- •Организация и функционирование вычислительных машин
- •Раздел 1. Основные понятия архитектуры и организации эвм. 3
- •Раздел 2. Организация процессора и основной памяти вм 7
- •Раздел 3. Организация памяти в эвм 36
- •Раздел 4. Организация системы ввода-вывода в эвм. 52
- •Раздел1.Основныепонятия архитектуры и организации эвм. Состав электронной вычислительной машины (эвм)
- •Принцип программного управления и машина фон Неймана
- •Понятие архитектуры, организации и реализации эвм
- •Многоуровневая организация эвм.
- •Понятие семантического разрыва между уровнями
- •Организация аппаратных средств эвм
- •Типовая структура вм на микропроцессорных наборах
- •Раздел 2. Организация процессора и основной памяти вм
- •Типовая структура процессора и основной памяти
- •Основной цикл работы процессора
- •Организация процессора и памяти в микропроцессоре Intel 8086
- •Организация стека процессора
- •Распределение оперативной памяти в i8086, ms dos
- •Организация выполняемых программ в ms dos
- •Режимы адресации памяти в микропроцессоре Intel 8086
- •1. Регистровая адресация
- •2. Непосредственная адресация
- •3. Прямая адресация
- •4. Косвенная адресация
- •5. Адресация по базе
- •6. Косвенная адресация с масштабированием
- •7. Адресация по базе с индексированием и масштабированием
- •Система команд i8086
- •3DNow! от amd
- •Организация прерываний в процессоре Intel 80x86
- •Управление выполнением команд в эвм.
- •Способы формирования управляющих сигналов.
- •Простейшая схема формирователя управляющих сигналов
- •Способы кодирования микрокоманд.
- •Компьютеры с сокращенным набором команд.
- •Арифметические особенности risc процессоров.
- •Раздел 3. Организация памяти в эвм
- •Основные среды хранения информации.
- •Виды запоминающих устройств.
- •Память с произвольной выборкой.
- •Постоянные запоминающие устройства.
- •Ассоциативные запоминающие устройства (азу)
- •Иерархическая система памяти
- •Организация памяти типа кэш.
- •Организация структуры основной памяти в процессорах ix86.
- •Организация виртуальной памяти.
- •Организация виртуальной памяти на i386 и более старших моделях.
- •Организация работы с внешней памятью.
- •Организация работы с файлами на дисках в ms-dos.
- •Раздел 4. Организация системы ввода-вывода в эвм.
- •Архитектура систем ввода-вывода.
- •Способы выполнения операции передачи данных
- •Структуры контроллеров внешних устройств, для управления различными режимами передачи данных.
- •Программные средства управления вводом-выводом.
- •Основные компоненты процедуры управления ввода-вывода общего вида
- •Состав и реализация устанавливаемого драйвера символьного типа
- •Литература
- •Краткое введение в язык ассемблера.
- •1. Директивы задания данных
- •2. Директивы сегментации программы
- •3. Директивы группирования.
- •4. Порядок размещения сегментов.
- •5. Директивы ограничения используемых команд.
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 13
Организация прерываний в процессоре Intel 80X86 22
Управление выполнением команд в ЭВМ. 25
Способы формирования управляющих сигналов. 26
Способы кодирования микрокоманд. 29
Компьютеры с сокращенным набором команд. 31
Арифметические особенности RISC процессоров. 34
Раздел 3. Организация памяти в эвм 36
Основные среды хранения информации. 37
Виды запоминающих устройств. 37
Память с произвольной выборкой. 37
Постоянные запоминающие устройства. 39
Ассоциативные запоминающие устройства (АЗУ) 39
Иерархическая система памяти 40
Организация памяти типа кэш. 40
Организация структуры основной памяти в процессорах ix86. 42
Организация виртуальной памяти. 42
Организация виртуальной памяти на i386 и более старших моделях. 45
Организация работы с внешней памятью. 49
Организация работы с файлами на дисках в MS-DOS. 50
Раздел 4. Организация системы ввода-вывода в эвм. 52
Архитектура систем ввода-вывода. 53
Способы выполнения операции передачи данных 54
Структуры контроллеров внешних устройств, для управления различными режимами передачи данных. 56
Программные средства управления вводом-выводом. 60
Основные компоненты процедуры управления ввода-вывода общего вида 61
Состав и реализация устанавливаемого драйвера символьного типа 61
ЛИТЕРАТУРА 65
Краткое введение в язык ассемблера. 66
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.