Принцип программного управления. Микропроцессор. Алгоритм работы процессора

2Г Л А В А 4 М И К Р О П Р О Ц Е С С О Р Микропроцессор - это процессор, выполненный в виде большой ин- тегральной схемыБИС и заключнный в герметический корпус. В основе любой ПЭВМперсональной ЭВМ лежит использование мик- ропроцессоров. Микропроцессор является мозгом компьютера. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Основными характеристиками микропроцессора являются быст- родействие и разрядность.Быстродействие - это число выполняе- мых операций в секунду.

Разрядность характеризует объм инфор- мации, который микропроцессор обрабатывает за одну операцию 8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8 бит ин- формации, 32-разрядный - 32 бита.Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. В IBM PC используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм. СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА. Микропроцессор T А Л У У У РЕГИСТРЫ L L L 2А Л У 0- арифметическо-логическое устройство.

Оно обеспе- чивает выполнение основных операций по обработке информации. Любую задачу компьютер разбивает на отдельные логические операции, производимые над двоичными числами, причем в одну секунду осуществляются сотни тысяч или миллионы таких опера- ций. Сложение, вычитание, умножение и деление - элементарные операции, выполняемые А Л У ЭВМ. Полный набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют ос- нову А Л У. Помимо арифметического устройства АЛУ включает и логическое устройство, предназначенное для операций, при осу- ществлении которых отсутствует перенос из разряда в разряд.

Иногда эти операции называют логическое И и логическое ИЛИ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах - специально отве- денных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших операций опре- деляется минимальным временем сложенния двух операндов, нахо- дящихся в регистрах.В случае , если одно или оба слагаемых находятся не в регистра, а в запоминающем устройстве ЗУ, учитывается также время пересылки слагаемых в регистры и время записи полученной суммы в ЗУ. В большинстве современных мик- ропроцессоров это время составляет от нескольких сотен наносе- кунд до нескольких микросекунд. 2У У 0 - устройство управления, управляет процессом обработ- ки и обеспечивает связь с внешними устройствами.

РЕГИСТРЫ - внутренние носители информации микропроцессора. Это внутренняя память процессора.Регистров - три. Один хранит команды или инструкции, два других - данные.

В соответствии с командами процессор может производить сложение, вычитание или сопостав- ление содержимого регистров данных. Основной микропроцессор определяет быстродействие компь- ютера.Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XIntel-8088. Модель IBM PC AT исполь- зует более мощный микропроцессор Intel-80286 и ее производи- тельность приблизительно в 5-6 раз больше, чем у IBM PC XT. Модели серии PC2 используют более мощный микропроцессор Intel-80386. Их производительность приблизительно в 3-4 раза больше, чем у IBM PC AT, однако это увеличение производитель- ности существенно, в основном, для решения задач, требующих большого обема вычислений. 2Характеристики микропроцессоров. 0Микропроцессоры отлича- ются друг от друга двумя характеристиками типоммоделью и тактовой частотой. Наиболее распространены модели Intel-8088, 80286, 80386SX, 80386DX, 80486SX, SX2, DX, DX2, DX4 и т.д. и Pentium, они приведены в порядке возрастания производитель- ности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора. 2Тактовая частота 0указывает, сколько элементарных опера- цийтактов микропроцессор выполняет в одну секунду.

Тактовая частота измеряется в мегагерцахМГц. Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции например, сложение или умножение за разное число тактов.

Чем выше модель микропроцессора, тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.

Поэтому микропроцессор Intel-80386 работает в два раза быстрее Intel-80286 с такой же частотой. 2Сопроцессоры. 0Микропроцессоры 8088, 80286, 80386 сконс- труированы так, что они позволяют использовать арифметические сопроцессоры 8087, 80287, 80387 фирмы Intel-соответственно.Специализация сопроцессоров состоит в быстрой обработке чисел сплавающей запятой.

Они могут выполнять как обычные опе- рации сложения, вычетания, умножения и деления, так и более сложные операции, такие как вычисление тригонометрических функций Конструктивно заложенные в микропроцессор сигналы, позво- ляют передавать работу сопроцессору и затем получать результа- ты обработки.Чтобы использовать арифметический сопроцессор, находящийся в составе компьютера, необходимы программы, кото- рые могут выдавать специальные коды, необходимые для запуска сопроцессора. 2КОМАНДЫ ПРОЦЕССОРА. 2АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ 0 - это такие операции, как сложение, вычитание, умножение, деление и другие. 2ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ 0 - это такие операции, как сравнение, отредактировать и отметить, логическое И и логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее. 2ОПЕРАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА 0 - это такие операции, как начать, остановить, опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы и так далее. 2ОПЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯ 0 - это такие операции, как проверить и установить, загрузить реальные адреса и так далее. 2Г Л А В А 4 М И К Р О П Р О Ц Е С С О Р. О С Н О В Н О Й А Л Г О Р И Т М Р А Б О Т Ы П Р О Ц Е С С О Р А. 2Микропроцессор 0 - это процессор, выполненный в виде большой интегральной схемыБИС и заключнный в герметический корпус.

В основе любой ПЭВМперсональной ЭВМ лежит использование микропроцессоров.

Микропроцессор является мозгом компьютера.

Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера. Основными характеристиками микропроцессора являются быстродействие и разрядность.Быстродействие - это число выполняемых операций в секунду. Разрядность характеризует объм информации, который микропроцессор обрабатывает за одну операцию 8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8 бит информации, 32-разрядный - 32 бита.Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера.

В IBM PC используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм. СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА. Микропроцессор T А Л У У У РЕГИСТРЫ L L L 2А Л У 0- арифметическо-логическое устройство. Оно обеспечивает выполнение основных операций по обработке информации.Любую задачу компьютер разбивает на отдельные логические операции, производимые над двоичными числами, причем в одну секунду осуществляются сотни тысяч или миллионы таких операций. Сложение, вычитание, умножение и деление - элементарные операции, выполняемые А Л У ЭВМ. Полный набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют основу А Л У. Помимо арифметического устройства АЛУ включает и логическое устройство, предназначенное для операций, при осуществлении которых отсутствует перенос из разряда в разряд.

Иногда эти операции называют логическое И и логическое ИЛИ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах - специально отведенных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших операций определяется минимальным временем сложенния двух операндов, находящихся в регистрах.

В случае , если одно или оба слагаемых находятся не в регистра, а в запоминающем устройстве ЗУ, учитывается также время пересылки слагаемых в регистры и время записи полученной суммы в ЗУ. В большинстве современных микропроцессоров это время составляет от нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд. 2У У 0- устройство управления, управляет процессом обработки и обеспечивает связь с внешними устройствами.

РЕГИСТРЫ - внутренние носители информации микропроцессора. Это внутренняя память процессора. Регистров - три. Один хранит команды или инструкции, два других - данные. В соответствии с командами процессор может производить сложение, вычитание или сопоставление содержимого регистров данных. Основной микропроцессор определяет быстродействие компьютера.Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT используют микропроцессор Intel-8088. Модель IBM PC AT использует более мощный микропроцессор Intel-80286 и ее производительность приблизительно в 5-6 раз больше, чем у IBM PC XT. Модели серии PC2 используют более мощный микропроцессор Intel-80386. Их производительность приблизительно в 3-4 раза больше, чем у IBM PC AT, однако это увеличение производительности существенно, в основном, для решения задач, требующих большого обема вычислений. 2Характеристики микропроцессоров. 0Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками типоммоделью и тактовой частотой.

Наиболее распространены модели Intel-8088, 80286, 80386SX, 80386DX, 80486SX, SX2, DX, DX2, DX4 и т.д. и Pentium, они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора. 2Тактовая частота 0указывает, сколько элементарных операцийтактов микропроцессор выполняет в одну секунду.

Тактовая частота измеряется в мегагерцахМГц. Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции например, сложение или умножение за разное число тактов.

Чем выше модель микропроцессора, тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.Поэтому микропроцессор Intel-80386 работает в два раза быстрее Intel-80286 с такой же частотой. 2Сопроцессоры. 0Микропроцессоры 8088, 80286, 80386 сконструированы так, что они позволяют использовать арифметические сопроцессоры 8087, 80287, 80387 фирмы Intel-соответственно.

Специализация сопроцессоров состоит в быстрой обработке чисел сплавающей запятой.Они могут выполнять как обычные операции сложения, вычетания, умножения и деления, так и более сложные операции, такие как вычисление тригонометрических функций Конструктивно заложенные в микропроцессор сигналы, позволяют передавать работу сопроцессору и затем получать результаты обработки.

Чтобы использовать арифметический сопроцессор, находящийся в составе компьютера, необходимы программы, которые могут выдавать специальные коды, необходимые для запуска сопроцессора. 2Основной алгоритм работы процессора. Процессор начинает работу после того, как программа за- писана в память ЭВМ, а в Счетчик Команд записан адрес первой команды программы.Работу процессора можно описать следующим циклом 2НЦ чтение команды из памяти по адресу, записанному в СК увеличение СК на длину прочитанной команды выполнение прочитанной команды 2КЦ Обратите внимание, что после чтения очередной команды процессор увеличивает СК на длину команды.

Поэтому при следую- щем выполнении тела цикла процессор прочтет и выполнит следую- щую команду программы, потом еще одну и т. д. Цикл закончится, когда встретится и будет выполнена специальная команда стоп. В итоге ЭВМ автоматически, без участия человека, команда за командой выполнит 2всю команду 0 целиком.Автоматизм работы процессора, возможность выполнения длинных последовательностей команд без участия человека - одна из основных отличительных осбенностей ЭВМ как универсальной машины обработки информации. 2Г Л А В А 1 0П Р И Н Ц И П П Р О Г Р А М М Н О Г О У 2 0П 2 0Р 2 0А 2 0В 2 0Л 2 0Е 2 0Н 2 0И 2 0Я. Память машины можно представлять себе как длинную страницу, состоящую из отдельных строк.

Каждая такая строка называется ячейкой памяти и в свою очередь, разделяется на разряды. Содержимым любого разряда может быть либо 0, либо 1. Значит,в любую ячейку памяти записывается некоторый набор нулей и единиц - машинное слово Все ячейки памяти занумерованы.

Номер ячейки называют е адресом Наличие у каждой ячейки адреса позволяет отличать ячейки друг от друга, обращаться к любой ячейке, чтобы записать в не новую информацию или извлечь ту информацию, которая в ней хранится. Все ЭВМ работают в принципе одинаково. Когда бы вы ни заглянули в память ЭВМ, в е ячейках хранятся наборы нулей и единиц.ЭВМ выполняет без участия человека не только одну команду, но и длинную последовательность команд программу В этом и состоит один из основных принципов работы ЭВМ - принцип программного управления Каждая команда кодируется некоторой последовательностью из нулей и единиц и помещается, как и число, в одной ячейке оперативной памяти. Команда состоит из двух частей кодовой и адресной.

Кодовая часть команды указывает, какое действие должно быть выполнено, а адресная определяет расположение в памяти компьютера исходных данных и результата.

Общий вид команды машины может быть таким К А1 А2 А3 , где К - код действия, а А1,А2,А3 - адреса ячеек памяти на каждый адрес отводится по три разряда.Для выполнения команд служит специальное арифметико-логическое устройство . АЛУ. Оно состоит из двух особых ячеек - счтчика команд .и регистра команд а также сумматора При выполнении ЭВМ программы в счтчик команд последовательно заносятся номера ячеек, где содержатся исполняемые команды, сами команды помещаются в регистр команд, а в сумматоре происходят арифметические действия.

Сумматор также имеет свою ячейку - для промежуточных результатов вычислений.Отметим, что команды современных ЭВМ могут занимать несколько ячеек памяти. 2КОМАНДЫ 0 2ПРОЦЕССОРА. 21.А 0РИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ - это такие операции, как сложение, вычитание, умножение, деление и другие. 22.Л 0ОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ - это такие операции, как сравнение, отредактировать и отметить, логическое И и логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее. 23.О 0ПЕРАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА - это такие операции, как начать, остановить, опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы и так далее. 24.О 0ПЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯ - это такие операции, как проверить и установить, загрузить реальные адреса и так далее. 2СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 21. 0А. Г. Кушниренко, Г. В. Лебедев, Р. А. Сворень.

ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. МОСКВА ПРОСВЕЩЕНИЕ 1990 22. 0А. Г. Гейн, В. Г. Житомирский, Е. В. Линецкий, М. В. Сапир, В. Ф. Шолохович.

ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. МОСКВА ПРОСВЕЩЕНИЕ 1994. 23. 0А. М. Кенин, Н. С. Печенкина. РАБОТА НА IBM PC. МОСКВА КНИГА, ЛТД 1993 24. 0В. Э. Фигурнов. IBM PC ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ АО КОРУНА 1994 25. 0О. Е. Вершинин. ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА ИНФОРМАТИКИ. МОСКВА ПРОСВЕЩЕНИЕ 1992 26. 0Р. В. Дробышевский, А. П. Лифенко. ПК ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ ЛЕНИНГРАД ИМА-пресс, АПН 1990 27. 28. 29.