No4

3

Введение

Цель работы: изучение структурной и функциональной организации процессора на примере базовой учебной ЭВМ.

4

Ход работы

1. Структура БУ ЭВМ

Базовая учебная машина (БУ ЭВМ) - устройство, выполняющее заданные программой преобразования информации и осуществляющее управление всем вычислительным процессом. БУ ЭВМ дешифрирует и выполняет последовательно команды программы. БУ ЭВМ содержит:

арифметико-логическое устройство (АЛУ), центральное устройство управления (ЦУУ), а также оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

небольшой емкости (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структура процессора (а) и фрагмент ОЗУ (б)

АЛУ базовой учебной ЭВМ может совершать операции над двумя операндами, один операнд находится в аккумуляторе АКК, а второй извлекается командой из памяти. Результат выполнения операции остается в АКК и RG.

Запуск АЛУ производится сигналом Au, который инициирует выполнение операции, наименование которой задано кодом. В АЛУ

5

формируются осведомительные сигналы ZNAK и NUL, определяющие признак результата; сигнал АL - если устройство работает. OЗУ в соответствии с сигналами R и W выполняет чтение или запись слова по определенному адресу и вырабатывает сигнал ОР, говорящий о том, что ОЗУ занято. ОЗУ содержит 94 ячейки памяти, причем ячейки с 1 по 70 хранят команды, с 71 по 94 - данные.

УУ состоит из управляющего автомата (УА), регистра команд (RGK),

дешифратора (DC) и счетчика адресов команд (CТAK).

По существу, вся БУ ЭВМ представляет собой набор различных регистров. В зависимости от того, в каком регистре находится группа бит,

изменяется смысл содержащейся в нем информации. Те слова, которые находятся в памяти или в процессе передачи между регистрами, еще не обладают определенным смысловым значением. В памяти могут находиться команды, а также операнды или данные, то есть исходная информация,

подлежащая обработке. Отделение команд от данных осуществляется именно центральным процессором. Для этого команды направляются в один из регистров - регистр команд (RGK), а данные направляются в другой регистр -

регистр данных (RG).

Регистр команд функционально входит в состав устройства управления,

а регистр данных — это практически один из регистров АЛУ. АЛУ служит для выполнения арифметических и логических преобразований информации.

В нем производятся операции сложения, вычитания, умножения и деления.

6

2. Организация шин адресов, данных и управления

Шина адреса (шА) подключена ко входу регистру адреса (RA) памяти ОЗУ и соединена с выходом мультиплексора отсылок и пультовым

терминалом. шА загружают отсылкой (В, С) с выхода мультиплексора отсылок по команде «Р» (продолжить), которая формируется с пультового терминала.

Шина данных (шD) связывает ОЗУ с регистром RGK команд и терминалом. ОЗУ имеет порт ввода-вывода RS (регистр слова). Передача слова из порта RS на RGK возможна при условии, что клавиша Р

(продолжить) не нажата, другими словами, команда «Р» пультового терминала не введена, и был произведен запуск программы («ПУСК»). Через порт RS в память по шине шD данные вводятся с пультового терминала

(управляющий сигнал «W»).

По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией (считывание или запись информации из памяти) по магистрали. Эта шина не имеет такой же четкой структуры, как шина данных или шина адреса. В шину управления условно объединяют набор линий,

передающих различные управляющие сигналы от процессора на все периферийные устройства и обратно.

7

3. Система команд БУ ЭВМ

Рисунок 2 – Система команд

8

4. Алгоритм решения

Вариант 8: 6/2+1.

Алгоритм:

1)05071 – Присвоение значения регистру 71.

2)04072 – Нахождение частного, от деления значения 71 регистра на значение 72.

3)01073 – Нахождение суммы 73 регистра и частного в ОЗУ.

4)05174 – Вывод значения из ОЗУ в 74 регистр.

5)10000 – Остановка программы.

Рисунок 3 – Программа

ША – однонаправленная шина связывает регистр команд (поле А)

процессора с регистром адреса, сохраняющая адрес в течении всего цикла.

3) Какие связи организует шина ШD?

Шина данных (шD) связывает порты ввода-вывода РАЛУ и ОЗУ.

4) Каково назначение управляющих сигналов Yi?

В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:

− Выборка из СТАК (регистр-счетчик адреса команды) МПП

(микроподпрограммы) адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;

−Выборка из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приема считанной команды в RG;

−Расшифровка КОП и признаков выбранной команды;

−Считывание из соответствующих расшифрованному КОП ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках машины процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;

10

−Считывание из RGD и регистров МПП отдельных составляющих адресов операндов (чисел), участвующих в вычислениях, и формирования полных адресов операндов;

−Выборка операндов (по сформированным адресам) и выполнение заданной операции обработки этих операндов;

−Запись результатов операции в память;

−Формирование адреса следующей команды программы.

5) Как организовано управление портом ввода-вывода ОЗУ?

В ОЗУ выделяются: регистр адреса (RA); регистр слова (RS) и шинный формирователь F образуют порт ввода-вывода, управляемый инверсными y4,

у1 и у6; R и W- управляющие входы; OP - осведомительный выход. Сигналы

«R» и «W» инициализируют в ОЗУ операции записи и чтения слова:

W) ОЗУ [RA]:=RS;

R) RS:=ОЗУ [RA].

6) Как организовано управление портом ввода-вывода АЛУ?

Управление портом ввода-вывода АЛУ устроено таким образом:

1.В специальный регистр (аккумулятор) вносят информацию (одно

слово);

2.АЛУ выполняет арифметические операции со словом в аккумуляторе;

3.Результат сохраняется в аккумуляторе и RG;

4.В АЛУ формируются осведомительные сигналы ЗНАК и НУЛЬ,

определяющие признаки результата. Сигнал AL идентифицирует состояние устройства: AL=1, если устройство занято; AL=0 - АЛУ закончило работу, то есть результат определен на итоговом регистре АКК и в RG;

5. Вывод результата операции в RG.