Материалы для подготовки к экзамену по дисциплине "Организация ЭВМ"

Организация ЭВМ

Вопрос №1

Процессор. Состав, структурная организация, ША, ШД, ШУ, управляющие регистры, АЛУ, СОЗУ, УУ. Назначение основных компонентов процессора и их взаимодействие на цикле исполнения команды; алгоритм работы процессора; командный и микрокомандный уровень управления.

Процессор – устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных и программное управление этим процессом. Процессор дешифрирует и выполняет команды программы, организует обращения к оперативной памяти, в нужных случаях инициирует работу периферийных устройств, воспринимает и обрабатывает запросы, поступающие из устройств машины и из внешней среды («запросы прерывания»).

Процессор занимает центральное место в структуре ЭВМ, так как он осуществляет управление взаимодействием всех устройств, входящих в состав ЭВМ.

Основной состав процессора:

Рис.1.1. Состав процессора

·  арифметическо-логическое устройство АЛУ – основной блок обработки информации; в АЛУ выделены входные регистры для приема входных данных Р1 и Р2 и выходной регистр результата РР, а также регистр флагов, осведомительный сигнал с которого поступает в устройство управления УУ,

·  сверхоперативное запоминающее устройство СОЗУ (регистры общего назначения РОН, регистры с произвольным обращением); объем СОЗУ может варьироваться от нескольких слов до десятков килослов; служит СОЗУ для хранения операндов, различных модификаторов и промежуточных результатов; является буфером между АЛУ и ОЗУ,

·  регистр команд РК служит для хранения текущей команды в течение всего цикла ее исполнения; на РК выделяют операционное поле (поле кода операции) КОП и адресное поле АП, которое хранит информацию о том, где хранится операнд и как формируется адрес этого операнда,

·  дешифратор кода операции ДСКОП предназначен для приема операционного поля команды и настройки УУ в соответствии с этой командой на генерирование серии управляющих сигналов,

·  управляющее устройство (управляющий автомат) УУ может быть представлено одним управляющим автоматом или цепочкой управляющих автоматов, вырабатывает управляющие сигналы {y}, которые поступают на все блоки процессора, и принимает осведомительные сигналы {x}со всех блоков процессора,

·  блок управляющих регистров БУР предназначен для временного хранения управляющей информации, содержит регистры и счетчики, участвующие в управлении вычислительным процессом: программный счетчик или счетчик адреса команд СЧАК, где хранится адрес текущей команды и формируется адрес следующей команды, регистры, хранящие информацию о состоянии процессора, счетчики тактов, регистр запросов прерывания, регистр маски, регистр порога прерывания и др.,

·  блок связи с ОП и некоторым другим, в том числе внешним по отношению к ЭВМ, оборудованием организует обмен информацией процессора с оперативной памятью и защиту участков ОП от недозволенных данной программе обращений, а также связь процессора с периферийными устройствами и внешним по отношению к ЭВМ оборудованием (другими ЭВМ и т.д.).

В состав процессора также могут входить и некоторые другие блоки, участвующие в организации вычислительного процесса (блок прерывания, блок защиты памяти, блок контроля правильности работы и диагностики процессора и др.).

Обмен данными между блоками МП осуществляется по шине данных (ШД), передача адресов – по шине адреса (ША).

Цикл исполнения команды.

По содержимому СЧАК происходит обращение в ОЗУ и выборка из ОЗУ команды на регистр команд РК. Команда принимается на РК и затем определяется тип команды по содержимому поля кода операции КОП с помощью дешифратора и УУ, которое на протяжении всей работы процессора формирует управляющие сигналы для всех блоков процессора. Затем по содержимому адресного поля АП происходит формирование исполнительных адресов (адресов, по которым в памяти хранятся операнды), причем операнды могут храниться как в ОЗУ так и в СОЗУ. Далее происходит выборка операндов по исполнительным адресам и засылка их в соответствующие блоки для обработки.