Организация ЭВМ и ее систем
Основные принципы построения аппаратных средств ЭВМ и компьютерных систем. Классическая архитектура персонального компьютера, его структурная схема. Представление информации в ЭВМ. Параметры микропроцессора, шинная архитектура типичной системы Pentium.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.01.2011 |
| Размер файла | 5,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оглавление
- Основы
- Понятие архитектуры и структуры компьютера
- Структура ЭВМ (на примере ПК)
- Структурная схема ПК
- Представление информации в ЭВМ
- Перевод из десятичной системы счисления в любую другую
- Перевод из любой системы счисления (2,8,16) в десятичную
- Принцип эквивалентности
- Перевод нецелых чисел из десятичной в двоичную
- Арифметические действия над целыми двоичными числами
- Представление чисел с фиксированной и плавающей точкой. Самостоятельно тчк
- Простейшие операции алгебры логики
- Основные законы алгебры логики
- Логическая схема сумматора
- Полный одноразрядный сумматор
- Сумматор для сложения трёхразрядных двоичных чисел
- Электронная реализация логического элемента (самостоятельно)
- Классическая архитектура ЭВМ, принципы Джона фон Неймана
- Процессоры. Принципы построения элементарного процессора
- Выполнение операций по тракту данных
- Основные параметры микропроцессора
- Представление машинных команд
- Основная память
- Шинная архитектура ЭВМ
- Шинная архитектура типичной системы Pentium
Основы
Изучение принципов организации и построении аппаратных средств ЭВМ и компьютерных систем, предназначенных для обработки информации в цифровой форме. Изучение перспективных направлений развития ЭВМ и систем, применение различных классов вычислительной техники к различным задачам или применение их в различных предметных областях, получить определённый опыт применения компьютерных систем в профессиональной деятельности.
Понятие архитектуры и структуры компьютера
Архитектура - определяется совокупностью свойств существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре ЭВМ и функциональным возможностям
Функциональные возможности делятся на основные и дополнительные.
Основные:
Обработка, хранение данных.
Обмен информацией с внешними объектами.
Дополнительные:
Для повышения эффективности выполнения основных функций. Они обеспечивают оптимальные эффективные режимы работы.
Структура ЭВМ - модель, устанавливающая состав, порядок, принцип взаимодействия входящих в ЭВМ компонентов.
Структура ЭВМ (на примере ПК)
ПК - настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая принципам доступности и универсальности применения.
Плюсы ПК:
автономность эксплуатации без достаточно жёстких требований к окружающей среде;
достаточно высокая надёжность работы с возможностью замены комплектующих;
гибкость архитектуры, которая обеспечивает адаптивность к различным сферам деятельности;
сопоставимость ОС и их совместимость, а также совместимость различного прикладного ПО, всё это обеспечивает возможность работы с ПК пользователей без особой спецподготовки;
небольшая стоимость
Структурная схема ПК
Микропроцессор - центральный блок компьютерной системы, предназначенный для управления работы всех блоков ЭВМ и для выполнения арифметических логических операций.
АЛУ - для выполнения всех арифметических и логических операций над числами и символьной информацией.
УУ - формирует и подаёт во все блоки ЭВМ в нужные моменты времени определённые управляющие импульсы (сигналы управления), которые обусловлены спецификой выполняемой операции и результатами выполнения предыдущей операции. УУ формирует адреса ячеек памяти, которые используются в выполняемой операции и передаёт эти адреса в соответствующие блоки компьютера. Опорную последовательность импульсов УУ получает от генератора тактовых импульсов.
Микропроцессорная память - предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи данных, которые непосредственно используются в вычислениях в ближайшие такты работы процессора в данный момент времени. Построена на регистрах.
Интерфейсная часть - предназначена для реализации сопряжения и связи микропроцессора с другими блоками компьютера. Она включает в себя интерфейсную часть микропроцессора, буферные запоминающие регистры, схемы управления портами ввода и вывода, и системными шинами.
Порт - аппаратура сопряжения, позволяющая подключить к процессору другие устройства.
Кэш (1 уровня) - предназначен для ускорения выполнения команд и передаче данных.
Математический сопроцессор - располагается в микросхеме процессора, используется для ускорения выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-десятичными кодированными числами, а также для выполнения некоторых математических функций. Он имеет свою систему команд и работает параллельно с основным процессором, но строго под его управлением.
Генератор тактовых импульсов - предназначен для выработки или генерации последовательностей электрических импульсов, которые подаются на УУ микропроцессора. Частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту процессора. Время между соседними импульсами определяет время одного такта работы (такт работы компьютера). Частота генерируемых импульсов - одна из основных характеристик компьютера, определяет быстродействие работы компьютера.
Системная шина - основная интерфейсная система ЭВМ для обеспечения сопряжения и связи всех устройств с процессором, а также устройств между собой. Она включает в себя:
Кодовую шину данных, предназначенную для параллельной передачи всех разрядов числового кода.
Кодовую шину адреса, предназначенную для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти.
Кодовую шину инструкций, предназначенную для передачи управляющих сигналов во все необходимые блоки ЭВМ.
Шина питания, для подключения всех блоков компьютера к системе энергоснабжения.
Системная шина обеспечивает три направления передачи информации и данных:
Между процессором и основной памятью;
Между процессором и портами ввода-вывода;
Между основной памятью и портами ввода-вывода (режим DMA).
Управление системной шиной осуществляется процессором или контроллером.
Основная память - предназначена для хранения и оперативного обмена данными с другими блоками ЭВМ.
ПЗУ - предназначена для хранения неизменных данных (служебная справочная информация, программы), позволяет оперативно считывать в штатном режиме хранящуюся в ней информацию.
ОЗУ - предназначена для оперативной записи, хранения и считывания программ и данных, непосредственно участвующих в информационно-вычислительном процессе, которым занимаются процессор в текущий момент времени. Достоинства - достаточно высокое быстродействие, возможность обращаться практически к любой ячейке памяти по адресу (прямой адресный доступ к ячейке).
Внешний кэш - память с большой скоростью доступа и обмена, предназначена для ускорения обращения к данным, которые содержатся в основной памяти (основная память имеет меньшую скорость доступа).
Внешняя память - предназначена для долговременного хранения информации и данных, которые требуются для решения каких-то конкретных задач. Основной источник хранения внешней памяти - жёсткий диск.
Таймер - внутримашинные электронные часы, предназначены для обеспечения автоматического съёма текущего момента времени. Таймер запитывается от автономного источника питания.
Сетевой адаптер - относится к устройствам связи и телекоммуникации, и предназначен для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласовательные интерфейсы), а также для подключения компьютера к каналам связи с другими компьютерами и вычислительными сетями. Внешний интерфейс компьютера. Функцию сетевого адаптера выполняет модем.
Клавиатура - предназначена для ввода символьной информацией и управляющих сигналов.
Мышь - для ввода управляющих сигналов.
Монитор - устройство вывода для отображения вводимой и выводимой информации.
Принтер - устройство вывода информации на бумажный носитель, а также фотобумагу и пластик.
Источник питания - для обеспечения ЭВМ энергоснабжением.
Контроллер (адаптер) - обеспечивают интерфейс между системной шиной и соответствующим внешним устройством.
Контроллер прямого доступа к памяти - предназначен для прямого управления накопителями на магнитных дисках. Освобождает процессор от соответствующих действий, что позволяет увеличить быстродействие. Управляет обменом данных между ОЗУ и внешними ЗУ без участия процессора.
Контроллер прерываний - предназначен для обслуживания прерываний. Он принимает запрос на прерывание от внешнего устройства, определяет приоритет данного запроса и выдаёт сигнал прерывания в процессах. Процессор, получив сигнал прерывания от контроллера, приостанавливает выполнение текущей программы и переходит к выполнению специальной программы обслуживания прерываний. После завершения выполнения программы процессор переходит к выполнению прерванной программы. Контроллер прерывания программируемый.
Прерывание - временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой программы в более важный данный момент времени.
Представление информации в ЭВМ
В большинстве компьютеров используется двоичная система счисления. Машинное слово - 2 байта, полуслово - 1 байт, расширенное слово - 8 байт. Система счисления - способ наименования и изображения чисел с помощью символов, имеющих определённое количественное значение. Два основных типа счисления - позиционная и непозиционная.
Позиционная - такая система, в которой значение каждой цифры определяется её позицией в числе.
Непозиционная система - в ней цифры не меняют своего количественного значения в зависимости от их расположения в числе.
Перевод из десятичной системы счисления в любую другую
Правила перевода.
персональный компьютер архитектура микропроцессор
Десятичное число последовательно делится на основание системы счисления, в которую переводим до тех пор, пока последнее частное не станет меньше основания системы счисления.
Перевод из любой системы счисления (2,8,16) в десятичную
Правила перевода.
Число записывается в позиционной записи числа, и проводятся вычисления в десятичной системе счисления.
Принцип эквивалентности
Включает в себя замену соответствующего количества цифр одной системы счисления на соответствующее количество цифр другой системы счисления. Для перевода 16-ричных чисел в двоичную систему счисления каждая 16-ричная цифра числа заменяется тетрадой двоичных чисел. Тетрада - четыре последовательных цифры. Для перевода из 8-ричной системы счисления в двоичную каждая 8-ричная цифра заменяется триадой двоичных цифр.
Таблица ASCII-кодов русских букв
Таблица эквивалентности
|
десятичная |
двоичная |
16-ричная |
8-ричная |
|
|
0 |
0000 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0001 |
1 |
1 |
|
|
2 |
0010 |
2 |
2 |
|
|
3 |
0011 |
3 |
3 |
|
|
4 |
0100 |
4 |
4 |
|
|
5 |
0101 |
5 |
5 |
|
|
6 |
0110 |
6 |
6 |
|
|
7 |
0111 |
7 |
7 |
|
|
8 |
1000 |
8 |
10 |
|
|
9 |
1001 |
9 |
11 |
|
|
10 |
1010 |
A |
12 |
|
|
11 |
1011 |
B |
13 |
|
|
12 |
1100 |
C |
14 |
|
|
13 |
1101 |
D |
15 |
|
|
14 |
1110 |
E |
16 |
|
|
15 |
1111 |
F |
17 |
|
Перевод нецелых чисел из десятичной в двоичную
Правило перевода.
Целая и дробная части переводятся отдельно. Дробная часть - по правилу последовательного умножения на основании системы счисления, на которую переводим, целая часть - по правилу последовательного деления.
Перевод с округлением (до 4-го знака).
Арифметические действия над целыми двоичными числами
Умножение.
101
101
11001
Прямой, обратный, дополнительный код (используется для выполнения арифметических действий с числами со знаком в одном байте).
Числа в компьютер вводятся в прямом коде. Далее при выполнении операции сложения двоичных положительных и отрицательных чисел, числа переводятся в дополнительный код. (!) дополнительный код положительного двоичного числа совпадает с прямым кодом. Дополнительный код отрицательного числа получается при помощи перевода прямого кода отрицательного числа в обратный код, а обратного - в дополнительный.
Седьмой разряд показывает знак числа.
Обратный код отрицательного числа получается инверсией всех двоичных разрядов отрицательного числа, кроме знакового.
Дополнительный код получается из обратного путём прибавления к младшей цифре двоичного числа единицы. При переводе из обратного в дополнительный код знаковый бит не учитывается.
10001001 - >11110110->11110111
+11110111
00000100
11111011 - дополнительный код результата
11111010 - обратный код результата
10000101 - прямой код результата
При арифметических действиях с числами со знаком знак не участвует.
Представление буквенной, цифровой и символьной информации.
Существует международный стандарт ASCII. Он имеет основной стандарт и его расширение. Для кодирования используются 16-ричные коды от 00 до 7F - основной стандарт, расширение (дополнительный стандарт) - от 80 до FF. Основной стандарт - международный. В нём закодированы коды десятичных цифр, заглавные и прописные буквы латинского алфавита и ряд служебных символов. Расширенные или дополнительные стандарты предназначены для кодирования букв национальных алфавитов и псевдографики. В данном стандарте можно закодировать 256 символов. В вычислительных сетях используются другие стандарты (Unicode), каждый код символа в них занимает 2 байта. В этом коде описываются символы практически всех алфавитов мира.
Представление чисел с фиксированной и плавающей точкой. Самостоятельно тчк
Цифровой логический уровень.
Логические основы построения ЭВМ.
Для анализа и синтеза вычислительных схем в компьютерных системах, а также при алгоритмизации и программировании для решения задач достаточно широко используется математический аппарат алгебры логики - раздел матлогики, значение всех элементов, в котором определены в двухэлементном множестве.
Аппарат логики оперирует с логическими высказываниями.
Высказывание - любое предложение, в отношении которого имеет смысл утверждать, что оно либо истинно, либо ложно.
Считается, что высказывание удовлетворяет закону, исключающего третьего.
Любое высказывание либо истинно, либо ложно и не может быть одновременно и истинным, и ложным.
Простейшие операции алгебры логики
Логическое сложение (дизъюнкция, ИЛИ, "+", v)
Логическое умножение (конъюнкция, И, "*",
Логическое отрицание (инверсия, НЕ, "а")
Наименьший элемент алгебры логики 0.
Основные законы алгебры логики
Сочетательный
Переместительный
Распределительный
Логический синтез вычислительных схем (см. схемотехнику)
Логические блоки по международным стандартам (ИЛИ, И, НЕ).
Логическая операция ИЛИ-НЕ.
Логическая операция И-НЕ.
Сложение по модулю два.
Таблица истинности основных логических блоков
|
X |
Y |
ИЛИ |
И |
ИЛИ-НЕ |
И-НЕ |
М2 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
Логическая схема сумматора
Сумматор предназначен для нахождения суммы двух двоичных чисел. Является основным элементом АЛУ.
Логическая схема полусумматора.
Полусумматор реализует сложение двух одноразрядных двоичных чисел, в результате получается двухразрядное двоичное число, младшей цифрой которого является сумма, старшей цифрой - перенос в следующий разряд.
Таблица истинности полусумматора
|
X |
Y |
S |
Po |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
1 |
Другое представление полусумматора.
Полный одноразрядный сумматор
У полного одноразрядного сумматора есть возможность при сложении двух одноразрядных чисел учитывать наличие единицы переноса из старшего разряда. При построении его схемы используются два полусумматора, первый из которых суммирует два двоичных числа, второй к полученному результату прибавляет перенос из старшего разряда.
Схема одноразрядного сумматора.
Таблица истинности одноразрядного сумматора
|
X |
Y |
Po |
S |
P1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Сумматор для сложения трёхразрядных двоичных чисел
Логическая схема суммирования
Электронная реализация логического элемента (самостоятельно)
На примере электронной схемы логического элемента "И-НЕ", построенного на n-p-n транзисторах.
Классическая архитектура ЭВМ, принципы Джона фон Неймана
Основные принципы Джона фон Неймана:
Принцип двоичного кодирования, все ЭВМ работают в двоичной системе счисления;
Принцип программного управления, ЭВМ выполняет вычисления по программе, которая состоит из набора команд, команды выполняются автоматически друг за другом в определённой последовательности;
Принцип иерархической памяти - запоминающее устройство состоит минимум из двух уровней иерархической памяти;
Принцип адресности основной памяти - основная память должна состоять из пронумерованных ячеек, каждая из которых должна быть доступна программе по двоичному адресу или по присвоенному ячейке имени. Имя ячейки присваивается в программе, адрес хранится в основной памяти;
Принцип однотипности представления чисел и команд - как числа, так и команды записываются в двоичном коде;
Принцип хранимой программы - в процессе выполнения задачи, программа должна размещаться в запоминающем устройстве с достаточно высоким быстродействием.
Структурная схема фон Неймановской машины.
Память включала 4096 слов, каждое слово имело размерность 40 бит, одно слово могло содержать либо 2 команды по 20 бит, либо целое число со знаком размерностью 40 бит. Первые 8 бит содержали код операции,12 бит - адрес ячейки памяти. Тачка фон Неймана работала только с целыми числами.
Процессоры. Принципы построения элементарного процессора
Задача ЦП - выполнение команд, которые хранятся в основной памяти. Процессор вызывает команду из памяти, определяет её тип, затем, выполняет одну за другой последовательно.
АЛУ - для выполнения всех арифметических и логических операций над числами и символьной информацией.
УУ - формирует и подаёт во все блоки ЭВМ в нужные моменты времени определённые управляющие импульсы (сигналы управления), которые обусловлены спецификой выполняемой операции и результатами выполнения предыдущей операции. УУ формирует адреса ячеек памяти, которые используются в выполняемой операции и передаёт эти адреса в соответствующие блоки компьютера. Опорную последовательность импульсов УУ получает от генератора тактовых импульсов.
Микропроцессорная память - предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи данных, которые непосредственно используются в вычислениях в ближайшие такты работы процессора в данный момент времени. Построена на регистрах. Каждый регистр может выполнять определённую функцию, либо быть общего пользования. Все регистры одного размера. Основной регистр - регистр указатель команд (счётчик команд). В нём хранится информация о выполнении следующей команды. Регистр команд - находится команда, которая выполняется процессором в текущий момент времени.
Выполнение операций по тракту данных
В простейших процессорах тракт данных состоит из регистров, АЛУ и нескольких шин.
Значения А и В, поступающие в регистры, поступают на входные регистры АЛУ. Большинство команд можно разделить на две группы.
регистр - память: вызывают машинное слово из оперативной памяти и помещают его во входной регистр АЛУ и используют в качестве входных данных АЛУ;
регистр - регистр: вызывают два операнда из регистра, помещают во входные регистры АЛУ, над ними выполняется какая-либо операция (описанная в коде операция). Результат переносится в выходной регистр АЛУ и из него в один из регистров процессора. Этот цикл называется циклом тракта данных.
Выполнение команд центральным процессором
Выборка, декодирование, исполнение
ЦП выполняет каждую команду за несколько шагов.
ЦП вызывает команду из памяти (ОЗУ, кэш) и помещает в регистр команд;
Изменяет положение счётчика команд таким образом, что счётчик команд должен указывать на следующую команду для выполнения;
Определяет тип вызванной команды;
Если команда использует слово из ОЗУ, ЦП определяет место, где находится это слово (адрес);
Переносит слово из памяти, если это необходимо, в регистры центрального процессора. Если необходимо несколько слов - несколько слов переносит;
Выполняет команду;
Переходит к пункту 1 данного алгоритма для того, чтобы начать выполнение следующей команды.
Микросхема ЦП
Каждая микросхема процессора содержит набор выводов, через которые осуществляется обмен данными с другими устройствами, каждый из выводов (групп выводов) имеют своё назначение. Одни из выводов передают сигналы от ЦП, по другим принимаются сигналы центральным процессором, третья группа выводов выполняет и то, и другое. Все выводы микросхемы ЦП делятся на три основных типа:
Адресные;
Информационные;
Управляющие;
Цоколёвка центрального процессора
Основные выводы - адресные и информационные. Если микросхема содержит М адресных выводов, она может обращаться к 2^М ячейкам оперативной памяти. Выводы данных - если микросхема содержит N выводов данных, процессор может считывать и записывать N-битное слово за одну операцию.
Выводы управления предназначены для регулирования и синхронизации потоков данных к процессору и от него. Они включают управление шиной, прерывания, арбитраж шины, выводы состояния и прочие.
Выводы управления шиной - выходы из микропроцессора в шину, которые обеспечивают информацию по управлению шиной, допустим, процессор хочет считать какие-то данные, шина должна загрузить из оперативной памяти в процессор эти данные.
Выводы прерывания - входы в процессор из внешних устройств, по ним подаётся сигнал прерывания, что какое-то внешнее устройство хочет загрузить данные в процессор.
Выводы арбитраж шины - по ним осуществляется разрешение конфликтов в шине, т.е. регулирование потоков данных в шине, чтобы не допустить ситуацию, когда два устройства пытаются одновременно воспользоваться шиной. Для разрешения конфликтов процессор тоже считается устройством.
Выводы сопроцессора - по ним передаются сигналы, данные и команды по обмену сопроцессором.
Выводы состояния - по ним выдаётся и принимается информация о состоянии процессора, т.е. это может быть информация, что процессор не может взаимодействовать с каким-то устройством, потому что он занят.
Прочие выводы - индивидуальны у определённых модификаций процессора (выводы перезагрузки, выводы для соединения с устаревшими модификациями, шинами).
Символ синхронизации сигнала - по этим выводам передаётся синхроимпульс для синхронизации работы процессора.
Питание, земля - подключение к электропитанию, заземлению.
Физическая структура микропроцессора (на примере семейства Pentium)
Она включает:
Ядро микропроцессора;
Исполняющий модуль;
АЛУ для операций с целыми числами;
Регистры;
Интерфейс шины и выход на системную шину оперативной памяти;
Кэш первого уровня, который включает кэш данных и кэш команд (кэш второго уровня);
Блок для работы с числами с плавающей точкой (математический сопроцессор);
Блок декодирования инструкций опережающего исполнения и предсказания ветвлений.
Функциональная структура микропроцессора
В микропроцессоре выделяются две части, работающие параллельно:
Операционная - содержащая УУ, АЛУ и микропроцессорную память;
Интерфейсная - включающая адресные регистры, блок регистров команд, схемы управления шиной и портами.
Интерфейсная часть должна работать с опережением.
Устройство управления
Предназначено для выработки управляющих сигналов, поступающих ко всем устройствам компьютера по всем кодовым шинам инструкции.
Схема функционирования устройства управления.
Кодовая шина адреса, данных и инструкции предназначена для передачи адреса от УУ к устройствам, данных к УУ и т.д. Это относится к внутренней интерфейсной части ЦП.
Регистр команд - запоминающий регистр, в котором хранится код команды (КОП) и адреса операнда, которые участвуют в операции.
Дешифратор операции - логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим на него из регистра команд кодом операции один из множества имеющихся у него выводов.
ПЗУ микропрограмм - хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках процессора той или иной команды.
Узел формирования адреса - устройство, хуярит что-то там с адресом, по результатам (реквизитам), которые поступают из регистра команд и регистра микропроцессорной памяти.
Устройство управления формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:
Выбор из регистра счётчика адреса команды микропроцессорной памяти и адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда;
Выборка из ячейки ОЗУ кода операции очередной команды и приём считанной команды в регистр команд;
Расшифровка кода операции и признаков выбранной команды;
Выборка операнда и выполнение заданной операции обработки этих операндов;
Запись результатов операции в память;
Считывание из регистра команд и регистров микропроцессорной памяти отдельных составляющих адресов операнда (адресов чисел, которые должны участвовать в выполнении операции или вычисления и формирования адреса операнда);
Формирование адреса для следующей выполняемой команды.
Арифметико-логическое устройство
Представляет собой вычислительную схему, которая выполняет процедуру сложения поступающих на неё двоичных кодов, имеет размерность двойного машинного слова.
Схема функционирования АЛУ. (простейший вариант)
Р1 - регистр разрядности, двойное слово. Может и принимать число, и обратно отправлять результат на кодовую шину данных.
Р2 - регистра разрядность-слово. Только принимает второе слагаемое с кодовой шины данных.
Схема управления принимает по кодовой шине инструкций управляющие сигналы от УУ и преобразует их в сигналы для управления работой регистров и сумматора.
Регистры центрального процессора
Регистры ЦП предназначены для кратковременного хранения машинных команд и данных. Это ячейки памяти в ЦП, которые доступны из программ (низкого уровня). Все регистры имеют определённый размер, за каждым закреплено определённое имя по назначению и способу использования. Все регистры подразделяются на группы:
Регистры общего назначения, подразделяются на:
Универсальные регистры;
Регистры смещения;
Сегментные регистры;
Регистр указатель команд;
Регистр указатель флагов.
Регистры общего назначения
Универсальные регистры
Целиком универсальные регистры используются при работе с числами, а их половины для работы с частями чисел или символами. Минимальная конфигурация регистров - 2 байта.
EDX - тот же регистр данных, но размерностью 4 байта.
EEDX - размерность регистра - 8 байт.
АН, AL - можно из программ обращаться к половинам регистра.
Регистры смещения
Особенность всех регистров общего назначения
SI - индекс источника;
DI - индекс приёмника;
BP - регистр указатель базы;
SP - указатель стека;
К ним можно обращаться по именам и записывать целиком информацию 2 байта.
Особенность всех регистров общего назначения заключается в том, что они могут использоваться в любых арифметических и логических операциях.
Сегментные регистры
Назначение сегментных регистров строго определено.
В регистре CS должен находиться начальный адрес сегмента команд той области памяти, где хранятся программы.
В регистре DS - указатель на начало сегмента данных.
В регистре SS - адрес памяти, указывающий на область памяти, отведённую под стек.
В регистре ES - дополнительный сегмент, имеет различное значение.
Ни в каких арифметических и логических операциях данные регистры использоваться не могут, в них можно только записывать и считывать данных.
Они используются для сокращения размеров команд (сегментирование адресов).
Регистр указатель команд
В этом регистре всегда находится адрес команды, которая должна быть выполнена в следующий момент времени.
Если быть более точным, в регистре указателей команд находится адрес команды, отсчитанной от начала стека команд, абсолютный адрес определяется как содержимое регистра CS + содержимое регистра IP.
Регистр указатель флага
Флаг - один бит, принимающий значение либо единицы по нашим понятиям компьютерных систем (флаг установлен, если выполнено некоторое условие), и принимающий значение 0 (флаг сброшен, если некоторое условие не выполнено).
Две группы:
Флаги условий, они изменяются автоматически при выполнении команды, и фиксируют те или иные свойства результата. Проверив данные флаги, можно проанализировать результат выполнения команды.
Флаг CF - флаг переноса - используется при выполнении операций над числами без знака, при переполнении в нём устанавливается единица;
Флаг PF - флаг чётности - устанавливается в единицу, если в 8 младших битах результата выполнения очередной команды содержится чётное количество двоичных единиц, используется в операциях ввода-вывода;
Флаг AF - флаг переноса - для фиксирования операций над двоично-десятичными числами;
Флаг ZF - флаг нуля - устанавливается в единицу, если результат выполнения команды нулевой;
Флаг SF - флаг знака - устанавливается в единицу, если при выполнении операции над числами со знаком получился отрицательный результат;
Флаг OF - флаг переполнения - используется в арифметических операциях над числами со знаком с плавающей точкой. Если происходит переполнение мантиссы, то данный флаг устанавливается в единицу;
Флаги состояния - они должны выполняться принудительно;
Флаг TF - трассировки - может быть установлен в единицу после выполнения каждой команды программ, и процессор выполняет прерывание выполнения данной программы;
Флаг IF - флаг прерываний - если он установлен 0, процессор перестаёт реагировать на поступающие к нему прерывания;
Флаг DF - флаг направления - устанавливает направление просмотра строк в строковых командах. Если он нулевой, то направление от начала к концу.
Основные параметры микропроцессора
Разрядность шины адреса, данных. Определяет соответственно шины адреса, количество разрядов, над которыми может быть выполнена какая-то операция. Разрядность шины адреса определяет адресное пространство.
Рабочая тактовая частота процессора. Определяет внутреннее быстродействие.
Размер кэш-памяти.
Конструктивные физические разъёмные соединения, в которые устанавливается процессор, определяют пригодность процессора к соответствующей материнской плате, два вида: разъём-гнездо и разъём-слот.
Рабочее напряжение.
Состав инструкций - по нему все процессоры можно подразделить на классификационные группы:
Процессоры CISC-архитектуры - этот тип использует четыре такта работы для выполнения каждой команды, называются "процессоры с полным набором команд";
Процессоры RISC-архитектуры - процессоры с усечённым набором команд, микропроцессоры этого типа содержат наборы только простых команд. При необходимости использования более сложных команд производится их автоматическая сборка из простых. Все команды в процессорах данного типа выполняются за один такт работы и имеют одинаковый размер. Существуют гибридные схемы;
Процессоры типа VLIW со сверхбольшим командным словом. При написании программ для этого процессора программисты к внутренним командам процессора доступа не имеют. Этот тип используется в современных суперскалярных компьютерах с параллельным выполнением команд;
Процессоры типа MISC-архитектуры команд, с минимальным набором системы команд и высоким быстродействием. Имеют приборное применение (т.е. начиная от контроллеров и заканчивая всей бытовой техникой, сотовыми телефонами, игрушками).
Представление машинных команд
Машинные команды занимают 4-6 байт. Первые 1-2 байта занимает код операции, в одном байте можно представить 256 различных кодов, некоторые операции объединяются в группы. Тогда в первом байте команды указывается код группы операции, во втором байте - уточняется код операции, указывается тип операции и способ адресации. В остальных байтах - операнды. Машинные команды могут иметь от 0 до 2 операндов. Размер их - 1 байт или слово. Операнд может быть указан в самой команде или находиться в одном из регистров процессора. Тогда в команде указывается имя данного регистра. Операнд может находиться в ячейке памяти. Тогда в команде указывается адрес ячейки. Может непосредственно, может в виде имени регистра соответствующего. В некоторых командах требуется, чтобы операнд находился в фиксированном месте. Результат выполнения команды (операции) помещается либо в регистр в одном типе команд, либо в ячейку памяти, откуда был взят один из операндов.
Основные форматы команд с двумя операндами
Регистр-регистр;
Регистр-память;
Регистр - непосредственно операнд;
Память - непосредственно операнд.
Формат команд регистр-регистр
Занимает 2 байта. Выполняет операцию REG1<=REG1*REG2, либо REG2<=REG1*REG2
REG1 и REG2 - регистры общего назначения
КОП - код выполняемой операции.
а - указывает, в какой из регистров записывается результат. "а" может принимать значения либо 1, либо 0. Если 1, то - > REG1, если 0, то REG2
W - Определяет размер операндов. Если W=1, то размер операнда - слово 2 байта, если W=0 - 1 байт.
Во втором байте 6,7 биты - всегда единицы.
Две тройки битов (REG1, REG2) указывают на регистры общего назначения.
|
REG1, REG2 |
W=1 |
W=0 |
|
|
000 |
AX |
AL |
|
|
001 |
BX |
BL |
|
|
010 |
CX |
CL |
|
|
011 |
DX |
DL |
|
|
100 |
SP |
AH |
|
|
101 |
BP |
BH |
|
|
110 |
SI |
CH |
|
|
111 |
DI |
DH |
Допустим, команда выполняет операцию сложения
Первое слагаемое из регистра DX, второе - из регистра SP
DX (REG1) <= DX + SP
Пример 2
DL <= DH + DL
Формат команд регистр-память
Может занимать от 2 до 4 байт. Данные команды описывают операцию.
REG<=REG*ADR, либо ADR<=REG*ADR
а отражает, если 1, то в регистр, если 0, то в оперативную память по соответствующему адресу.
Поле MOD определяет, сколько байтов занимает в команде операнд адрес. Три сочетания: 00, 01,10. Если 00, поле адреса занимает 0 байт, если 01 - 1 байт, если 10 - 2 байта.
REG - один из регистров общего назначения. Определяет регистр, в котором находится операнд. Он точно также выбирается в зависимости от поля W, как в предыдущей команде (см. таблицу выше).
Поле МЕМ определяет способ модификации адреса ячейки ОЗУ.
Поле ADR - адрес оперативной памяти.
Пример.
Первое слагаемое из DX, второе из ячейки ОЗУ размерностью 2 байта по адресу 10……10
Ячейка ОЗУ (ADR) <= DX + ADR
Формат команд регистр - непосредственно операнд
Он может быть размерностью от 3 до 4 байт.
REG<=REG*I
КОП - определяет группу операции, в которую входит операция данной команды.
КОП1 - уточняет операцию.
REG - один из регистров общего назначения, который в совокупности с полем W (см. таблицу).
I - непосредственно операнд (число, указанное в команде).
Бит S - определяет размер непосредственно операнда.
S=1, то байт, если S=0, то слово (2 байта).
Формат команд память - непосредственно операнд
Он может быть размерностью от 3 до 6 байт.
Данный тип команд выполняет следующую операцию.
ADR<=ADR*I
Обозначения полей см. выше.
Основная память
Память - часть компьютерной системы, где хранятся программы и данные. Основная единица памяти - бит. Память состоит из ячеек, каждая из которых может хранить некоторую порцию данных. Каждая ячейка имеет свой номер, который называется адресом ячейки памяти. По данному адресу из программы можно обратиться к ячейке памяти. Все ячейки памяти имеют одинаковое число бит. Если ячейка состоит из N бит, то она может содержать 2^N комбинаций. Адреса основной памяти выражаются в двоичных числах, ячейка памяти - минимальная единица, к которой можно обратиться. Минимальная ячейка может быть размерностью 8 бит. Байты группируются в машинные слова. Байты в машинных словах нумеруются слева направо или справа налево. Схема перенумерации ячеек памяти ОЗУ в конфигурации Intel. Слово 32 разряда.
Прямой порядок байт
Схема перенумерации ячеек памяти ОЗУ в конфигурации типа Sparc
Обратный порядок байт.
Постоянное запоминающее устройство
Предназначено для хранения информации или данных, энергонезависимая память.
Микросхемы ПЗУ
1. ROM - программируемое при изготовлении;
2. PROM - программируемое постоянное ЗУ после изготовления;
3. EPROM - стираемое программируемое ЗУ;
4. EEPROM - электронно-стираемое программируемое ЗУ.
Шинная архитектура ЭВМ
Шина - группа проводников и микросхем, соединяющая различные устройства ЭВМ. Шины бывают внутренние и внешние (по отношению к процессору). Внутренние шины выполняют функцию соединения внутренних составляющих процессора. Внешние шины соединяют процессор с памятью и другими устройствами ввода-вывода. Изначально была одна системная шина, в современных ПК минимальный набор - хотя бы 2 шины.
Компьютерная система с несколькими шинами
Протокол шины
Это - правило о том, как работает шина и все устройства, связанные с шиной, которые выпускаются различными производителями. Некоторые устройства, связанные с шиной, являются активными, и могут инициировать передачу информации по данной шине. Другие устройства - пассивные, они ожидают запрос на передачу информации от шины. Активные устройства ещё называются задающие. Пассивное устройство - подчинённое. Например, когда процессор требует от контроллера диска считать и записать информацию, процессор - задающий, подчинённое - контроллер диска.
|
Задающее устройство |
Подчинённое устройство |
Примечания |
|
|
ЦП |
Память |
Считывание или запись команд и данных из памяти |
|
|
Устройство ввода-вывода |
Память |
Прямой доступ к памяти |
|
|
ЦП |
Устройство ввода-вывода |
Передача данных между процессором и устройством |
Некоторые устройства могут являться только задающими, другие устройства могут являться только подчинёнными, а третьи устройства могут являться и задающими, и подчинёнными в зависимости от ситуации. Шины могут состоять из трёх основных частей (линий): линии адреса, линии данных (информационные), линии управления. Плюс к этому линии питания, но они могут присутствовать не во всех конфигурациях шин.
Параметры, существенно влияющие на скорость передачи данных и пропускную способность шины:
1) Ширина шины - сколько одновременно она может передать информации;
2) Синхронизация шины - чем больше синхронизация, тем быстрее;
3) Арбитраж шины - решение конфликтов в шине;
4) Функциональное исполнение - материалы, из которых изготовляются проводники и шины, и, соответственно, микросхемы.
Шинная архитектура типичной системы Pentium
1. Цель работы: изучить организации размещения и установки компонентов на материнской плате системы Pentium 4, шинную архитектуру систему Pentium 4 и научиться определять и использовать основные типы составляющих ЭВМ.
2. Порядок выполнения работы:
Центральный процессор устанавливается в его сокет, в данном случае в Socket 478 по специальному опознавательному знаку, на процессоре это позолоченная насечка с обозначением первого контакта, на материнской плате могут использоваться разные обозначения.
Отгибается рычаг, процессор суётся засечкой на обозначение, втыкается, рычаг загибается обратно. Проц установлен, PROFIT.
Гнёзда для ОЗУ находятся рядом с процом.
Память втыкается в них согласно пазам, если воткнуть не так - есть риск уработать материнскую плату. В данном случае это - длинные синие и чёрные слоты, расположенные между IDE коннекторами и северным мостом платы. Втыкается туда память DDR с частотами 266/333/400, а в двухканальном режиме будет работать на все 800 (если сунуть 2х400). Чтобы память работала в двухканальном режиме, рекомендуется использовать память одних таймингов, частот, объёма памяти и, желательно, производителя. Устанавливается для этого парно в слоты одного цета. Размерность планок памяти - от 64 мб до 1 гб. Советуется ставить планки сначала в синие разъёмы, они физически находятся ближе к чипсету.
Слоты PCI, предназначены для установки в них самой разнообразной микрухи, начиная от мультиков и заканчивая сказёвыми контроллерами и видеорегистраторами, имеет шинку в 33 МГц и поэтому в настоящее время малопригодна для того, чтобы совать туда какие-то высокоскоростные девайсы в духе видеокарточек.
Слоты PCI
Слот AGP предназначен для установки в него видеокарт, имеет напряжение 1,5 В и 0,8 В в данной конфигурации и оснащён некислой скоростью в 4Х/8Х (133/266 МГц).
Находится AGP под северным мостом и имеет коричневый цвет.
3. Шинная архитектура 865PE-чипсета
Вывод: научились в этой работе делать простые операции по внедрению памяти, проца, видях и прочих устройств в слоты, для этого предназначенные. Рассмотрена архитектура четвёртого пентиума, а также выявлено, что она уже безнадёжно устарела. Такие дела.
1. Цель: изучить шинную архитектуру системы Pentium 4 и научиться определять и использовать основные типы шин, расположенных на материнской плате системы Pentium 4.
2. Порядок выполнения работы:
С руководством ознакомлен.
Разъёмы на задней панели материнской платы
1. PS/2 для клавиатуры;
2. PS/2 для мыши;
3. S/PDIF - цифровой звук;
4. LPT - параллельный порт для подключения различных устройств;
5.com - последовательный порт для того же;
6. FireWire - для различных устройств
7. USB - многофункциональные порты для не менее функциональных устройств;
8. RJ-45 для подключения сетевого шнура, сиречь порт сетевого адаптера;
9. Разъёмы встроенной звуковой карты: синий - линейный вход, зелёный - линейный выход, розовый - микрофонный вход.
Внутренние выходы шин.
1. Front Panel Audio - подключение звуковых разъёмов на передней панели
2. CD-IN - прямое подключение к приводу для проигрывания музыки.
3. AUX-IN - подключение других устройств к звуковой карте напрямую
4. 12V 4-pin ATX Power Connector - доппитание процессора
5. 12V ATX Power connector (Main power) - основное питание материнки
6. FDD - разъём для дисковода 3,5 и 5,25
7. Primary IDE - подключение жёстких дисков и накопителей с шиной IDE
8. Secondary IDE - подключение жёстких дисков и накопителей с шиной IDE
9. Serial ATA 1.0 - подключение жёстких дисков и накопителей с шиной IDE
10. Secondary IDE (в этой конфигурации материнской платы)
11. Primary IDE (в этой конфигурации материнской платы)
12. System panel connector - подключение индикации и кнопок
13. COM2 - последовательный порт
14. S/PDIF - цифровой звук
15. GAME/MIDI port - для подключения различных устройств вроде джойстиков.
16. FireWire
17. USB 2.0
Структурная схема шинной архитектуры:
Выводы: в этой работе я уже знал, какая шина куда относится и какие выводы имеет, тут же приводится схема, на которой содержится ошибка, поскольку шина АТА100 устаревшая, и на тот момент давно уже существует шина АТА133, которую пихали ещё в 815-ый чипсет.
Организация и размещение основных компонентов шинной архитектуры двухпроцессорной системы на базе Dell Precision Desktop 210
1. Цель: изучить шинную архитектуру системы Dell Precision Desktop 210, организацию, размещение и установку основных компонентов системы.
2. Порядок выполнения работы:
Был выполнен поиск руководства к данной материнской плате по её чипсету i440BX и двухпроцессорной слотовой конфигурации, изображения элементов взяты с Service Manual для инженеров.
Разъёмы на задней панели материнской платы
Сходства с платой P4P800-X, рассмотренной в прошлой работе
1. PS/2 для клавиатуры;
2. PS/2 для мыши;
4. LPT - параллельный порт для подключения различных устройств;
5.com - последовательный порт для того же;
7. USB - многофункциональные порты для не менее функциональных устройств;
8. RJ-45 для подключения сетевого шнура, сиречь порт сетевого адаптера;
9. Разъёмы встроенной звуковой карты
Различия в сравнении с той же платой:
1. Отсутствует S/PDIF разъём
2. Отсутствует порт COM2
3. Отсутствует два дополнительных USB-порта.
Внутренние выходы шин.
Сходства с платой P4P800-X
CD-IN - прямое подключение к приводу для проигрывания музыки.
IDE FDD - разъём для дисковода 3,5 и 5,25
Primary IDE - подключение жёстких дисков и накопителей с шиной IDE
Secondary IDE - подключение жёстких дисков и накопителей с шиной IDE
System panel connector - подключение индикации и кнопок
CPU_FAN для подключения кулера
Наличие AGP щины
Различия в сравнении с той же платой:
1. Процессорный разъём Slot1 в отличие от Socket 478;
2. Отсутствует Front Panel Audio - подключение звуковых разъёмов на передней панели;
3. Отсутствует AUX-IN - подключение других устройств к звуковой карте; напрямую
4. Отсутствует Serial ATA 1.0;
5. COM2 - последовательный порт выведен на заднюю панель;
6. Отсутствует S/PDIF - цифровой звук;
7. Отсутствует GAME/MIDI port - для подключения различных устройств вроде джойстиков;
8. USB-порты расположены только на задней панели в количестве двух штук;
9. Материнская плата имеет нетипичное питание с широким коннектором АТХ;
10. Наличие Wake-on-LAN порта;
11. Шина AGP 2x;
12. Возможность установки двух процессоров;
13. Джамперы для установки частоты процессора вручную, а также дополнительные для БИОСа.
Рисунок нетипичного питания процессора
Шинная архитектура основана на чипсете i440BX с разницей в том, что использует вместо одного процессора два по MPS 1.4 технологии.
Вывод: на текущий момент система на базе двух процессоров Pentium II и чипсете i440BX является устаревшей, а некоторые и компонент шины давно сняты с производства. Однако, эта система не теряет своей актуальности в качестве небольшого почтового сервера, шлюза и других возможных вариантов, а установка с вольтмодом процессоров Celeron 1400 через переходник и 512 Mb PC100 SDRAM даёт немало возможностей.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Архитектура современного персонального компьютера. Виды и характеристики центральных и внешних устройств ЭВМ. Структурная и функциональная схемы персонального компьютера. Устройства для ввода информации в системный блок и для отображения информации.
курсовая работа [592,5 K], добавлен 18.01.2012Изучение внутренней и внешней архитектуры персонального компьютера. Логическая организация и структура аппаратных и программных ресурсов вычислительной системы. Описание различных компонентов ПК. Принципы их взаимодействия, функции и характеристики.
контрольная работа [33,0 K], добавлен 15.06.2014Понятие "архитектура ЭВМ". Принципы построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре. Архитектура электронной вычислительной машины, построенной на принципах Фон Неймана. Совершенствование и развитие внутренней структуры ЭВМ. Шинная архитектура ЭВМ.
контрольная работа [133,5 K], добавлен 02.12.2010Разработка программных и аппаратных компонентов для проведения информатизации объекта. Выбор конфигурации рабочих станций. Комплектация персонального компьютера и сервера для обеспечения обработки информации. Схема лицензирования программного обеспечения.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 20.12.2012Архитектуры вычислительных систем сосредоточенной обработки информации. Архитектуры многопроцессорных вычислительных систем. Классификация и разновидности компьютеров по сферам применения. Особенности функциональной организации персонального компьютера.
контрольная работа [910,2 K], добавлен 11.11.2010Сущность компьютера как своеобразного вычислителя. Характеристика микропроцессора – главного элемента компьютера, его электронной схемы, выполняющей все вычисления и обработку информации. История компьютерной техники. Работа звуковой карты, клавиатуры.
контрольная работа [75,7 K], добавлен 01.03.2011Происхождение термина "архитектура ЭВМ", его содержание. Классическая архитектура ЭВМ и принципы фон Неймана, направления и перспективы ее совершенствования. Архитектура, основанная не на кремниевых технологиях: оптическая, квантовая, нейроархитектура.
курсовая работа [132,0 K], добавлен 20.11.2013Обзор существующих решений построения систем взаимодействия. Классическая архитектура клиент-сервер. Защита от копирования и распространения материалов тестирования. Задачи ИБ компьютерных систем тестирования и обзор современных способов их реализации.
курсовая работа [36,9 K], добавлен 26.04.2013История развития аппаратных средств и программного обеспечения. Представление данных (числа, символы, графика, звук). Язык двоичных кодов. Устройство компьютера (архитектура). Навыки пользователя в работе с операционной системой, программным обеспечением.
презентация [1,9 M], добавлен 19.10.2014Архитектура ЭВМ как общее описание ее структуры, функций и ресурсов. Схема взаимодействия устройств компьютера согласно архитектуре фон Неймана. Базовый комплекс персонального компьютера. Центральные и периферийные устройства, внутренняя архитектура.
презентация [335,2 K], добавлен 17.05.2010
