2.2. Функционирование эвм

Функционирование ЭВМ с шинной структурой можно описать следующим обобщенным алгоритмом (рисунок 4):

1. Инициализация. После включения ЭВМ или операции сброса в регистры центрального процессора заносятся некоторые начальные значения. Обычно в процессе инициализации в память ЭВМ помещается программа, называемая первичным загрузчиком. Основное ее назначение – загрузить в память с устройства внешней памяти операционную систему. Эта программа может быть размещена в энергонезависимом устройстве памяти или автоматически считываться с некоторого устройства внешней памяти. На этапе инициализации программному счетчику присваивается начальное значение, равное адресу первой команды программы, указанной выше.

2. Центральный процессор производит операцию считывания команды из памяти. В качестве адреса ячейки памяти используется содержимое программного счетчика.

Рисунок 4 – Обобщенный алгоритм функционирования фон-неймановской ЭВМ

3. Содержимое считанной ячейки памяти интерпретируется процессором как команда и помещается в регистр комады. Устройство управления приступает к интерпретации прочитанной команды. По информации, находящейся в поле кода операции первого слова команды, устройство управления определяет ее длину и, если это необходимо, организует дополнительные операции считывания, пока вся команда полностью не будет прочитана процессором. Вычисленная длина команды прибавляется к исходному содержимому программного счетчика, и когда команда полностью прочитана, программный счетчик будет хранить адрес следующей команды.

4. По содержимому адресных полей команды устройство управления определяет, имеет ли команда операнды в памяти. Если это так, то на основе указанных в адресных полях режимов адресации вычисляются адреса операндов и производятся операции чтения памяти для считывания операндов.

5. Устройство управления и АЛУ выполняют операцию, указанную в поле кода операции команды. Во флаговом регистре процессора запоминаются признаки результата операции (равно нулю или нет, знак результата, наличие переполнения и т. д.).

6. Если это необходимо, устройство управления выполняет операцию записи для того, чтобы поместить результат выполнения команды в память.

7. Если последняя команда не была командой ОСТАНОВИТЬ ПРОЦЕССОР, то описанная последовательность действий повторяется, начиная с шага 1. Последовательность действий центрального процессора с шага 1 до шага 6 называется циклом процессора.

Большинство мини- и микро-ЭВМ имеют шинную организацию и их функционирование описывается приведенным выше алгоритмом. В различных конкретных ЭВМ реализация этого алгоритма может несколько отличаться. Так, например, процессор может считывать из памяти не одну команду, а сразу несколько и хранить их в специальной очереди команд. Используемые программой команды и данные могут храниться не в основной памяти ЭВМ, а в быстродействующей буферной памяти и т. д.

Сформулируем выводы по второму учебному вопросу:

1. Наиболее распространенной архитектурой ЭВМ является архитектура с шинной организацией. При этом основными функциональными блоками ЭВМ служат: центральный процессор, память, генератор тактовой частоты, пульт управления, порты устройств ввода-вывода, система шин.

2. Функционирование любой фон-неймановской ЭВМ описывается рассмотренным алгоритмом и представляет собой последовательность достаточно простых действий.