Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет “ЛЭТИ”
Кафедра математического обеспечение и применения ЭВМ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
по дисциплине
Организация и функционирование вычислительных машин
Направление 552800 – «Информатика и вычислительная техника»
Автор к.т.н., доцент В.А.Кирьянчиков
Санкт-Петербург
2000
Содержание
Раздел 1. Основные понятия архитектуры и организации эвм. 3
Состав электронной вычислительной машины (ЭВМ) 3
Принцип программного управления и машина фон Неймана 3
Понятие архитектуры, организации и реализации ЭВМ 4
Многоуровневая организация ЭВМ. 4
Понятие семантического разрыва между уровнями 5
Организация аппаратных средств ЭВМ 5
Типовая структура ВМ на микропроцессорных наборах 7
Раздел 2. Организация процессора и основной памяти вм 7
Типовая структура процессора и основной памяти 8
Основной цикл работы процессора 8
Организация процессора и памяти в микропроцессоре Intel 8086 9
Организация стека процессора 10
Распределение оперативной памяти в i8086, MS DOS 10
Организация выполняемых программ в MS DOS 10
Режимы адресации памяти в микропроцессоре Intel 8086 11
Система команд i8086 12
Организация прерываний в процессоре Intel 80X86 22
Управление выполнением команд в ЭВМ. 25
Способы формирования управляющих сигналов. 26
Способы кодирования микрокоманд. 28
Компьютеры с сокращенным набором команд. 30
Арифметические особенности RISC процессоров. 33
Раздел 3. Организация памяти в эвм 35
Основные среды хранения информации. 36
Виды запоминающих устройств. 36
Память с произвольной выборкой. 36
Постоянные запоминающие устройства. 38
Ассоциативные запоминающие устройства (АЗУ) 38
Иерархическая система памяти 39
Организация памяти типа кэш. 39
Организация структуры основной памяти в процессорах ix86. 41
Организация виртуальной памяти. 41
Организация виртуальной памяти на i386 и более старших моделях. 44
Организация работы с внешней памятью. 48
Организация работы с файлами на дисках в MS-DOS. 49
Раздел 4. Организация системы ввода-вывода в эвм. 51
Архитектура систем ввода-вывода. 52
Способы выполнения операции передачи данных 53
Структуры контроллеров внешних устройств, для управления различными режимами передачи данных. 55
Программные средства управления вводом-выводом. 59
Основные компоненты процедуры управления ввода-вывода общего вида 60
Состав и реализация устанавливаемого драйвера символьного типа 60
ЛИТЕРАТУРА 64
Краткое введение в язык ассемблера. 65
Раздел1.Основныепонятия архитектуры и организации эвм. Состав электронной вычислительной машины (эвм)
ЭВМ или просто ВМ - это совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для обработки информации. ВМ обычно содержит один основной процессор и, возможно, несколько сопроцессоров, имеет фиксированный состав и универсальное применение.Вычислительные системы(ВС), в отличие от ЭВМ, содержат несколько процессоров, имеют переменный состав и являются проблемно-ориентированными. Состав аппаратных и программных средств ВМ можно пояснить с помощью следующего рисунка
ЭВМ
Аппаратные
средства Программные
средства (ПС)
Процессор Набор
устройств памяти
Устройства
связи с внешней средой
(внешние
устройства)
Шины и протоколы
связи между устрой-ствами
Операци-онные
системы Проблемно-
ориентиро-ванные ПС Инструмен-тальные
ПС Системы
промежу-точного ПО
Утилиты
Процессор - основное устройство управления и обработки данных. Память – набор устройств для хранения информации, используемой в процессе работы машины. Внешние устройства обеспечивают взаимодействие машины с внешней средой (в том числе, с пользователями). Шины и протоколы связи реализуют физическую среду и алгоритмы обмена данными между различными устройствами.
Операционные системы - основные средства управления выполнением программ и распределением ресурсов машины между процессами. Инструментальные ПС включают все средства, необходимые для разработки программ: редакторы, компиляторы, отладчики и др. Проблеммно-ориентированные ПС предназначены для определенной области применения: MathCAD(научные вычисления),AutoCAD(конструирование), 3D-Studio(графические приложения) и т.д. Системы промежуточного ПО (Middleware) - ПС, позволяющие реализовать определенную технологию разработки программных средств:DCOM,CORBA,RMIи др. Утилиты - сервисные средства, облегчающие взаимодействия пользователя и ЭВМ: архиваторы, программы форматирования, антивирусные программы и др.
В настоящее время применяются следующие классы ЭВМ:
Микро-ЭВМ - ВМ со встроенными микропроцессорами, используемые как программируемые контроллеры для промышленного оборудования (EmbeddedComputers);
Персональные компьютеры (ПК PentiumI-IV) – ВМ, предназначенные для работы одного пользователя;
Рабочие станции (SunWorkStations) – ВМ, большей производительности, чем ПК; имеют проблеммную ориентацию или управляют несколькими ПК, объединенными в простую сеть;
Средние и большие машины (Hostcomputers) - вычислительные системы из нескольких процессоров (CDC6600,Cray,HP9000,Series800,SGI) - это системы, которые предназначены для решения сложных задач обработки данных и управления несколькими машинами;
Супер ЭВМ - системы с параллельной архитектурой (IliacIV,VP-2000, Эльбрус), имеющие сверхвысокую производительность обработки данных.