Реферат Курсовая Конспект
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ЭВМ - Конспект Лекций, раздел Компьютеры, Вычислительные Машины...
|
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ
(конспект лекций)
ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ЭВМ
СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПАМЯТИ
Функционально ЗУ любого типа всегда состоят из запоминающего массива, хранящего информацию, и вспомогательных, весьма сложных блоков, служащих для поиска в массиве, записи и считывания (и, если требуется, для регенерации).
Запоминающий массив (ЗМ) состоит из множества одинаковых запоминающих элементов (ЗЭ). Все ЗЭ организованы в ячейки, каждая из которых предназначена для хранения единицы информации в виде двоичного кода, число разрядов которого определяется шириной выборки. Способ организации памяти зависит от методов размещения и поиска информации в ЗМ. По этому признаку различают адресную, ассоциативную и стековую память.
ЭЛЕМЕНТЫ ЗУ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ ОБРАЩЕНИЕМ
Непрерывное совершенствование элементной базы, а также многообразие вариантов целевого использования ЗУ внутренней памяти ЭВМ привело к созданию большого количества разновидностей ЗЭ. Ниже кратко рассмотрены наиболее характерные типы ЗЭ, используемые в ЗУ универсальных ЭВМ и специализированных цифровых устройств.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Перечислите характеристики ЗУ.
2. Назовите основные критерии, по которым можно классифицировать устройства памяти.
3. Почему в современных ЭВМ память имеет иерархическую структуру?
4. Перечислите общие принципы построения иерархической памяти.
5. Изобразите и опишите иерархическую структуру памяти.
6. Что представляет собой ОП?
7. Для чего нужна внешняя память?
8. Опишите назначение кэш-памяти.
9. Что такое СОП?
10. Кратко охарактеризуйте каждый способ организации памяти.
11. Опишите структуру адресной памяти.
12. Каков принцип построения ассоциативной памяти?
13. Изобразите структурную схему ассоциативной памяти, объясните назначение каждого блока в этой схеме.
14. Опишите принципы построения стековой памяти.
15. Какова структура ЗМ?
16. Приведите структуру ЗУ типа 2D.
17. Опишите ЗУ типа 3D.
18. Изобразите структуру ЗУ типа 2D-M и опишите принцип его работы.
19. По какому принципу построены ЗЭ на ферритовых кольцах?
20. Опишите ЗУ с ЗЭ, построенными на биполярных транзисторах.
21. Приведите структуру ЗЭ динамического МОП-ЗУ.
22. В чем различие между ПЗУ и ППЗУ?
23. Опишите различные типы ЗЭ интегральных ПЗУ.
24. Приведите схему ПЗУ типа 2D. Опишите принцип его действия.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. В чем отличие машинной команды от машинной операции? Перечислите основные группы машинных команд.
2. Опишите и изобразите структуру машинной команды.
3. Почему при проектировании ЭВМ важно выбрать оптимальную структуру и форматы команд?
4. Какими бывают структуры машинных команд?
5. В каком случае используется безадресная структура машинной команды?
6. Чем различаются способы адресации "подразумеваемый операнд" и "подразумеваемый адрес"?
7. Опишите регистровую адресацию.
8. Какие существуют варианты формирования исполнительного адреса при базировании?
9. Как происходит адресация памяти в случае с косвенной адресацией?
10. Опишите автоинкрементную/автодекрементную адресацию.
11. Приведите способы реализации стека.
12. Как происходят операции чтения и записи числа в "перевернутый стек"?
13. Что происходит в результате выполнения команды БП?
14. Опишите структуру команды УП.
15. Как выполняется команда безусловного перехода к подпрограмме?
16. Зачем нужны индексные регистры?
17. Приведите пример использования механизма индексации.
18. Для чего используется механизм автоматического изменения исполнитель ных адресов команд?
19. Перечислите типы индексных операций.
20. Какие типы команд используются для проверки окончания цикла при
индексации?
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Каково функциональное назначение систем прерывания в ЭВМ?
2. Перечислите характеристики систем прерывания. От чего зависит количество запросов прерывания?
3. Дайте определение характеристике систем прерывания "время реакции". В чем ее отличие от задержки прерывания?
4. Объясните, что понимается под характеристикой "задержка прерывания". Из чего складывается задержка прерывания?
5. Поясните смысл характеристики "глубина прерывания". Опишите явление насыщения системы прерывания.
6. В какие моменты времени допускается прерывание управляющей программы. Что понимается под классом (уровнем) прерывания? Причины деления прерываний на классы.
7. Возможные структуры систем прерывания. Опишите систему прерывания радиальной структуры.
8. Возможные структуры систем прерывания. Опишите систему прерывания с цепочечной структурой.
9. Перечислите достоинства и недостатки систем прерывания с радиальной и цепочечной структурой.
10. Опишите реализацию процедуры перехода к прерывающей программе в системе прерываний с радиальной структурой.
11. Опишите реализацию процедуры перехода к прерывающей программе в системе прерываний с цепочечной структурой.
12. Реализация прерываний с фиксированной системой приоритетов. Программный полинг.
13. Реализация прерываний с фиксированной системой приоритетов. Аппаратный циклический опрос РгЗП.
14. Опишите схему аппаратного однотактного опроса РгЗП. Что такое "дейзи-цепочка"?
15. Опишите метод реализации в ЭВМ систем программно-управляемых приоритетов – порог прерывания.
16. Приведите схему реализации управления приоритетами с помощью маски прерывания.
АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
МП имеет 8-разрядное АЛУ, которое позволяет выполнять 4 арифметические операции (сложение с передачей переноса в младший разряд и без него, вычитание с передачей займа в младший разряд и без него), четыре вида логических операций (конъюнкция дизъюнкция, неравнозначность, сравнение), а также 4 вида циклических сдвигов.
При выполнении арифметических операций одним из операндов всегда является содержимое аккумулятора. Результат всегда помещается в аккумулятор. Циклический сдвиг выполняется только над содержимым аккумулятора.
Предусмотрена возможность выполнения арифметических операций над десятичными числами. При этом в байт укладываются две десятичные цифры в коде 8421. При рассмотрении операций десятичной арифметики отмечалось, что может потребоваться коррекция результата, т.е. прибавление к нему числа 0110(2). Такая коррекция в каждой тетраде результата осуществляется схемой десятичной коррекции (СДК).
БЛОК УПРАВЛЕНИЯ
Состоит из регистра команд, куда принимается первый байт команды, дешифратора команд и непосредственно управляющего устройства, формирующего управляющие сигналы, под действием которых выполняются последовательности микроопераций в отдельных узлах МП. Как уже отмечалось, управляющее устройство выполнено на ПЛМ, т.е. микропрограммы хранятся за счет системы жестких связей и не могут быть изменены пользователем. Четыре входных и шесть выходных сигналов управляющего устройства при наличии системного контроллера (см. п. 7.4) позволяют процессору управлять вычислительными системами достаточно сложной структуры.
БУФЕРЫ
Буферы адреса и данных связывают МП с внешними шинами адреса и данных (шинами системного интерфейса). В качестве выходных каскадов в буферах используются логические элементы с тремя состояниями. Это позволяет процессору отключаться от внешних шин и предоставлять их в распоряжение ПУ. Буфер ШД двунаправленный, что позволяет использовать ШД в полудуплексном режиме для приема и передачи информации в неперекрывающиеся интервалы времени.
Принцип двунаправленного обмена данными между внутренней и внешней ШД можно пояснить схемой, изображенной на рис. 7.6.
Следует помнить, что передача информации по шинам как внутренним, так и внешним осуществляется в параллельном коде, т.е. выходные и входные логические элементы буфера ШД имеют 8- канальную структуру.
ПЕРЕСЫЛКИ ОДНОБАЙТОВЫЕ
Команды этой группы не изменяют содержимого регистра признаков РгП (F). Принципы их выполнения иллюстрирует рис. 7.13.
Ниже рассмотрим в качестве примера последовательность из нескольких команд однобайтовых пересылок. Операнды и адреса записаны в шестнадцатеричной системе счисления. Кроме того, здесь и далее предполагается, что аккумулятор, ячейки памяти и регистры первоначально (до записи) содержат 00:
ПЕРЕСЫЛКИ ДВУХБАЙТОВЫЕ
Команды этой группы не изменяют содержимого РгП (F). Принципы их выполнения иллюстрирует рис. 7.14. Предполагается, что PSW≡(A)(F).
Поясним две команды:
XCHG – это обмен содержимым пар HL и DE, причем (H) « (D), (L) « (E);
XTHL – это обмен содержимым пары HL и верхушки стека. Значение SP не изменяется, при этом (L) « ((SP)) и (H) « ((SP)+1).
Рассмотрим в качестве примера несколько команд двухбайтовых пересылок.
ОПЕРАЦИИ В АККУМУЛЯТОРЕ
Команды этой группы изменяют содержимое РгП (F) в соответствии с содержимым аккумулятора (рис. 7.15).
Выполняемые операции подразделяются на двуместные и одноместные.
Операции двуместные
В общем случае РОН = AçBçCçDçEçHçL; СКО – символьный код операции. Остальные обозначения аналогичны приведённым на рис. 7.13.
В свою очередь, двуместные операции в аккумуляторе делятся на арифметические и логические.
· Арифметические операции:
- сложение содержимого аккумулятора с содержимым РОН, ячеек памяти (косвенная адресация по HL), непосредственным операндом;
- сложение содержимого аккумулятора и тех же операндов и бита переноса C (часто обозначают CY);
- вычитание из содержимого аккумулятора содержимого РОН, ячеек памяти (косвенно адресуемых по HL) или непосредственного операнда;
- вычитание из содержимого аккумулятора тех же операндов и бита переноса;
- сравнение содержимого аккумулятора с содержимым РОН, ячейками памяти (косвенно адресуемых по HL), непосредственным операндом.
В последнем случае вычисляется разность (A) – (операнд), которая никуда не записывается (т.е. A не изменится), а используется для установки флагов в регистре признаков F.
Рассмотрим несколько примеров:
ADD B A ¬ (A) + (B);
SUB M A ¬ (A) - (ячейка (M));
ACI 07 A ¬ (A) + 07 + C;
CMP D (A) - (D) ® установка F, (A) – не изменилось.
· Логические (побитовые) операции:
- конъюнкция содержимого аккумулятора с содержимым РОН, ячейки памяти (косвенно адресуемой по HL), непосредственным операндом.
- дизъюнкция содержимого аккумулятора с содержимым РОН, ячейки памяти (косвенно адресуемой по HL), непосредственным операндом.
- сложение по модулю 2 с содержимым РОН, ячейки памяти (косвенно адресуемой по HL), с непосредственным операндом.
Рассмотрим несколько примеров:
ANA D A ¬ (A) & (D);
ANI A4 A ¬ (A) & A4;
ORA M A ¬ (A) Ú (ячейка (M));
XRA E A ¬ (A) Å (E);
XRI F4 A ¬ (A) Å F4.
Операции одноместные
· Арифметическая операция:
DAA – десятичная коррекция аккумулятора при работе с двоично-десятичными числами.
· Логические операции:
CMA – инверсия аккумулятора;
STC – установка бита C (т.е. C ¬ 1);
CMC – инверсия бита C (т.е. C ¬`C).
Две последние команды выполняются в РгП (F).
· Сдвиги на 1 разряд:
Примеры реализации сдвиговых команд приведены на рис. 7.16.
ОПЕРАЦИИ В РОН И ПАМЯТИ
Ряд операций в МП комплекте КР580 могут быть выполнены помимо аккумулятора, непосредственно в РОН и ячейках памяти. К таким операциям относятся:
Инкремент/декремент
Арифметические однооперандные операции увеличения на 1 (инкремент) и уменьшения на 1 (декремент) являются распространенными операциями для организации счетчиков при просмотре таблиц. На рис. 7.17 представлены примеры выполнения этих команд с РОН, регистровой парой и ячейкой памяти, косвенно адресуемой по HL.
Рассмотрим два примера:
Следует помнить, что при инкременте/декременте регистровой пары содержимое рассматривается как единое 16-разрядное число. При выполнении этой команды РгП не изменяется. При выполнении команды инкремента/декремента РОН и ячеек памяти, косвенно адресуемых по HL, РгП изменяется.
Сложение двухбайтовых операндов
DAD rp HL ¬ (HL) + (rp)
rp = BçDçHçSP
В РгП изменяется только признак C (CY).
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Какие устройства необходимы для создания простейшей микроЭВМ?
2. Перечислите 5 вариантов структур микроЭВМ.
3. Использование промежуточного интерфейса.
4. Что включает в себя понятие "контроллер ПУ"?
5. Перечислите характеристики процессора I8080.
6. Регистры данных. Их назначение.
7. Регистры признаков. Какие признаки хранятся в этих регистрах?
8. Опишите принцип двунаправленного обмена данными между внутренней и внешней ШД.
9. Какими регистрами программист может пользоваться?
10. Приведите структурную схему микроЭВМ на базе МП КР580ВМ80.
11. Из каких тактов состоит машинный цикл?
12. Перечислите форматы данных МП КР580ВМ80.
13. Перечислите форматы команд МП КР580ВМ80.
14. Какие способы адресации используются в МП КР580ВМ80?
15. На какие группы можно разделить команды МП КР580ВМ80?
16. Пересылки однобайтовые. Приведите примеры команд из этой группы.
17. Пересылки двухбайтовые. Приведите примеры команд из этой группы.
18. Какие операции в аккумуляторе вы знаете.
19. Операции в РОН и памяти. Какие операции к ним относятся?
20. Перечислите команды управления.
– Конец работы –
Используемые теги: вычислительные, машины, ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ, ЭВМ0.073
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ ОДНОПРОЦЕССОРНЫЕ ЭВМ
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов