Функциональная организация фон-неймановской ВМ

Страничная адресация

Страничная адресация предполагает разбиение адресного пространства на страницы. Страница определяется своим начальным адресом, выступающем в качестве базы. Старшая часть этого адреса хранится в специальном регистре – регистре адреса страницы (РАС). В адресном коде команды указывается смещение внутри страницы, которое рассматривается как младшая часть исполнительного адреса. А_исп. образуется присоединением А_с к содержимому РАС.

Устройство управления организует автоматическое выполнение программ и функционирование ВМ как единой системы.

Счетчик команд (СК). Исходя из принципа фон-Неймана, соседние команды программы располагаются в ячейках памяти со следующими по порядку адресами и выполняются в той же очередности, в какой размещены в памяти ВМ. Адрес очередной команды получается путем увеличения адреса ячейки, из которой была считана текущая команда, на длину выполняемой команды, т.е. на количество занимаемых ею ячеек.

Счетчик команд (программный счетчик или указатель команд) – это двоичный счетчик, в котором хранится и модифицируется адрес очередной команды программы. Перед началом вычисления в СК заносится адрес ячейки памяти, где находится команда, которая должна быть выполнена первой. В процессе выполнения в счетчике формируется адрес следующей подлежащей выполнению команды.

Регистр команд (РК) – зная местоположение команды, ее необходимо извлечь из памяти и разместить в регистре команд. Этот этап называется выборка команды. Только с этого момента команда становится «видимой» для процессора. Команда хранится в РК в течение всего времени ее выполнения. Исходя из структуры команды, часто РК рассматривают как совокупность двух регистров: регистра кода операции (РКОп) и регистра адреса (РА), в которых хранятся соответствующие составляющие команды.

Если команда занимает несколько последовательных ячеек, то код команды всегда находится в том слове команды, которая извлекается из памяти первым. По нему определяется, требуется ли считывание из памяти и загрузка в РК остальных слов команды. Выполнение команды начинается после загрузки ее полного кода.

Указатель стека (УС) – это регистр, где хранится адрес вершины стека. Стек обычно реализуется в виде участка основной памяти. Заполнение его происходит в сторону уменьшения адресов, при этом вершина стека – это ячейка, куда была произведена последняя по времени запись. Для хранения адреса этой ячейки и предназначен УС. При выполнении операции push (занесение в стек) содержимое УС с помощью сигнала -1УС уменьшается на единицу, после чего используется в качестве адреса по которому производится запись. Соответствующая ячейка становится новой вершиной стека. Считывание из стека (операция pop) происходит из ячейки, на которую указывает текущий адрес в УС, после чего содержимое указателя стека сигналом +1УС увеличивается на единицу. Таким образом, вершина стека опускается, а считанное число считается удаленным из стека, хотя физически оно осталось в ячейке.

Регистр адреса памяти (РАП) предназначен для хранения адреса ячейки основной памяти вплоть до завершения операции (считывания или запись) с этой ячейки. Наличие РАП позволяет компенсировать различие в быстродействии ОП и других устройств машины.

Регистр данных памяти (РДП). При чтении в него заносится содержимое ячейки ОП, а при записи – помещается информация, подлежащая сохранению в ячейке ОП. Таким образом РДП компенсирует разницу в быстродействии ЗУ и устройств, выступающих в роли источников и потребителей информации

Дешифратор кода операции (ДКОп) преобразует код операции в форму, требуемую для работы микропрограммного автомата (МПА) Информация после декодирования определяет последующие действия МПА, а ее вид зависит от организации МПА (с жесткой логикой или с микропрограммным управлением). Часто код преобразуется в адрес первой команды микропрограммы, реализующей указанную в коде операцию.

Микропрограммный автомат (МПА) - это центральный узел УУ. Он формирует последовательность сигналов управления, в соответствии с которыми производятся действия, необходимые для выборки и выполнения команд. Исходной информацией для МПА служат: декодированный код операции, состояние флагов регистра признаков, которые характеризуют результат предшествующих операций, внешние запросы на прерывание текущей программы и переход на программу обслуживания прерывания.

Арифметико-логическое устройство – предназначено для арифметической и логической обработки данных.

Операционный блок (ОПБ) выполняет арифметические и логические операции над поданными на вход операндами. Выбор конкретной операции ОПБ определяется кодом операции команды. Код операции может поступать либо непосредственно из регистра команд, либо из микропрограммного автомата. Операционные блоки в современных АЛУ строятся как комбинационные схемы, т.е. не обладают внутренней памятью и до момента сохранения результата операнды должны присутствовать на входе блока.

Регистры операндов. Регистры PX и PY обеспечивают сохранение операндов на входе операционного блока вплоть до получения результата операции и его записи в аккумулятор.

Регистр признаков (РПрз) – предназначен для фиксации и хранения признаков (флагов), характеризующих результат последней выполненной арифметической или логической операции в ОПБ. Это признаки: нулевого результата, переполнения разрядной сетки, переноса или заёма, четности, знака и т.д. Содержимое РПрз используется для организации условных переходов по результатам операций в АЛУ.

Аккумулятор (Акк) – в этом регистре находится один из операндов, результат операции помещается в него, через Акк могут производиться операции ввода и вывода.

Основная память (ОП) – представляет собой массив запоминающих элементов, которые организованы в виде ячеек, в которой хранится единица информации (один байт). Каждая ячейка имеет свой адрес. Ячейки ОП организованы в виде матрицы, а выбор ячейки осуществляется путем подачи разрешающих сигналов на соответствующие строку и столбец этой матрицы. Это обеспечивается дешифратором адреса памяти, преобразующим поступивший из РАП адрес ячейки в разрешающие сигналы, подаваемые в горизонтальную и вертикальную линии, на пересечении которых расположена адресуемая ячейка. Так как в современных ОП используется несколько микросхем ЗУ, то первоначально на основании старших разрядов адреса выбирается микросхема, а затем по младшим разрядам адреса и сама ячейка памяти внутри микросхемы.

Модуль ввода-вывода (МВВ) – служит для обеспечения подключения к ВМ различных ПУ и обмена информации с ними. МВВ может содержать дешифратор номера порта ввода-вывода и множества портов ввода-вывода.

Порт ввода-вывода – это схема, которая передает информацию из Акк к ПУ и обратно. Она обеспечивает электрическое и логическое сопряжение ВМ с подключенными к нему ПУ.

Дешифратор номера порта ввода-вывода (ДВВ) обеспечивает преобразование номера порта в сигнал, разрешающий операцию ввода-вывода на соответствующем порте. Непосредственно ввод (вывод) происходит только при поступлении сигнала Вв (Выв) из МПА.

Дата добавления: 2014-01-07