- •Глава 1.
- •Базовая структура машины Джона фон Неймана:
- •Поколения эвм.
- •Представление информации в эвм.
- •Представление других видов информации.
- •Системы счисления.
- •Перевод целых чисел.
- •Перевод дробных чисел.
- •Прямой, обратный и дополнительный коды.
- •Прямой код.
- •Обратный код.
- •Дополнительный код
- •1.1.12. Модифицированные коды.
- •1.2. Структура эвм и назначение ее элементов.
- •1.2.1. Элементы архитектуры вычислительных систем.
- •1.2.2. Понятие о системе программного обеспечения эвм. Понятие об архитектуре эвм.
- •1.2.3. Общие принципы построения современных эвм.
- •1.3. Центральный процессор эвм.
- •1.3.1. Принципы построения элементарного процессора.
- •1.3.2. Операционные устройства (алу).
- •1.3.3. Управляющие устройства.
- •1.3.4. Уу с жесткой логикой.
- •1.3.5. Структура базового микропроцессора.
- •1.3.6. Структура микропроцессора.
- •1.4. Организация и структура памяти.
- •1.4.1. Структура памяти эвм.
- •1.4.2. Способы организации памяти.
- •1.4.3. Адресная память.
- •1.4.4. Ассоциативная память.
- •1.4.4. Стековая память (магазинная).
- •1.4.5. Постоянный зу (пзу, ппзу).
- •1.4.6. Флеш-память.
- •1.4.7. Размещение информации в основной памяти ibm pc.
- •1.5. Система прерываний.
- •1.5.1. Назначение, принцип работы и организация системы прерываний эвм.
- •1.5.2. Возможные структуры систем прерывания.
- •1.5.3. Характеристики систем прерывания.
- •1.6. Системы ввода-вывода.
- •1.6.1. Принципы организации ввода / вывода информации в эвм.
- •1.6.2. Общие принципы организации вв.
- •1.6.3. Программный вв.
- •1.6.4. Вв по прерываниям.
- •1.6.5. Вв в режиме пдп.
- •Пдп с захватом цикла.
- •Пдп с блокировкой процессора.
- •Системы визуального отображения информации (видеосистемы).
- •Клавиатура.
- •Принтер.
- •Сканер.
- •Устройства ввода-вывода звуковых сигналов.
- •1.8. Компоненты материнской платы.
- •Chipset.
- •Разновидности слотов.
- •Типы обмена по системной магистрали.
- •1.8. Введение в микропроцессорную технику.
- •Классификация мп
- •Структура типового микропроцессора
- •1.9. Архитектура современных эвм.
- •Глава 2.
- •Пользователь 1
- •1. Основные понятия безопасности
- •2. Проблемы обеспечения безопасности ос
- •3. Основные функции подсистемы защиты ос
- •4. Отказоустойчивость операционных систем
- •Глава 3
1.3. Центральный процессор эвм.
1.3.1. Принципы построения элементарного процессора.
Ранее, при рассмотрении обобщенной структуры ЭВМ, отмечалось, что основным устройством, непосредственно осуществляющим переработку поступающей в ЭВМ информации, является процессор (в больших ЭВМ – центральный процессор). Естественно, что конкретные типы ЭВМ содержат в своем составе процессоры, построенные по различным схемам, и процессоры больших ЭВМ существенно отличаются от процессоров мини- и микроЭВМ (о суперЭВМ и говорить не приходится). Однако основные принципы построения процессоров, в общем-то, одинаковые, причем наиболее наглядно их можно продемонстрировать на примере простейшего микропроцессора. Это оправдано и с той точки зрения, что инженер-разработчик радиоэлектронной аппаратуры или аппаратов автоматического управления имеет дело не с большими ЭВМ, а с микропроцессорными комплектами и построенными на их базе мини- и микроЭВМ. Ввиду этого рассмотрев общие вопросы построения ЭВМ, более подробно остановимся на обобщенной структуре гипотетического микропроцессора.
Ранее рассматривались действия над числами (сложение, вычитание, умножение), представленными в различной форме. Было подчеркнуто, что все эти действия осуществляются с помощью элементарных операций, выполняемых в определенной последовательности.
К таким элементарным операциям относятся:
- запись числа в регистр;
- инвертирование содержимого разрядов регистра;
- пересылка содержимого регистров;
- сдвиг содержимого регистра;
- сложение кодов;
- поразрядные логические операции или анализ разрядов;
- операция счета с+1 или с-1 (инкремент или декремент).
1.3.2. Операционные устройства (алу).
В разделе "Представление информации в ЭВМ" было показано, что различные арифметические операции над числами (представленными, кроме, того в различной кодировке) требуют существенно различных последовательностей микроопераций. Кроме того, очевидно, что чем многофункциональнее электронное устройство, тем сложнее его структура (больше элементов) и тем медленнее оно работает. С другой стороны, функции такого сложного устройства может выполнить набор более простых и быстродействующих устройств, однако аппаратурные затраты и цена будут выше.
В общем случае операции, выполняемые в АЛУ, можно разделить на следующие группы:
- операции двоичной арифметики для ЧФЗ;
- операции двоичной (шестнадцатеричной) арифметики для ЧПЗ;
- операции десятичной арифметики;
- логические операции;
- операции индексной арифметики (при модификации адресов команд);
- операции специальной арифметики: нормализация чисел, арифметический сдвиг (сдвигаются только цифровые разряды без знакового), логический сдвиг (сдвигаются все разряды) и т.д..
ЭВМ общего назначения обычно реализуют операции приведенных выше групп, но делают это по-разному, в зависимости от типа АЛУ, используемого в процессоре.
АЛУ подразделяется на блочные и многофункциональные.
В блочных АЛУ (рис. 3.3) перечисленные группы операций выполняются в отдельных электронных блоках, при этом повышается скорость работы, так как блоки могут параллельно выполнять соответствующие операции. Кроме того, специализированный блок всегда выполняет операции быстрее, чем универсальный перенастраиваемый блок.
Блочные АЛУ характерны для больших ЭВМ, где главным является максимальное быстродействие, а не аппаратные затраты и стоимость. Простейшие сопроцессоры в микроЭВМ, выполняющие операции с ЧПЗ, также можно рассматривать как специализированные блоки, поэтому АЛУ микроЭВМ с сопроцессорами можно иногда рассматривать как блочные.
В многофункциональных АЛУ перечисленные группы операций выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы. Такие АЛУ характерны для мини- и микроЭВМ, построенных на простых процессорах.
Существуют и другие структуры АЛУ (смешанные), находящиеся где-то между блочными и многофункциональными.
Следует иметь в виду, что часто ЭВМ, построенные на базе простейших микропроцессоров, имеют АЛУ, позволяющие выполнять только операции двоичной арифметики над ЧФЗ и некоторые логические операции. В этом случае остальные группы операций выполняются специальными подпрограммами, что сильно понижает скорость их выполнения.
Структурная схема АЛУ простейшего микропроцессора аккумуляторного типа изображена на рис. 3.4.
Уже отмечалось, что АЛУ в целом и двоичный сумматор имеют одно обозначение. В соответствии со сделанными ранее замечаниями регистр временного хранения и аккумулятор можно считать вспомогательными узлами АЛУ.