Принцип программного управления. Микропроцессор. Алгоритм работы процессора
| Загрузить архив: | |
| Файл: mikropr.zip (11kb [zip], Скачиваний: 79) скачать |
_2ГЛА ВА 1
0П Р И Н Ц И П П Р О Г Р А М М Н О Г О
_У2 0П2 0Р2 0А2 0В2 0Л2 0Е2 0Н2 0И2 0Я.
Память машиныможнопредставлять себе как длинную
страницу, состоящуюиз отдельных строк.Каждая такая строка
называется _ячейкой памяти.,и в свою очередь,разделяется на
разряды. Содержимым любого разряда может быть либо 0, либо 1.
Значит,в любую ячейкупамятизаписывается некоторыйнабор
нулей и единиц - _машинноеслово.. Всеячейкипамяти
занумерованы. Номер ячейки называют её _адресом..
Наличие укаждой ячейки адреса позволяет отличать ячейки
друг от друга, обращаться к любой ячейке, чтобы записать в неё
новую информацию или извлечьту информацию,котораявней
хранится.
Все ЭВМ работают в принципе одинаково. Когдабывыни
заглянулив память ЭВМ,в её ячейках хранятся наборы нулей и
единиц._ЭВМ выполняет без участиячеловекане толькоодну
_команду, но и длинную последовательность команд (программу).. В
этом и состоит один из основных принципов работы ЭВМ - _принцип
_программного управления..
Каждая команда кодируетсянекоторойпоследовательностью
изнулей и единиц и помещается,как и число,в одной ячейке
оперативной памяти. Команда состоит из двух частей : кодовой
и адресной.Кодовая часть команды указывает,какое действие
должно быть выполнено, а адресная определяет расположениев
памяти компьютера исходных данных и результата.
Общий вид команды машины может быть таким:
К А1 А2 А3 ,где К - код действия, а А1,А2,А3 -
адресаячеекпамяти (накаждыйадрес отводитсяпо три
разряда). Для выполнения команд служит специальное
_арифметико-логическое устройство .(АЛУ).Оно состоитиз двух
особыхячеек- _счётчика команд .и _регистра команд .,а также
_сумматора.. При выполненииЭВМпрограммы всчётчиккоманд
последовательно заносятся номера ячеек, гдесодержатся
исполняемые команды, сами команды помещаются в регистр команд,
авсумматоре происходят арифметические действия. Сумматор
такжеимеетсвою ячейку-для промежуточныхрезультатов
вычислений. Отметим, чтокоманды современныхЭВМмогут
занимать несколько ячеек памяти.
2КОМАНДЫ 0 2ПРОЦЕССОРА.
21.А0РИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ -этотакие операции, как
сложение, вычитание, умножение, деление и другие.
22.Л0ОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ - это такие операции, как
сравнение, отредактировать и отметить, логическоеИи
логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее.
23.О0ПЕРАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА - это такие операции, как начать,
остановить, опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы
и так далее.
24.О0ПЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯ - этотакие операции,
какпроверитьи установить, загрузить реальные адреса и так
далее.
_2ГЛА ВА 4
М И К Р О П Р О Ц Е С С О Р
Микропроцессор - это процессор, выполненный в виде большой ин-
тегральной схемы(БИС) и заключённый в герметический корпус.В
основе любой ПЭВМ(персональной ЭВМ) лежитиспользование мик-
ропроцессоров. Микропроцессор является "мозгом" компьютера. Он
осуществляет выполнение программ,работающих на компьютере, и
управляет работой остальных устройств компьютера.
Основными характеристиками микропроцессора являются быст-
родействие и разрядность. Быстродействие - это число выполняе-
мых операций в секунду. Разрядность характеризует объём инфор-
мации, которыймикропроцессор обрабатывает за одну операцию:
8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8 битин-
формации, 32-разрядный - 32 бита.Скорость его работы во многом
определяет быстродействие компьютера.В IBM PCиспользуются
микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с
ними процессоры других фирм.
СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА.
┌───────────────────┐
│Микропроцессор │
├─────────┬─────────┤
│ │ │
┌────────────────┤ ┌───┴──┐ ├───────────────┐
│ А Л У │ │У У │ │ РЕГИСТРЫ │
└────────────────┘ └──────┘ └───────────────┘
2А Л У 0- арифметическо-логическое устройство.Оно обеспе-
чивает выполнение основных операций по обработке информации.
Любую задачу компьютер разбивает на отдельные логические
операции, производимыенад двоичными числами,причем в одну
секунду осуществляются сотни тысяч или миллионытаких опера-
ций. Сложение,вычитание, умножение и деление - элементарные
операции, выполняемые А Л У ЭВМ.Полный набор таких операций
называют системой команд, а схемы их реализации составляют ос-
нову А Л У.Помимо арифметического устройства АЛУ включает и
логическое устройство, предназначенное для операций, при осу-
ществлении которых отсутствует перенос изразряда вразряд.
Иногдаэтиоперации называют логическое И и логическое ИЛИ.
Все операции в АЛУ производятся в регистрах - специально отве-
денных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших операций опре-
деляется минимальным временем сложенния двух операндов,нахо-
дящихсяв регистрах.В случае ,если одно или оба слагаемых
находятся не в регистра, а взапоминающемустройстве (ЗУ),
учитывается также время пересылки слагаемых в регистры и время
записи полученной суммы в ЗУ.В большинстве современныхмик-
ропроцессоров это время составляет от нескольких сотен наносе-
кунд до нескольких микросекунд.
2У У0 - устройство управления, управляет процессом обработ-
ки и обеспечивает связь с внешнимиустройствами. РЕГИСТРЫ-
внутренние носители информации микропроцессора. Это внутренняя
память процессора. Регистров - три.Один хранит командыили
инструкции, двадругих - данные.В соответствии с командами
процессор может производить сложение,вычитание или сопостав-
ление содержимого регистров данных.
Основной микропроцессор определяет быстродействие компь-
ютера. Исходныйвариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT
используют микропроцессор Intel-8088. Модель IBM PC AT исполь-
зуетболеемощный микропроцессор Intel-80286 и ее производи-
тельность приблизительно в 5-6 раз больше,чем у IBM PCXT.
МоделисерииPC/2 используютболеемощный микропроцессор
Intel-80386.Их производительность приблизительно в 3-4 раза
больше,чем у IBM PC AT, однако это увеличение производитель-
ности существенно, в основном,для решения задач,требующих
большого об'ема вычислений.
2Характеристики микропроцессоров. 0Микропроцессоры отлича-
ютсядругот друга двумя характеристиками:типом(моделью) и
тактовой частотой. Наиболее распространены модели Intel-8088,
80286, 80386SX, 80386(DX), 80486(SX, SX2, DX, DX2, DX4 и т.д.)
и Pentium,они приведены в порядке возрастания производитель-
ностии цены.Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь
разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота,тем выше
производительность и цена микропроцессора.
2Тактовая частота 0указывает,сколько элементарныхопера-
ций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду.Тактовая
частота измеряется в мегагерцах(МГц).Следует заметить,что
разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции
(например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем
вышемодель микропроцессора,тем меньше тактов требуется для
выполнения одних и тех жеопераций.Поэтому микропроцессор
Intel-80386 работает в два раза быстрее Intel-80286 с такой же
частотой.
2Сопроцессоры. 0Микропроцессоры 8088,80286, 80386 сконс-
труированы так, что они позволяют использовать арифметические
сопроцессоры 8087, 80287, 80387 фирмы "Intel"-соответственно.
Специализация сопроцессоровсостоитв быстрой обработке
чисел сплавающей запятой. Они могут выполнять как обычные опе-
рации сложения, вычетания,умножения и деления,так и более
сложные операции,такиекак вычислениетригонометрических
функций
Конструктивно заложенные в микропроцессор сигналы, позво-
ляют передавать работу сопроцессору и затем получать результа-
ты обработки. Чтобы использовать арифметический сопроцессор,
находящийся в составе компьютера,необходимы программы, кото-
рые могут выдавать специальные коды,необходимые длязапуска
сопроцессора.
2КОМАНДЫ ПРОЦЕССОРА.
210.2АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ0 - этотакиеоперации, как
сложение, вычитание, умножение, деление и другие.
220.2ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ0 - это такие операции, как
сравнение, отредактироватьиотметить, логическое И и
логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее.
230.2ОПЕРАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА0 - это такие операции, как начать,
остановить, опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы
и так далее.
240.2ОПЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯ0 - это такие операции,
как проверить и установить,загрузить реальные адресаитак
далее.
_2Г Л А В А 4
М И К Р О П Р О Ц Е С С О Р.
О С Н О В Н О Й А Л Г О Р И Т М
Р А Б О Т Ы П Р О Ц Е С С О Р А.
2Микропроцессор0 - это процессор,выполненный ввиде
большой интегральной схемы(БИС) и заключённый вгерметический
корпус. В основе любой ПЭВМ(персональной ЭВМ) лежит
использование микропроцессоров. Микропроцессор является
"мозгом" компьютера.Оносуществляет выполнениепрограмм,
работающихнакомпьютере, иуправляетработой остальных
устройств компьютера.
Основными характеристиками микропроцессора являются
быстродействие иразрядность.Быстродействие-эточисло
выполняемых операцийвсекунду. Разрядностьхарактеризует
объём информации, который микропроцессор обрабатывает за одну
операцию: 8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает
8бит информации,32-разрядный - 32 бита.Скорость его работы
во многом определяетбыстродействиекомпьютера. ВIBMPC
используются микропроцессоры,разработанные фирмой Intel, или
совместимые с ними процессоры других фирм.
СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА.
┌───────────────────┐
│Микропроцессор │
├─────────┬─────────┤
│ │ │
┌────────────────┤ ┌───┴──┐ ├───────────────┐
│ А Л У │ │У У │ │ РЕГИСТРЫ │
└────────────────┘ └──────┘ └───────────────┘
2А Л У 0- арифметическо-логическое устройство.Оно
обеспечивает выполнениеосновных операций по обработке
информации.
Любую задачу компьютер разбивает на отдельные логические
операции, производимыенад двоичными числами,причем в одну
секунду осуществляютсясотнитысяч или миллионы таких
операций. Сложение, вычитание, умножение иделение-
элементарные операции, выполняемые А Л УЭВМ.Полный набор
таких операций называют системой команд, а схемы их реализации
составляют основу А Л У. Помимо арифметического устройства АЛУ
включает и логическое устройство, предназначенноедля
операций,при осуществлении которыхотсутствуетперенос из
разряда в разряд. Иногда эти операции называют логическое И и
логическое ИЛИ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах -
специально отведенных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших
операций определяетсяминимальнымвременем сложенниядвух
операндов, находящихся в регистрах.В случае , если одно или
оба слагаемых находятсянев регистра,ав запоминающем
устройстве (ЗУ), учитывается также время пересылки слагаемых в
регистры и время записи полученной суммы в ЗУ.В большинстве
современных микропроцессоров это время составляет от
нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд.
2У У 0- устройство управления, управляетпроцессом
обработкииобеспечивает связьсвнешними устройствами.
РЕГИСТРЫ - внутренние носители информации микропроцессора. Это
внутренняя память процессора.Регистров - три.Одинхранит
команды или инструкции, два других - данные. В соответствии с
командами процессор может производить сложение,вычитание или
сопоставление содержимого регистров данных.
Основной микропроцессор определяет быстродействие
компьютера. Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC
XT используют микропроцессорIntel-8088. МодельIBMPCAT
использует болеемощныймикропроцессорIntel-80286 иее
производительность приблизительно в 5-6 раз больше,чем у IBM
PC XT. Модели серии PC/2 используют более мощный
микропроцессор Intel-80386. Их производительность
приблизительно в 3-4 раза больше,чем у IBM PC AT, однако это
увеличение производительностисущественно, восновном,для
решения задач, требующих большого об'ема вычислений.
2Характеристики микропроцессоров. 0Микропроцессоры
отличаются друг от друга двумя характеристиками:
типом(моделью) и тактовой частотой.Наиболеераспространены
модели Intel-8088, 80286,80386SX, 80386(DX), 80486(SX, SX2,
DX,DX2,DX4 и т.д.) и Pentium,ониприведены впорядке
возрастания производительностиицены. Одинаковыемодели
микропроцессоров могут иметь разнуютактовую частоту-чем
вышетактоваячастота, темвышепроизводительность и цена
микропроцессора.
2Тактовая частота 0указывает, сколько элементарных
операций(тактов) микропроцессорвыполняетв однусекунду.
Тактовая частота измеряется в мегагерцах(МГц).Следует
заметить,что разные модели микропроцессоров выполняют одни и
тежеоперации (например,сложение или умножение) за разное
число тактов.Чем вышемодельмикропроцессора,тем меньше
тактов требуетсядлявыполнения однихитех же операций.
Поэтому микропроцессор Intel-80386 работает в два раза быстрее
Intel-80286 с такой же частотой.
2Сопроцессоры. 0Микропроцессоры 8088, 80286, 80386
сконструированы так, что они позволяют использовать
арифметические сопроцессоры 8087, 80287, 80387 фирмы
"Intel"-соответственно.
Специализация сопроцессоров состоит вбыстройобработке
чиселсплавающейзапятой. Онимогутвыполнять как обычные
операции сложения, вычетания, умножения и деления, так и более
сложные операции,такиекак вычислениетригонометрических
функций
Конструктивно заложенные в микропроцессор сигналы,
позволяют передавать работусопроцессоруи затемполучать
результаты обработки. Чтобы использовать арифметический
сопроцессор, находящийсявсоставе компьютера,необходимы
программы, которые могут выдавать специальные коды,
необходимые для запуска сопроцессора.
2Основной алгоритм работы процессора.
Процессор начинаетработу после того,как программа за-
писана в память ЭВМ, а в Счетчик Команд записан адрес первой
команды программы. Работупроцессора можно описать следующим
циклом:
_2НЦ
│ чтение команды из памяти по адресу, записанному в СК
│ увеличение СК на длину прочитанной команды
│ выполнение прочитанной команды
_2КЦ
Обратите внимание,что послечтения очереднойкоманды
процессор увеличивает СК на длину команды. Поэтому при следую-
щем выполнении тела цикла процессор прочтет и выполнит следую-
щую команду программы, потом еще одну и т. д. Цикл закончится,
когда встретится и будет выполнена специальная команда "стоп".
Витоге ЭВМ автоматически,без участия человека,команда за
командой выполнит 2всю команду0 целиком.
Автоматизм работы процессора, возможность выполнения
длинных последовательностей команд без участия человека - одна
из основных отличительных осбенностей ЭВМ как универсальной
машины обработки информации.