Микропроцессора

Физическая и функциональная структура

В зависимости от технологии и своей физической структура микропроцессор содержит ядро, которое в свою очередь содержит два блока – управляющий модуль и исполняющий модуль (Execution Unit). Оба эти модуля нужны для целочисленных действий. Кроме этих двух модулей присутствуют также некоторые локальные модули: блок для работы с плавающей запятой (Floating Point Unit), модуль предсказания ветвлений (Branch Predictor), а для микропроцессоров Pentium – модуль преобразования CISC-операций в RISC-операции. Также в микропроцессоре присутствуют регистры микропроцессорной памяти (МПП), регистры кэш-памяти 1-го уровня, шинный интерфейс.

Функционально микропроцессор делится на две части: операционную часть, содержащую устройство управления, арифметико-логическое устройство, микропроцессорную память, и интерфейсную часть, содержащую адресные регистры микропроцессорной памяти, регистры памяти для хранения кодов команд, схемы управления шинами и портами. Обе эти части микропроцессора работают параллельно, причём интерфейсная часть опережает операционную.

Современные микропроцессоры имеют несколько групп регистров в интерфейсной части, работающих с различной степенью опережения. Это позволяет наладить конвейерный режим обработки информации (мы не ждём, пока освободятся регистры, выполняющие операционные функции).

Устройство управления – это наиболее сложный элемент персонального компьютера.

Управляющее устройство вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по всем кодовым шинам инструкций во все блоки машины.

Схема устройства управления:

Опишем элементы схемы:

o Дешифратор операций – это логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из имеющихся у него выборов.

o ПЗУ микропрограмм хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК процедур обработки информации.

o Узел формирования адреса – устройство, вычисляющее полный адрес в ячейке памяти или регистра по реквизитам, которые поступают из регистра команд или из других регистров микропроцессорной памяти. Этот узел находится в интерфейсной части микропроцессора.

o Шины адреса, команд и инструкций – часть интерфейсного блока, отвечающая за передачу информации.

В общем случае устройство управления выполняет следующие операции:

o Выборка из регистра счётчика IP адреса команды микропроцессорной памяти адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда.

o Выборка из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приём выполненной команды в регистр команд.

o Расшифровка кодов операции и признаков выбранной команды.

o Выборка операндов.

o Запись результатов операции в память.

o Формирование адреса следующей команды.

В функционально простейшем варианте Арифметико-логическое устройство (АЛУ) состоит из двух регистров, сумматора и схемы управления. Сумматор – это вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на её вход двоичных кодов. Разрядность сумматора – двойное машинное слово. Регистры – это быстродействующие ячейки памяти различной длины. Разрядность первого регистра – двойное машинное слово, разрядность второго регистра – слово.

При выполнении операции в первый регистр помещается первый операнд (в нашем случае это двоичное число), а по завершению операции – результат. Во второй регистр помещается второй операнд. Регистр №1 может получать информацию из кодовых шин данных, а также может отправлять в неё свою информацию. Регистр №2 только получает информацию с этих шин. Схема управления принимает входящие сигналы от устройства управления из кодовых шин инструкций и преобразует их в сигналы для управления работой регистров и сумматора.

Арифметико-логическое устройство выполняет операции сложения, умножения, деления и вычитания только над двоичными числами, причём эти двоичные числа должны иметь зафиксированную запятую после последнего знака, т.е. должны быть целочисленными.

Интерфейсная часть микропроцессора предназначена для связи микропроцессора с системной шиной ПК, для приёма и предварительного анализа команд выполняемой программы, а также для формирования полных адресов операндов и команд.

Интерфейсная часть состоит из следующих блоков:

1. Адресные регистры микропроцессора

2. Узел формирования адреса

3. Блок регистров команд (буфер команд в микропроцессоре)

4. Внутренняя интерфейсная шина микропроцессора

5. Схема управления шиной и портами ввода/вывода.

Порты ввода/вывода – это пункты системного интерфейса ПК, через которые микропроцессор обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов может быть 65536 (то количество адресов, которое можно закодировать с помощью слова). Порту устройства соответствует аппаратура сопряжения и 2 регистра памяти для обмена данными и управляющей информацией.

Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции:

o Формирование адреса порта, информации о готовности и состоянии порта.

o Приём управляющей информации от порта.

o Организация сквозного канала для передачи данных между портом и микропроцессором.

Д/з: добавить информацию о следующих понятиях многоядерных процессоров:

физическое ядро и логическое ядро, разделяемый и индивидуальный кэш, интегрируемый

и внешний контроллер памяти, СТРОБ.

27.10.2011 Практика по ассемблеру

Ещё несколько операций Ассемблера:

1. Операция двоеточие.

mov ax, [10]

mov ax, bs: [10]

Операция указывает Ассемблеру, что выражение после операции должно относиться к сегменту, указанному до операции. Результат операции – ссылка на память со значением второго выражения.

В указанном примере в первой строке мы отправляем слово в регистр AX по адресу DS:10. Во второй строке выполняется полностью аналогичное действие, но с использованием операции двоеточие.

2. Операция offset.

mov ax, X

mov ax, offset X

Возвращает смещение выражения, следующего за операцией.

В указанном примере в первой строке в AX отправляется слово, которое находится по адресу переменной Х. Во второй строке в АХ отправляется смещение переменной Х по отношению к началу сегмента данных.

3. Операция ptr.

mov ax, X

mov BYTE ptr @ Result, ah

...

mov BYTE ptr @ Result, al

Это операция приведения типов. Результат этой операции – ссылка на память со значением выражения после операции и типом выражения до операции.

В указанном примере переменная X определена как Integer, а Integer больше Byte. Переменная X занимает регистр АХ – и AH и AL. Так вот эта программа помещает содержимое AL в AH, а содержимое AH – помещает в AL. Таким образом команда преобразовала Integer в Byte.

4. Операция звёздочка (умножение) и операция косая черта (деление).

mov ax, 2*2

Оба операнда должны иметь абсолютные значения.

5. Операция mod.

mov ax, 17 mod 3

Вычисляет остаток от целочисленного деления.

6. Операция shr и операция shl.

mov ax, 1 shr 17

Побитовый сдвиг влево и побитовый сдвиг вправо. Выражение, стоящее до операции сдвигается на количество бит, определяемое выражением, стоящим после операции. Оба выражения должны иметь абсолютную величину.

7. Бинарная операция плюс и бинарная операция минус.

Для плюса операнды должны быть либо абсолютными значениями, либо ссылками на память. Для минуса – первый операнд обязательно должен быть абсолютным значением.

Дата добавления: 2014-01-06