АРХИТЕКТУРА ЭВМ - раздел Философия, ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ Архитектура Эвм – Это Абстрактное Представление Эвм, Которое Отражает ...
Архитектура ЭВМ – это абстрактное представление ЭВМ, которое отражает ее схемотехническую и логическую организацию. Понятие архитектуры ПЭВМ является комплексным и включает в себя:
- структурную схему ЭВМ;
- средства и способы доступа к элементам структурной схемы ПЭВМ;
- организацию и разрядность интерфейсов ПЭВМ;
- набор и доступность регистров;
- организацию и способы адресации памяти;
- способы представления и форматы данных ЭВМ;
- набор машинных команд ЭВМ;
- форматы машинных команд;
- правила обработки нештатных ситуаций (прерываний).
На сегодняшний день общие архитектурные свойства большинства современных компьютеров подпадают под понятие фон-неймановской архитектуры. Так названа архитектура по имени ученого Джона фон Неймана.
| Рисунок 1. Схема машины фон Неймана
|
Фон Нейман предложил схему ЭВМ с программой в памяти и двоичной логикой вместо десятичной. Логически машину фон Неймана составляли пять блоков (рис.1): оперативная память, арифметико-логическое устройство (АЛУ) с аккумулятором,устройство управления, устройства ввода и вывода. Особо следует выделить роль аккумулятора. Физически он представляет собой регистр АЛУ.
К числу общих архитектурных свойств и принципов (фон Неймановская архитектура) можно отнести:
- линейное пространство памяти (для оперативного хранения информации в компьютере есть совокупность ячеек памяти, которым присваиваются последовательные номера (адреса) 0, 1, 2,…);
- принцип хранимой программы (код и данные находятся в одном адресном пространстве оперативной памяти);
- принцип микропрограммирования (в состав процессора входит блок микропрограммного управления, который для каждой машинной команды генерирует набор действий-сигналов для ее физического выполнения);
- последовательное выполнение программ (процессор выбирает команды из памяти строго последовательно, для изменения последовательного хода выполнения программы или осуществления ветвления используются специальные команды, которые называются командами условных и безусловных переходов);
- отсутствие разницы между данными и командами в памяти (с точки зрения процессора нет принципиальной разницы между данными и командами - они находятся в одном пространстве памяти в виде нулей и единиц, поэтому важно в программе всегда четко разделять пространство данных и команд);
- безразличие к целевому назначению данных (машине все равно, какую логическую нагрузку несут обрабатываемые ею данные).
Все темы данного раздела:
ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Конспект лекций
для учащихся специальности
2–45 01 33 – Сети телекоммуникаций
Минск
УО ВГКС
УДК 681.3.06(075)
ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭВМ
Современному человеку сегодня трудно представить свою жизнь без электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Путь к этому достижению был труден и долог. Много веков назад люди хотели иметь приспособления
Поколения ЭВМ
1-е поколение (1945-1954 гг.) - время становления машин с фон-неймановской архитектурой. В этот период формируется типовой набор структурных элементов, входящих и состав ЭВМ. Это - центральн
МАШИННО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Язык программирования — формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ.
В настоящее время разработаны сотни языков программирования. Обычно их разделя
МИКРОПРОЦЕССОРЫ INTEL
Микропроцессоры корпорации Intel и персональные компьютеры на их базе прошли не очень длинный во времени, но значительный по существу путь развития, на протяжении которого кардинально изменялись их
Регистры общего назначения
Данная группа регистров являются основными рабочими регистрами ассемблерных программ. Их можно разделить на группы:
· регистры данных, их можно использовать для временного хранения
Сегментные регистры
Все сегментные регистры содержат адреса памяти, с которых начинаются соответствующие сегменты.
СS
Регистры состояния и управления
К даннаму типу регистров относятся:
IP – регистр указателя команды (Instruction Pointer). Он содержит смещение команды в сегменте кода, которая должна быть выполнена. Этот
Сегментная организация памяти
В архитектуру процессора i8086/i8088 была заложена идея сегментной организации памяти, которая сохранилась с появлением новых моделей процессоров. Изменялись только адресуемые размеры сегмен
ТИПЫ ДАННЫХ
Программы оперируют с большим количеством самых разнообразных данных, имеющих определённый формат, определяемый размером ячейки (количеством бит), где данное хранится, и способом его представления.
Вещественые числа
Вещественные числа обрабатываются сопроцессором. Данные этого типа описываются тремя форматами: коротким, длинным, расширенным. Все они имеют для хранения ячейки разной длины.
Внутреннее п
ФОРМАТ КОМАНД
Машинная команда представляет собой закодированное по определенным правилам указание процессору на выполнение некоторой операции. Правила кодирования команд называются форматом команд.
&nb
ОБРАБОТКА ПРЕРЫВАНИЙ
Прерывание– это приостановка выполнения программы с целью выполнения какой-то более важной или нужной в данный момент другой программы или процедуры, после завершения которой продолжается вы
INT тип_прерывания
где тип_прерывания представляет собой номер прерывания, которых в ЭВМ IBM насчитывается 256 (типы прерываний имеют номера 0-255):
- тип 0 – возникает при делении на 0 или если частное от д
СИНТАКСИС АССЕМБЛЕРА
Программа на ассемблере представляет собой совокупность блоков памяти, называемых сегментами. Программа может состоять из одного или нескольких таких блоков-сегментов.
Сегменты программы и
Алфавит ассемблера
Определим алфавит ассемблера, то есть допустимые для написания текста программ символы:
1) все латинские буквы А - Z, а - z, причем прописные и строчные буквы считаются эквивалентны
ДИРЕКТИВЫ СЕГМЕНТАЦИИ
Программа состоит из описаний сегментов.
Сегментом называется часть программы, содержащая совокупность логически однородной информации. Типичный набор сегментов программы содержит с
Упрощённые директивы сегментации
Для простых программ, содержащих по одному сегменту для кода, данных и стека описание упрощено. Для этого в трансляторы MASM и TASM введена возможность использования упрощенных директив сегм
ДИРЕКТИВЫ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ И ИНИЦИАЛИЗАЦИИ ДАННЫХ
Для описания простых типов данных используются специальные директивы резервирования и инициализации данных, которые являются указаниями транслятору на выделение определенного объема оперативной пам
Операнды
Операнды – это объекты, над которыми или при помощи которых выполняются действия, задаваемые инструкциями или директивами.
Машинные команды могут либо совсем не иметь операндов, либ
Прямая адресация
Прямая адресация – это простейший вид адресации операнда в памяти, так как эффективный адрес содержится в самой команде и для его формирования не используется никаких дополнительных источников или
Косвенная базовая адресация со смещением
Косвенная базовая (регистровая) адресация со смещением является дополнением предыдущего вида адресации и предназначена для доступа к данным с известным смещением относительно некоторого базового ад
Косвенная индексная адресация со смещением
Косвенная индексная адресация со смещением очень похожа на косвенную базовую адресацию со смещением. Здесь также для формирования эффективного адреса используется один из регистров общего назначени
Команды общего назначения
К группе команд пересылки данных относятся следующие команды:
mov <операнд назначения>,<операнд-источник>
MOV – это основная команда
Работа с адресами и указателями
При написании программ на ассемблере производится интенсивная работа с адресами операндов, находящимися в памяти. Для поддержки такого рода операций есть специальная группа команд, в которую входят
Преобразование данных
Команда преобразования данных XLAT имеет следующий формат записи:
xlat [адрес_таблицы_перекодировки]
Действие этой команды заключается в том, что
Работа со стеком
Стек – это область памяти, специально выделяемая для временного хранения данных программы. Важность стека определяется тем, что для него в структуре программы предусмотрен отдельный сегмент. На тот
Форматы арифметических данных
Целое двоичное число – это число, закодированное в двоичной системе счисления. Размерность – 8,16 или 32 бита. Знак двоичного числа определяется тем, как интерпретируется старший бит. Среди
Сложение двоичных чисел со знаком
Кроме флага переноса cf и команды adc есть и другое средство – регистрация состояния старшего (знакового) разряда операнда, которое осуществляется с помощью флага
Вычитание двоичных чисел без знака
Как и при анализе операции сложения, проанализируем процессы, происходящие при выполнении операции вычитания:
· если уменьшаемое больше вычитаемого, то разность положительная, результат ве
Умножение двоичных чисел без знака
Для умножения двоичных чисел без знака предназначена команда
MULсомножитель1
Второй операнд – сомножитель2 задан неявно. Его местоположение фиксировано и з
Деление двоичных чисел без знака
Для деления чисел без знака предназначена команда
DIV делитель.
Делитель может находиться в памяти или в регистре и иметь размер 8,
Логические команды
Эти команды выполняют логические операции над битами операндов. Размерность операндов, естественно, должна быть одинакова. Команда последовательно повторяет действия над всеми битами.
Кома
Линейный сдвиг
К командам линейного сдвига относятся команды, осуществляющие сдвиг по следующему алгоритму:
1. Очередной выдвигаемый бит устанавливает флаг CF.
2. Бит, появляющийся с другого кон
Циклический сдвиг
К командам циклического сдвига относятся команды, сохраняющие значения сдвигаемых битов.
Команды простого циклического сдвига:
• ROL операнд,счетчик_сдв
КОМАНДЫ ПЕРЕДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ
Программы, в которых все команды выполняются последовательно одна за другой (линейно), встречаются очень редко. Обычно в программах есть точки, в которых нужно принять решение о том, какая команда
JCC метка_перехода
Вместо символов «сс» указывается конкретное условие, анализируемое командой. Что касается операнда метка_перехода, то он определяет метку перехода, которая может находиться только в пределах текуще
Сmр операнд_1,операнд_2
Флаги, устанавливаемые командой СМР, можно анализировать специальными командами условного перехода.
Таблица 11. – Перечень команд условного перехода для команды CMP
Команды условного перехода и флаги
Эти команды можно использовать после любых команд, изменяющих указанные флаги.
Таблица 12. Команды условного перехода и флаги
ОРГАНИЗАЦИЯ ЦИКЛОВ
Организовать циклическое выполнение некоторого фрагмента программы можно, к примеру, используя команды условной передачи управления или команду безусловного перехода JMP.
Например, подсчит
Loopne/loopnz метка_перехода
Команды реализуют описанные далее действия.
1. Декремент регистра СХ.
2. Сравнение регистра СХ с нулем и анализ состояния флага нуля ZF:
ü если (СХ) > 0 и ZF = 0,
Принципы организации вложенных циклов.
Основная проблема, которая при этом возникает, – как сохранить значения счетчиков в регистре СХ для каждого из циклов. Для временного сохранения счетчика внешнего цикла на время выполнения внутренн
ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ И ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Конспект лекций
для учащихся уровня среднего специального образования
специальности 2–45 01 33 – Сети телекоммуникаций
Сос
Новости и инфо для студентов