Регистр данных — служит для временного хранения промежуточных результатов при выполнении операций.
Регистр аккумулятор — регистр временного хранения, который используется в процессе вычислений (например, в нем формируется результат выполнения команды умножения).
Регистр указатель стека — используется при операциях со стеком. Стек используются для организации подпрограмм в программе.
Индексные, указательные и базовые регистры используются для хранения и вычисления адресов операндов в памяти.
Регистры-счётчики используются организации циклических участков в программе.
Регистры общего назначения (РОН), имеющиеся во многих ЭВМ, могут использоваться для любых целей. Точное назначение регистра определяет программист при написании программы. Они могут использоваться для временного хранения данных, в качестве аккумуляторов, а также в качестве индексных, базовых, указательных регистров.
Кроме того, в состав АЛУ могут входить Внутренние системные регистры, не доступные программно, используемые во время внутренних пересылок данных при выполнении команд.
Состав устройства управления
Устройство управления (УУ) — часть центрального процессора, которая вырабатывает распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд программы.
На этапе выборки команды УУ интерпретирует команду, выбранную из оперативной памяти.
На этапе выполнения команды УУ формирует микропрограмму. Микропрограмма это последовательность микрокоманд, соответствующих одной команде.
Эти микрокоманды задают последовательность простейших низкоуровневых операций для АЛУ таких, как пересылка данных, сложение, сдвиг данных, установка и анализ признаков, запоминание результатов и др.
Устройство управления (УУ) имеет в своем составе три блока:
регистр команды, который содержит код команды во время ее выполнения программный счетчик, в котором содержится адрес следующей, подлежащей выполнению
команды регистр адреса, в котором вычисляются адреса операндов, находящихся в оперативной памяти.
Назначение и свойства памяти ЭВМ
Память состоит из конечного числа ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный номер - адрес.
Доступ к ячейке осуществляется указанием ее адреса.
Память способна выполнять два вида операций над данными — чтение с сохранением содержимого и запись нового значения со стиранием предыдущего.
Каждая ячейка памяти может использоваться для хранения либо данных, либо команды.
Виды памяти ЭВМ (по быстродействию): Регистровая память Оперативная память Внешняя память
Системная шина: назначение и состав
Объединение функциональных блоков в ЭВМ осуществляется посредством следующей системы шин: шины данных, но которой осуществляется обмен информацией между блоками ЭВМ, шины адреса, используемой для передачи адресов (номеров ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым производится обращение), и шины управления для передачи управляющих сигналов.
Совокупность этих трех шин называют системной шиной, системной магистралью или
системным интерфейсом.
Принципиально общие закономерности в организации шин
Шина состоит из отдельных проводников - линий.
Сигналы по линиям шины могут передаваться либо импульсами (наличие импульса соответствует логической 1, а отсутствие импульса — 0), либо уровнем напряжения (высокий уровень, низкий).
Страница 29 из 45
Шириной шины называется количество линий, входящих в состав шины. Ширина шины адреса определяет размер адресного пространства ОП ЭВМ. Если количество линий адреса равно 20, то общее количество адресуемых ячеек ОП составит 220 = 1 048 576 ячеек. Ширина шины данных определяется разрядностью ЦП (длиной машинного слова).
Обычно на шине в любой момент можно выделить два активных устройства. Одно из них называется задатчиком и инициирует операцию обмена данными (формирует адреса и управляющие сигналы).
Другое называется исполнителем и выполняет операцию (дешифрирует адреса и управляющие сигналы и принимает или передает данные). В большинстве случаев задатчиком является центральный процессор. Память всегда выступает только в качестве исполнителя.
Структура шины управления
Линия занятости. Если линия находится в состоянии «шина свободна», то задатчик (ЦП) может начать операцию обмена данными по шине, иначе задатчику придется ожидать, пока шина не освободится.
Линия выполняемой операции. Указывает, какая именно операция будет выполняться: чтение (задатчик принимает данные от исполнителя), запись (задатчик передает данные исполнителю).
Линия синхронизации. Используется для передачи сигналов синхронизации задатчика и исполнителя.
Операции чтения и записи
Чтение:
Процессор переводит шину в состояние занято, на адресную шину помещает адрес требуемой ячейки памяти, устанавливает на шине управления сигнал чтение, выдает сигнал синхронизации задатчика.
Память принимает адрес, дешифрирует его, находит нужную ячейку и помещает ее содержимое на шину данных. Далее память выдаёт сигнал синхронизации исполнителя.
Получив ответ от памяти, процессор считывает данные с шины данных, снимает свои управляющие сигналы и освобождает шину.
Запись:
Процессор переводит шину в состояние занято, на адресную шину помещает адрес требуемой ячейки памяти, на шину данных помещает данные, которые надо записать в эту ячейку, устанавливает на шине управления сигнал запись, выдает сигнал синхронизации.
Память, получив сигнал синхронизации от ЦП, принимает адрес, дешифрирует его, находит нужную ячейку и помещает в нее содержимое с шины данных. Далее память выдает сигнал синхронизации исполнителя.
Получив ответ от памяти, ЦП снимает свои управляющие сигналы и освобождает шину.
Виды программно-управляемой передачи данных
Синхронный – наиболее простой вид , требует минимум технических и программных средств: поскольку время выполнения операции внешним устройством точно известно.
Асинхронный – интервал между командами обмена задается внешним устройством программным путем.
Обмен по прерываниям - готовность ВУ к обмену данными проверяется не программным путем, а аппаратным, через контроллеры прерываний.
Обобщенный алгоритм функционирования фон-неймановской ЭВМ с шинной организацией
Страница 30 из 45
После включения ЭВМ или операции сброса в регистры центрального процессора заносятся некоторые начальные значения. Обычно в процессе инициализации после включения ЭВМ в память ЭВМ помещается программа, называемая первичным загрузчиком. Основное назначение этой программы — загрузить в оперативную память с устройства внешней памяти операционную систему.
Пока будем полагать, что в оперативной памяти оказалась первая из подлежащих выполнению программ.
Программному счетчику присваивается начальное значение, равное адресу первой команды программы, указанной выше.
Центральный процессор производит операцию считывания первой команды программы из оперативной памяти.
В качестве адреса ячейки памяти используется содержимое программного счетчика.
Содержимое считанной ячейки памяти помещается в регистр команды УУ. Устройство управления приступает к интерпретации команды. По полю кода операции из первого слова команды УУ 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.
По адресным полям 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.
Устройство управления и арифметико-логическое устройство выполняют операцию, указанную в поле кода операции команды.
Во флаговом регистре процессора запоминаются признаки результатов операции (равно нулю или нет, знак результата, наличие переполнения и т.д.).
Если это необходимо, устройство управления выполняет операцию записи для того, чтобы поместить результат выполнения команды в память.
Если последняя команда не была командой остановить процессор, то описанная последовательность действий повторяется, начиная с шага 1.
Страница 31 из 45