Практическое занятие №2.4

«Архитектура процессора»

Цель работы: Изучить функциональные узлы процессора: регистры, сумматоры, и другое, цикл работы процессора, адресность команд.

Процессор - это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции обработки информации и управляет работой компьютера по заданной программе. Процессор реализуется в виде сверхбольшой интегральной схемы на полупроводниковых началах.

Архитектура процессора - общее описание, достаточное для понимания структуры и принципов работы.

АЛУ - арифметико-логическое устройство. Предназначено для выполнения всех основных операций, входящих в систему команд компьютера.

1) Арифметические операции: сложение (<+>), вычитание (<->), умножение (<*>), деление (), сдвиг разряда

2) Логические операции: отрицание (<NOT>), умножение (<AND>), сложение (<OR>), исключающее <или> (<XOR>).

Устройство управления предназначено для управления работой всех устройств компьютера по заданное программе.

Вся остальные элементы процессора - регистры - внутренняя память компьютера (один регистр - набор триггеров)

Триггеры - устройства, которое служат для кратковременной задержки сигнала (запоминания).

1) Регистр A, регистр B - регистры данных.

2) РОН - регистр общего назначения. Используется для хранения данных и промежуточных результатов, полученных с помощью АЛУ.

3) PSW (processor status word) - слово состояние процессора; регистр, который содержит информацию о результате операции (набор флажков, устанавливаемые АЛУ, - биты, указывающие на нулевой результат, переполнение, перенос и другое).

PSW используется Устройством Управления для выполнения условных операций (например, <перейти по адресу 7410, если выполнение предыдущей инструкции вызвало переполнение>).

4) SP (stack pointer) - указатель стека; хранит адрес очередной ячейки памяти.

5) Регистр Команд используется для хранения команд, обрабатываемых процессором.

6) Счетчик Команд - регистр, содержащий адрес следующей выполняемой команды.

Stack - участок оперативной памяти, ограниченный особым образом для хранения содержимого внутренних регистров процессора, используемых для организации прерываний и работы подпрограмм.

Цикл работы процессора

1) Из Оперативной Памяти по адресу, указанному в Счетчике Команд, считывается команда в Регистр Команд

2) Счетчик Команд автоматически увеличивается на длину команды так, чтобы указывать на следующую команду, пока процессор занят <своим делом>.

3) Устройство Управления извлекает из кода команды адреса операндов

4) По указанным адресам из Оперативной Памяти считываются данные в Регистр Данных (также данные могут считываться с Регистра Общего Назначения)

5) Выполняется операция

6) Запись результата выполнения операции в Регистр Результата

Всё повторяется, начиная с первого шага.

При включении компьютера из ПЗУ запускается программа, которая запускает с внешнего носителя программу загрузки из boot-сектора

Переходы

Переходы осуществляются прострой записью номера команды в Счетчик Команд.

1) Безусловный абсолютный (указано, куда именно)

2) Безусловный относительный (указано, на сколько изменить текущее положение)

3) Условный абсолютный

4) Условный относительный

Команды процессора

1) Команда пересылки данных

2) Арифметические команды

3) Логические команды

4) Команды ввода/вывода

5) Команды работы со стеком:

вид команды

а) КОП / - безадресная команда, нуль-команда

б) КОП / А - одноадресная команда (например, команда перехода с 4 на 6)

в) КОП / А1 | A2 - двухадресная команда (в случае двухадресных команд результат записывается либо по адресу А1, либо по адресу А2)

г) КОП / А1 | А2 | А3 - трехадресная команда

Каждая команда процессора занимает в памяти один или несколько байтов и состоит из кода операции и набора операндов, над которыми выполняется операция. Например, в операции сложения операндами будут слагаемые.В зависимости от числа используемых адресов команды бывают трехадресными, двухадресными, одноадресными и безадресными. Примером безадресной команды может служить команда останова. На рис. 10 избражен формат трехадресной команды.

Рис. 10. Формат трехадресной команды.

Здесь Коп – код выполняемой операции, Адрес 1 и Адрес 2 – адреса ячеек памяти, содержащих операнды команды. Адрес 3 – адрес ячейки памяти, в которую будет помещен результат операции.

При выполнении программы вычислительная машина выполняет простой циклический алгоритм, изображенный на рис. 11.

Рис. 11. Цикл выполнения программы.

Работа компьютера заключается в выборе данных из памяти в процессор, модификации их содержимого и записи обратно в память.

Способы адресации

1) Прямая (в коде команды стоит адрес операнда в оперативной памяти)

2) Непосредственная

3) Косвенная (в поле адреса команды находится адрес ячейки, только в которой находится адрес команды)

4) Регистровая

5) Косвенная регистровая

Дата добавления: 2014-01-05