- •Архитектура вычислительных систем. Вычислительные машины, системы и сети
- •2 Простейшие типовые элементы вычислительных машин 21
- •10 Вычислительные системы параллельной обработки. 147
- •11 Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем 165
- •12 Организация компьютерных сетей 174
- •13 Стандартизация компьютерных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем 182
- •1 Основные понятия вычислительной техники и принципы организации вычислительных систем
- •1.1 Основные понятия и определения
- •1.2 Принципы организации вычислительных машин и систем
- •1.3 Основные характеристики вычислительных машин и
- •1.4 Многоуровневая организация вычислительных процессов
- •Вопросы для самопроверки
- •2 Простейшие типовые элементы вычислительных машин
- •2.1 Комбинационные схемы
- •1) Конъюнкция (логическое умножение) .
- •2) Дизъюнкция (логическое сложение) .
- •3) Отрицание (инверсия) .
- •4) Конъюнкция и инверсия (Штрих Шеффера) .
- •5) Дизъюнкция и инверсия (Стрелка Пирса) .
- •6) Эквивалентность .
- •7) Отрицание эквивалентности .
- •2.2 Автоматы с памятью
- •2.3 Триггеры
- •2.4 Проблемы и перспективы развития элементной базы
- •Вопросы для самопроверки
- •3 Функциональные узлы комбинационного и
- •3.1 Функциональные узлы последовательного типа
- •3.1.1 Регистры
- •3.1.2 Счётчики
- •3.1 Функциональные узлы комбинационного типа
- •3.2.1 Шифраторы и дешифраторы
- •3.2.2 Компараторы
- •3.2.3 Сумматоры
- •Вопросы для самопроверки
- •4 Функциональная организация процессора
- •4.1 Основные характеристики и классификация процессоров
- •4.2 Физическая и функциональная структура процессора
- •4.2.1 Операционное устройство процессора
- •4.2.2 Шинный интерфейс процессора
- •4.3 Архитектурные принципы организации risc-процессоров
- •4.4 Производительность процессоров и архитектурные
- •Вопросы для самопроверки
- •5 Организация работы процессора
- •5.1 Классификация и структура команд процессора
- •5.2 Способы адресации данных и команд
- •5.2.1 Способы адресации данных
- •5.2.2 Способы адресации команд
- •5.3 Поток управления и механизм прерываний
- •Вопросы для самопроверки
- •6 Современное состояние и тенденции развития процессоров
- •6.1 Архитектурные особенности процессоров Pentium
- •6.2 Программная модель процессоров Pentium
- •6.2.1 Прикладная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.2 Системная программная модель процессоров Pentium
- •6.2.3 Система команд и режимы адресации процессоров
- •6.3 Аппаратная организация защиты в процессорах Pentium
- •6.4 Аппаратные средства поддержки многозадачности
- •6.5 Перспективы развития процессоров
- •Вопросы для самопроверки
- •7 Память. Организация памяти.
- •7.1 Иерархическая организация памяти
- •7.2 Классификация запоминающих устройств
- •7.3 Структура основной памяти
- •7.4 Память с последовательным доступом
- •7.5 Ассоциативная память
- •7.6 Организация флэш-памяти
- •7.7 Архитектурные способы повышения скорости обмена между процессором и памятью
- •Вопросы для самопроверки
- •8 Управление памятью. Виртуальная память
- •8.1 Динамическое распределение памяти
- •8.2 Сегментная организация памяти
- •8.3 Страничная организация памяти
- •8.4 Сегментно-страничная организация памяти
- •Вопросы для самопроверки
- •9 Организация ввода-вывода информации. Системная шина
- •9.1 Организация шин. Системная шина
- •9.1.1 Структура системной шины
- •9.1.2 Протокол шины
- •9.1.3 Иерархия шин
- •9.2 Организация взаимодействия между периферийными устройствами и процессором и памятью вычислительных машин
- •9.3 Внешние интерфейсы вычислительных машин
- •9.3.1 Параллельный порт lpt и интерфейс Centronics
- •9.3.1 Последовательный порт com и интерфейс rs-232c
- •9.3.3 Универсальная последовательная шина usb
- •9.3.4 Беспроводные интерфейсы
- •Вопросы для самопроверки
- •10 Вычислительные системы параллельной обработки.
- •10.1 Параллельная обработка информации
- •10.2 Классификация систем параллельной обработки данных
- •10.2.1 Классификация Флинна
- •10.2.2 Классификация Головкина
- •10.2.3 Классификация многопроцессорных систем по
- •10.3 Вычислительные системы на кристалле. Многоядерные системы
- •10.4 Тенденции развития вс
- •Вопросы для самопроверки
- •11 Организация микроконтроллеров и микроконтроллерных систем
- •11.1 Общие сведения о системах управления
- •11.2 Организация микроконтроллеров и
- •11.3 Области применения и тенденции развития мк
- •Вопросы для самопроверки
- •12 Организация компьютерных сетей
- •12.1 Обобщённая структура компьютерных сетей
- •12.2 Классификация компьютерных сетей
- •Вопросы для самопроверки
- •13 Стандартизация компьютерных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.1 Понятие «открытой системы». Взаимодействие
- •13.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- •13.3 Структура блоков информации
- •7 Прикладной
- •Вопросы для самопроверки
- •Архитектура вычислительных систем. Вычисдительные машины, системы и сети
5.2.2 Способы адресации команд
В зависимости от того, в каком сегменте кода находится требуемая команда и явно или нет указывается её адрес, выделяют следующие режимы адресации команд:
1) Внутрисегментный прямой – эффективный адрес перехода вычисляется как сумма текущего содержимого указателя команд IP и 8- или 16- битного относительного смещения. Данный режим допустим в условных и безусловных переходах. Например,
…
cmp ah, al
jne met
…
met:
…
Если содержимое регистров ah и al не равны (команда jne), то осуществляется переход к команде с меткой met.
2) Межсегментный прямой – в команде указывается пара: сегмент и смещение. Сегмент загружается в сегментный регистр CS, а смещение - в регистр IP. Данный режим допусти только в командах безусловного перехода. Например, call far ptr quickSort (вызов процедуры quickSort, расположенной в другом сегменте кода).
Таким образом, при прямой адресации в адресном поле команды содержится адрес перехода – адрес, по которому размещается следующая выполняемая команда.
3) Внутрисегментный косвенный – смещение адреса перехода есть содержимое регистра или ячейки памяти, указанные в любом режиме адресации данных, кроме непосредственного. Содержимое указателя команд IP заменяется соответствующим содержимым регистра или ячейки памяти. Данный способ допустим только в командах безусловного перехода. Например, jmp [bx] (перейти на команду, адрес которой находится в ячейке по адресу, указанному в регистре bx).
4) Межсегментный косвенный – содержимое регистров CS и IP заменяется содержимым двух смежных слов памяти, адрес которых указан в любом режиме адресации данных, кроме непосредственного и регистрового. Младшее слово загружается в регистр IP, старшее – в регистр CS. Данный режим допустим только в командах безусловного перехода. Например, call far ptr [bp+4] (вызов процедуры, расположенной по адресу, указанном в регистре BP плюс ещё 4 байта).
Рассмотренные способы адресации команд используются практически во всех системах команд, расширяя или сокращая список команд конкретного микропроцессора.
Как уже отмечалось ранее, одной из важных характеристик любого процессора является разрядность его внутренних регистров, а также внешних шин адресов и данных. Например, процессор Intel 8086 имеет 16-разрядную архитектуру и такой же разрядности шину данных. Таким образом, максимальное число, с которым может работать процессор, составляет . Однако адресная шина процессора Intel 8086 содержит 20 линий, что соответствует адресному пространству Мбайт. Для получения 20-разрядного физического адреса ячейки памяти требуется сложить начальный адрес сегмента памяти, в котором располагается эта ячейка, и смещение этой ячейки относительно начала сегмента (Рисунок 5.5).
Рисунок 5.5 – Формирование физического адреса ячейки памяти
Сегментный адрес без 4 младших битов (т.е., делённый на 16), хранится в одном из сегментных регистров (SS, DS, CS, ES).
При вычислении физического адреса процессор умножает содержимое сегментного регистра на 16 и добавляет к полученному 20-разрядному адресу смещение.
Современные 32-разрядные процессоры имеют 32-разрядную адресную шину, что соответствует адресному пространству Гбайта. Однако описанный выше способ формирования физического адреса не позволяет выйти за пределы 1 Мбайта. Для преодоления этого ограничения в 32-разрядных процессорах используются два режима работы: реальный и защищённый. В реальном режиме процессор функционирует фактически также, как Intel 8086 с повышенным быстродействием и может обращаться только к 1 Мбайту адресного пространства. Оставшаяся память, даже если она установлена на компьютере, использоваться не может. В защищённом режиме также используются сегменты и смещения, но физические начальные адреса сегментов извлекаются из таблиц сегментных дескрипторов, индексируемых с помощью тех же сегментных регистров. Каждый сегментный дескриптор занимает 8 байт, из которых 4 байта (32 бита) отводятся под сегментный адрес. Такой механизм позволяет обеспечить полное использование 32-разрядного адресного пространства. В 64-разрядных процессорах также применяется сегментная организация памяти и может использоваться сегментно-страничная /1/ организация памяти; под физический адрес отводится 40, 44, 48, 64 разряда. Таким образом, объём адресного пространства в 64-разрядных микропроцессорах может составлять от 1Тбайта (1 терабайт - байт) до нескольких Эбайтов (1 эксабайт - байт).
В предыдущих главах упоминалось о том, что процессор, с одной стороны, координирует функционирование отдельных устройств вычислительной машины, с другой,- сам выполняет вычисления в соответствии с программой пользователя (принцип программного управления). Далее рассмотрим, каким образом осуществляется выполнение команд процессором и его взаимодействие с другими устройствами.