Обобщенные структуры процессоров с непосредственными и магистральными связями
Обобщенные структуры процессоров с непосредственными и магистральными связями - раздел Компьютеры, Организация ЭВМ и систем Основными Функциями Процессора Являются:
- Организация Обращений В О...
Основными функциями процессора являются:
- организация обращений в ОП за командами и операндами;
- дешифрация и выполнение команд;
- инициация работы периферийных устройств;
- обработка внешних сигналов (запросы прерываний, прямого доступа в память и др.), поступающих из устройств машины.
Обобщенная структура процессора с непосредственными связями между его блоками приведена на
Рисунок 4.1.1 - Структура процессора с непосредственными связями
рисунке 4.1.1. Такие процессоры имеют потенциально высокое быстродействие, поскольку пропускная способность множества шин велика. Однако большое число шин ограничивают возможность интеграции аппаратуры процессора в кристалл, поэтому они находят применение только в больших ЭВМ.
Структура процессора с магистральными связями между его блоками приведена на рисунке 4.1.2. Взаимодействие между блоками процессора производятся по общей магистрали, пропускная способность которой невелика, что ограничивает скорость передачи данных, и, следовательно, быстродействие процессора. Такая организация используется в большинстве современных микропроцессоров.
Рисунок 4.1.2- Структура процессора с магистральными связями
В устройство управления (УУ) входят регистр команд, счетчик команд, дешифратор команд, регистр признаков (флагов), и др.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначается для выполнения преобразований над логическими кодами фиксированной и переменной длины (над битами, байтами, словами), а именно: арифметических операций над числами с фиксированной и плавающей запятой, обработки алфавитно-цифровых слов переменной длины, а также операций преобразования кодов из одной системы счисления в другую и др.
Блок регистров общего назначения (РОН) позволяет увеличить производительность процессора и расширить его функциональные возможности. Обычно местная память имеет небольшой объем (8-16 байт), но выполняется на быстрых регистрах (на элементной базе самого процессора). Для адресации регистров используются укороченные команды, поэтому сокращается длина программ и время их выполнения. Расширение функциональных возможностей осуществляется путем введения в состав РОН базовых и индексных регистров, указателей стека и других регистров, что позволяет увеличить возможности адресации.
Блок связи с оперативной памятью и периферийными устройствами организует обмен с внешними по отношению к процессору устройствами памяти и ввода-вывода. В состав блока входит схема управления прерываниями и прямым доступом в память. Шины адреса (ША), данных (ШД) и управления (ШУ) предназначены для связи процессора с памятью и периферией, причём шина адреса является обычно однонаправленной, шина данных – двунаправленной, а линии в шине управления имеют разную направленность. Например, сигналы управления памятью (Чтение, Запись) и периферией (Ввод, Вывод) имеют направленность от процессора, а сигналы управления процессором (Готовность, Запрос на прерывание, Запрос на прямой доступ к памяти) направлены от внешних по отношению к процессору устройств.
Часто в состав процессора вводят блок контроля и диагностики, который служит для обнаружения и отказов аппаратуры процессора.
Этапы развития ЭВМ
Идея использования программного управления для построения устройств, автоматически выполняющих арифметические вычисления, была впервые высказана английским математиком Ч. Бэббиджем в 1833 г. Одн
Характеристики ЭВМ
Важнейшими характеристиками ЭВМ являются быстродействие и производительность. Эти характеристики тесно связаны. Быстродействие характеризуется числом команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду. Быстро
Обобщенная структура ЭВМ
Обобщенная структура ЭВМ приведена на рисунке 1.4.1. В состав ЭВМ входят: запоминающие устройства (ЗУ), процессор, устройства ввода и вывода (УВВ).
Процессор предназначен д
Структура ЭВМ на основе общей шины
При организации ЭВМ на основе общей шины (ОШ) взаимодействие между ее устройствами осуществляется через общую шину, к которой подключены все устройства, входящие в состав ЭВМ.
Структура ЭВМ на основе множества шин
По такому принципу построены современные компьютеры. На рисунке 1.4.3.1 показана 2-х шинная структура ЭВМ, в которой выделена одна шина для памяти, а вторая шина используется для подключения устрой
Принцип программного управления
Принцип программного управления заключается в том, что алгоритм вычислений (например, вычисление некоторого выражения) представляется в виде упорядоченной последовательности команд, преобразующих и
Принцип хранимой в памяти программы
Принцип хранимой в памяти программы был предложен Дж. фон Нейманом в 1945 году. Этот принцип стал основой современных машин. В соответствии с этим принципом команды хранятся в памяти, также как и д
Обобщенный формат команд
Команды в ЦВМ могут быть одноадресными, двухадресными и трехадресными (в машинах с так называемой естественной адресацией команд).
Формат одноадресной команды следующий:
Косвенная адресация
При косвенной адресации в адресной части команды указывается адрес
ячейки памяти, в которой находится адрес операнда (косвенная адресация - это адресация адреса). Косвенный
Непосредственная адресация
В поле адреса команды находится не адрес, а сам операнд. В отличие от других типов адресации, при выполнении команд с непосредственной адресацией отсутствует дополнительный цикл обращения в память
Относительная (базовая) адресация
Адрес операнда определяется как сумма содержимого адресного поля команды и некоторого числа, называемого базовым адресом. Базовый адрес является косвенным. Для указания его адреса в команде предусм
Индексная (автоинкрементная или автодекрементная) адресация
При обработке больших массивов данных, выбираемых последовательно друг за другом, нет смысла каждый раз обращаться в память за новым адресом.Для этого достаточно автоматически менять содержимое спе
ОЗУ с произвольным доступом
В оперативных ЗУ с произвольным доступом (Random Access Memory - RAM) запись или чтение осуществляется по адресу, указанному регистром адреса (РА). Информация, необходимая дл
Организация динамической памяти
Структура микросхем динамической памяти (DRAM) в целом близка к структуре микросхем статической памяти. Однако для уменьшения количества выводов в микросхемах динамической памяти используетс
Особенности микросхем синхронной динамической памяти
Описанная динамическая память управляется в асинхронном режиме. Она тактируется только управляющими сигналами RAS и CAS и момент готовности микросхемы к обмену информацией с процессо
Основные характеристики ЗУ
1. Емкость памяти. Является важнейшей характеристикой ЗУ любого типа. Она определяет максимальное количество информации, которое может в ней храниться. Емкость может измеряться в битах, байтах или
ОЗУ магазинного типа (стековая память)
Cтековая память широко используется в ЭВМ для запоминания содержимого регистров процессора (контекста прерываемой программы), при обработке запросов на прерывания и вызове подпрогра
Ассоциативные ЗУ
Всовременных вычислительных системах широкоиспользуются операция поиска информации. При использовании обычной памяти с адресным принципом доступа к данным эта операция занимает много времени, поско
Декомпозиция процессора на УА и ОУ
Основу процессора составляют устройство управления (УУ) и арифметическое устройство (арифметико-логическое устройство- АЛУ) (см. рисунок 4.2). Устройство управления реализует функции управления ход
АЛУ для сложения и вычитания чисел с фиксированной запятой
Операция сложения в АЛУ обычно сводится к арифметическому сложению кодов чисел путём применения инверсных кодов - дополнительного или обратного для представления отрицательных чисел. Обратный код и
Методы ускорения умножения
Методы ускорения умножения делятся на аппаратурные и логические. Как те, так и другие требуют дополнительных затрат оборудования. При использовании аппаратурных методов дополнительные затраты обору
Особенности операций десятичной арифметики
Арифметические операции над десятичными числами (сложение, вычитание, умножение, деление) выполняются аналогично операциям над целыми двоичными числами. Основой АЛУ десятичной арифметики является
Аппаратные УУ
Управляющие устройства с жесткой логикой представляют собой логические схемы, вырабатывающие распределенные во времени управляющие сигналы. В отличие от управляющих устройств с хранимой в памяти ло
Микропрограммные УУ
Альтернативой аппаратного способа реализации УУ является микропрограммное управление, согласно которому сигналы генерируются программой, подобной программе, написанной на машинном языке для ЭВМ. Э
Рабочий цикл процессора
Функционирование процессора состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует выполнению либо целой команды, либо её части. Завершив рабочий цикл процессор переходит к выполн
Понятие о слове состояния процессора
В ходе функционирования процессора постоянно меняется состояние его внутренних регистров. Сигнал “Запрос на прерывание”, а также команда “Вызов подпрограммы” приводят к прекращению выполнения основ
Процедура выполнения команд перехода (условного и безусловного)
При естественной адресации адрес следующей команды получается из адреса выполняемой команды увеличением его на шаг адресации (1, 2, 4 и т.д. в зависимости от количества байт в команде). Производитс
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов