индексный регистр стека

Регистры указателей

IP указатель адреса команды

SP указатель стека

Регистор флагов

15p 0p признаки: 1 - есть признак 0 - нет признака

0p (CF) - признак переноса

2p (PF) - признак четности

4p (AF) - признак вспомогательного переноса из 3 в 4 разряд

6p (ZF) - признак нуля

7p (SF) - признак знака

8p (TF) - признак трассировки

9p (IF) - признак разрешения прерываний

10p(DF) - признак инкремента(0),декремента(1) индексного регистра

11p(OF) - признак переполнения

10. Система памяти эвм. Особенности памяти типа стек. Назначение и принцип действия кэш-памяти.

СИСТЕМА ПАМЯТИ

Cистема памяти PC имеет иерархическую структуру:

РОН - сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) Емкость 2..64 регистра. Время доступа 15..17 нс. ОЗУ - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ и ПЗУ) Емкость 1Мб..64Мб. Время доступа 70..80 нс (ПЗУ-200 нс) Диски - жесткие и гибкие. Массовая память. Емкость 20Мб..100Гб. Время доступа большое, поэтому обмен сразу файлами.

Оперативная память (ОЗУ)

Oперативная память ROM (Random Access Memory - Память с произвольным доступом) может быть построена на МС двух типов: динамического и статического. Память статического типа (SRAM) более быстродействующая, но энергоемкая, поэтому и плотность размещения в кристалле более чем на порядок меньше, чем у динамической памяти. Память динамического типа (DRAM) более медленная да еще требует цикла регенерации через каждую 1mc. Зато огромная плотность и дешевле. Поэтому память ПК в основном всегда динамическая. К оперативной относится и так называемая постоянная память (ROM - Read Only Memory). Она входит в адресное пространство ОЗУ. Используется в основном для хранения программ BIOS (Basis Input/Output System). Ее быстродействие еще меньше, чем DRAM. Емкость обычно не более 64..128 Kb.

ОЗУ статического типа (SRAM)

ОЗУ статического типа строится на основе триггерных регистров со схемами управления в одном кристалле. Время доступа 30..35 нс. ПЗУ - постоянное запоминающее устройство. РПЗУ - репрограммируемое постоянное запоминающее устройство. Функциональная схема ПЗУ такая же как ОЗУ, но отсутствует 'Вх.данн.', сигнал 'W/R'(Зп/чт) и обозначение 'ROM'. Микросхемы ПЗУ и РПЗУ выпускаются, как правило, много разрядными (на 1 байт).

┌──┬───┬──┐

Aдр. │ │ │ │ Вых.данн

─── ┤A0│ROM│D0├──────

Aдр. │ │ │ │ Вых.данн

─ ──┤A1│ │D1├───────

Aдр. │ │ │ │ Вых.данн

── ─┤A2│ │D2├──────

Aдр. │ │ │ │ Вых.данн

─ ─│ ..│ │. .├ ─ ─ ─ ─

Aдр. │ │ │ │ Вых.данн

─ ──┤ A9│ │D7├─────

├──┤ │ │

В/. │ │ │ │

─── ┤CS│ │ │

крист│ │ │ │

└──┴───┴──┘

1. Чтобы увеличить разрядность запараллеливаются все выводы всех микросхем, кр оме 'Вых.данных'.

2. Чтобы увеличить емкость запараллеливаются все выводы всех микросхем, кроме СS

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) значительно проще по схеме чем ОЗУ, поэтому обычно МС ПЗУ имеют гораздо большую емкость в одном кристалле.

ОЗУ динамического типа

ОЗУ статического типа достаточно сложны и потребляют большую мощность на элемент, поэтому не могут быть сделаны большой емкости. ОЗУ динамического типа много проще и во время хранения вообще не потребляют тока (только при Зп или Счит.). Позволяют достигать большой плотности размещения. Дв.код хранится на емкостях, в качестве которых используются паразитные емкости электродов. Но т.к. емкости разряжаются из-за утечки, информацию надо периодически восстанавливать (не реже, чем через 1000 - 2000 мкс). Время доступа 60..70 нс.

СТЕК

Стековая память занимает особое место, т.к. это безадресная память. Бывает аппаратным или программным, чаще всего. В переводе 'stack' - куча. Работает по принципу: первым пришел - последним ушел. Обычно для стека отводится область в оперативной памяти. Но чтобы стек работал как стек, PC имеет специальный регистр SP - указатель стека. Этот регистр всегда хранит адрес последнего поступившего в стек слова. Для этого, при записи в стек: SP:=SP+2 т.к.запись в стек и чтение, а при чтении из стека: SP:=SP-2 из стека производится словами по два байта. Стек растет «вниз2 по направлению уменьш адресов. Кроме того устройство управления выдает сигналы 'Стек пуст' и 'Стек переполнен'. В системе команд есть команды:

PUSH BX - запись в стек из регистра (нельзя push BL или push BH)

POP BX - чтение из стека в регистр (нельзя push BL или push BH)

Стек неявно использ при вызове и возврате из подпрограмм и при возврате из любого прерывания или вызове программного прерывания (CALL, RET, IRET, INT). Стек использ для передачи параметров в подпрогр (регистр BP)

КЭШ-ПАМЯТЬ

Cache - в дословном переводе означает "тайный запас, тайник". Лучшие образцы динамической памяти имеют время обращения 60...70 нс. Для МП с тактовой частотой > 15 МГц (66 нс) считывать информацию из памяти за 1 такт работы МП не удается. Чтобы не замедлять работу используют т.н. КЭШ-память. Буферная память небольшой емкости с возможностью работы на тактовой частоте МП - это и есть КЭШ-память. Основн назначение – повышение быстродействия за счет дублирования часто используемых данных. Основн эффект достиг в командах чтения.