М
инистерство
образования и науки РФ
Тверской государственный технический университет
В.И. Миронов
Внутри машинное представление «управляющей информации»
Учебно-методические указания для выполнения расчетно-графических работ по дисциплине «Аппаратные средства вычислительных комплексов», специальность ПИЭ.
Издание 1-е
Тверь 2011
У
ДК
681.3.06 ( 075.8 )
ББК 32.97-018.2я7
Миронов, В.И. Внутри машинное представление «управляющей информации» Изд. 1-е. Учебно-методическкие указания для выполнения расчетно-графических работ. Тверь, 2011. 45 с.
В указаниях проведена проведена классификации внутри машинной информации, обрабатываемой при помощи современных ЭВМ, подробно рассмотрены способы физической реализации одного двоичного разряда, внутри машинное представление «данных» и основных элементов «управляющей информации» – машинных команд. Все теоретические выкладки под-тверждены достаточным количеством примеров.
Предназначено для более глубокого изучения и понимания дисциплин «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации», «Архитектура ЭВМ и систем», «Организация ЭВМ и систем» и других дисциплин, связанных с эксплуатацией и использованием ЭВМ.
Рецензент:
ISBN Тверской государственный
технический университет, 2011
П Р Е Д И С Л О В И Е.
Настоящие учебно-методические указания посвящены классификации информации, которая обрабатывается в современных вычислительных машинах, и анализу существующих способов ее внутри машинного представления. Квалифицированная работа в современных информационных системах не возможна без четкого и грамотного понимания процессов обработки и хранения информации в различных устройствах ЭВМ. Технологические информационные системы, оснащенные современными микроконтроллерами, датчиками требуют еще больших усилий в этом направлении. Практически все производственные линии, приобретенные за границей, оснащены автоматизированными технологическими системами управления, которые не только со временем будут выходить из строя, но и в самом начале эксплуатации потребуют наличия грамотного персонала, хотя бы для элементарной адаптации к реальным технологическим процессам. Обеспечение надежной и эффективной работы таких автоматизированных производств невозможно без техников-программистов, владеющих навыками программирования микроконтроллеров и имеющих представление о процессах обработки внутри машинной «управляющей информации».
1. Классификация внутри машинной информации
Для внутри машинной информации (Рис.1.1) существует собственный набор правил их представления. Это позволяет осуществлять достаточно жесткую формализацию внутри машинной информации при помощи стандартных операторов DECLARE (объявлений) для различных типов «данных» и форматирования полей «управляющей информации» с целью использования их содержимого на различных этапах организации вычислительного процесса. Следует отметить, что, если различные типы «данных»являются самостоятельными и достаточно однотипными внутри машинными структурами, то компоненты «управляющей информации» являются элементами иерархической структуры, в которой компоненты нижележащих уровней участвуют в формировании вышележащих уровней.
Внутримашинная информация Внутримашинная информация
данные
Управляющая информация
Операционные системы
Алфавитно-цифровая информация
Мультимедийная информация
Программы
Команды
Микрокоманды
Форматы
C
p
E,D
H,F
Микроооперации
Физические процессы
Гашение информации
Сдвиг влево-вправо
Прием-передача
Суммирование кодов чисел
Рис.1.1. Классификация внутри машинной информации
1.Операционные системы, фактически являющиеся математическими моделями любой ЭВМ, занимают самый верхний уровень в иерархии «управляющей информации». При помощи них осуществляется организация работы программ.
2. Программы являются реализациями алгоритмов решения задач при помощи языковых средств, понятных для данного класса ЭВМ и состоят из совокупностей машинных команд.
3. Машинные команды в свою очередь представляют собой программы из микрокоманд. Каждая ЭВМ имеет свой собственный набор микрокоманд, который хранится либо в основной памяти, либо долговременном запоминающем устройстве блока микропрограммного управления.
4. Микрокоманды строго форматированы, содержат большое количество полей, имеют достаточно приличную длину – порядка 72-х двоичных разрядов. Среди полей микрокоманды обязательно присутствует поле, в котором содержится код микрооперации.
5. Микрооперация это двоичный код, содержащий от 4-х до 8-ми двоичных разрядов. Информация из этого поля поступает на дешифратор и в результате осуществляется запуск одного из «физических процессов» обработки внутри машинной информации: гашение информации в регистрах, занесение информации в регистры, сдвиг информации в регистре вправо или влево, прием-передачу информации из регистра в регистр, выполнение операции поразрядного суммирования кодов чисел и т.д. Все перечисленные процессы выполняются за стандартное время, которое называется машинным тактом «Т». Таким образом, получается, что для выполнения любой микрооперации, код которой находится в микрокоманде, требуется одинаковое время - машинный такт, длительность которого, в свою очередь, совпадает со временем фронта tф тех триггеров, на которых построены узлы, блоки, и устройства данной ЭВМ. Таким образом, получается, что машинная команда, являясь программой из микрокоманд, фактически является последовательностью «физических процессов», обработки электронной информации на элементах и узлах электронно-вычислительной машины. Зная количество микрокоманд, можно для любой машинной команды определить фактическое время ее выполнения, посчитав количество машинных тактов для цепочек физических процессов. Для внутри машинного представления всех типов «данных» и «управляющей информации» используются двоичные коды, состоящие из физических аналогов «0» и «1» побайтно собранные в строго формализованные структуры.