Реферат: Принцип программного управления. Микропроцессор. Алгоритм работы процессора
_ 2Г Л А В А 1
0ПР 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.
Памятьмашины можно представлять себе как длинную
страницу, состоящую из отдельныхстрок. 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 её _адресом ..
Наличие у каждой ячейки адреса позволяет отличатьячейки
друг от друга, обращаться к любой ячейке, чтобы записатьв неё
новую информацию или извлечь ту информацию, которая в ней
хранится.
Все ЭВМработают в принципе одинаково. Когда бы вы ни
заглянули в памятьЭВМ, в её ячейках хранятся наборы нулейи
единиц. _ЭВМвыполняет 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 командакодируется некоторой последовательностью
из нулей и единици 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 видкоманды машины может быть таким:
К А1А2 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 - _счётчика команд .и _регистра команд ., а также
_сумматора .. При выполнении ЭВМ программы в счётчик команд
последовательно заносятся номера ячеек, где содержатся
исполняемые команды, сами команды помещаются в регистркоманд,
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.
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Batang;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">_ 2Г Л А В А 4
М ИК Р О П Р О Ц Е С С О Р
Микропроцессор — это процессор, выполненный в видебольшой ин-
тегральной схемы(БИС) и заключённый в герметическийкорпус. В
основе любой ПЭВМ(персональной ЭВМ) лежит использование мик-
ропроцессоров. Микропроцессор является «мозгом»компьютера. Он
осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и
управляет работой остальных устройств компьютера.
Основнымихарактеристиками микропроцессора являются быст-
родействие и разрядность. Быстродействие — это числовыполняе-
мых операций в секунду. Разрядность характеризует объёминфор-
мации, который микропроцессоробрабатывает за одну операцию:
8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8бит ин-
формации, 32-разрядный — 32 бита.Скорость его работы вомногом
определяет быстродействие компьютера. В IBM PC используются
микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, илисовместимые с
ними процессоры других фирм.
СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА.
┌───────────────────┐
│ Микропроцессор │
├─────────┬─────────┤
│ │ │
┌────────────────┤ ┌───┴──┐ ├───────────────┐
│ А Л У │ │ У У │ │ РЕГИСТРЫ │
└────────────────┘ └──────┘ └───────────────┘
2А Л У 0-арифметическо-логическое устройство. Онообеспе-
чивает выполнение основных операций по обработкеинформации.
Любую задачукомпьютер разбивает на отдельные логические
операции, производимые над двоичнымичислами, причем в одну
секунду осуществляются сотни тысяч или миллионы таких опера-
ций. Сложение, вычитание, умножение иделение — элементарные
операции, выполняемые А Л У ЭВМ. Полныйнабор таких операций
называют системой команд, а схемы их реализациисоставляют ос-
нову А Л У. Помимоарифметического 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 — специальноотве-
денных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших операцийопре-
деляется минимальным временем сложенния двухоперандов, нахо-
дящихся врегистрах. В случае , если одно или оба слагаемых
находятся не в регистра, а в запоминающем устройстве (ЗУ),
учитывается также время пересылки слагаемых в регистры ивремя
записи полученной суммы в ЗУ. В большинстве современных мик-
ропроцессоров это время составляет от нескольких сотеннаносе-
кунд до нескольких микросекунд.
2УУ 0 — устройство управления, управляет процессом обработ-
ки и обеспечивает связь с внешними устройствами. РЕГИСТРЫ -
внутренние носители информации микропроцессора. Этовнутренняя
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.
Основноймикропроцессор определяет быстродействие компь-
ютера. Исходный вариант компьютера IBMPC и модель IBM PC XT
используют микропроцессор Intel-8088. Модель IBM PC ATисполь-
зует более мощный микропроцессор Intel-80286 и еепроизводи-
тельность приблизительно в 5-6 раз больше, чем у IBM PC XT.
Модели серии PC/2 используют более мощный микропроцессор
Intel-80386. Ихпроизводительность приблизительно в 3-4 раза
больше, чем у IBMPC AT, однако это увеличение производитель-
ности существенно, в основном, для решениязадач, требующих
большого об'ема вычислений.
2Характеристики микропроцессоров. 0Микропроцессоры отлича-
ются друг от друга двумя характеристиками: типом(моделью) и
тактовой частотой. Наиболее распространены модели Intel-8088,
80286, 80386SX, 80386(DX), 80486(SX, SX2, DX, DX2, DX4 ит.д.)
и Pentium, ониприведены в порядке возрастания производитель-
ности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могутиметь
разную тактовую частоту — чем выше тактовая частота, тем выше
производительность и цена микропроцессора.
2Тактовая частота 0указывает, сколько элементарных опера-
ций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая
частота измеряется в мегагерцах(МГц). Следует заметить, что
разные модели микропроцессоров выполняют одни и те жеоперации
(например, сложение или умножение) за разное числотактов. Чем
выше модельмикропроцессора, тем меньше тактовтребуется для
выполнения одних и тех же операций. Поэтому микропроцессор
Intel-80386 работает в два раза быстрее Intel-80286 стакой же
частотой.
2Сопроцессоры. 0Микропроцессоры 8088, 80286, 80386 сконс-
труированы так, что они позволяют использовать арифметические
сопроцессоры 8087, 80287, 80387 фирмы«Intel»-соответственно.
Специализациясопроцессоров состоит в быстрой обработке
чисел сплавающей запятой. Они могут выполнять как обычныеопе-
рации сложения, вычетания, умножения иделения, так и более
сложные операции, такие как вычисление тригонометрических
функций
Конструктивнозаложенные в микропроцессор сигналы, позво-
ляют передавать работу сопроцессору и затем получатьрезульта-
ты обработки. Чтобы использовать арифметический сопроцессор,
находящийся в составе компьютера, необходимы программы, кото-
рые могут выдавать специальные коды, необходимые для запуска
сопроцессора.
2КОМАНДЫ ПРОЦЕССОРА.
21 0. 2АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ 0 - это такие операции, как
сложение, вычитание, умножение, деление и другие.
22 0. 2ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ 0 - это такие операции, как
сравнение, отредактировать и отметить, логическое И и
логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее.
23 0. 2ОПЕРАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА 0 — это такиеоперации, как начать,
остановить, опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы
и так далее.
24 0. 2ОПЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯ 0 — это такие операции,
как проверить и установить, загрузить реальные адреса и так
далее.
<span Courier New";mso-fareast-font-family: Batang;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:KO;mso-bidi-language:AR-SA">
_ 2Г Л А В А 4
М И К Р О П Р О Ц Е С С О Р.
О С НО В Н О Й А Л Г О Р И Т М
Р А БО Т Ы П Р О Ц Е С С О Р А.
2Микропроцессор 0 - это процессор, выполненный в виде
большой интегральной схемы(БИС) и заключённый в герметический
корпус. В основе любой ПЭВМ(персональной ЭВМ) лежит
использование микропроцессоров. Микропроцессор является
«мозгом» компьютера. Он осуществляет выполнение программ,
работающих на компьютере, и управляет работой остальных
устройств компьютера.
Основнымихарактеристиками микропроцессора являются
быстродействие и разрядность. Быстродействие - это число
выполняемых операций в секунду. Разрядность характеризует
объём информации, который микропроцессор обрабатывает за одну
операцию: 8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает
8 битинформации, 32-разрядный — 32бита.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 │
├─────────┬─────────┤
│ │ │
┌────────────────┤ ┌───┴──┐ ├───────────────┐
│ А Л У │ │ У У │ │ РЕГИСТРЫ │
└────────────────┘ └──────┘ └───────────────┘
2АЛ У 0- арифметическо-логическое устройство. Оно
обеспечивает выполнение основных операций по обработке
информации.
Любую задачукомпьютер разбивает на отдельные логические
операции, производимые над двоичнымичислами, 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 ихреализации
составляют основу А Л У. Помимо арифметическогоустройства АЛУ
включает и логическое устройство, предназначенное для
операций, приосуществлении 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 выполненияпростейших
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 пересылкислагаемых в
регистры и время записи полученной суммы в ЗУ. В большинстве
современных микропроцессоров это время составляет от
нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд.
2УУ 0- устройство управления, управляет процессом
обработки и обеспечивает связь с внешними устройствами.
РЕГИСТРЫ — внутренние носители информациимикропроцессора. 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.
Основноймикропроцессор определяет быстродействие
компьютера. Исходный вариант компьютера IBM PC и модельIBM 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 PC/2 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 об'ема вычислений.
2Характеристики микропроцессоров. 0Микропроцессоры
отличаются друг от друга двумя характеристиками:
типом(моделью) и тактовой частотой. Наиболее распространены
модели Intel-8088, 80286, 80386SX, 80386(DX),80486(SX, 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
операций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду.
Тактовая частота измеряется в мегагерцах(МГц). Следует
заметить, чторазные модели микропроцессоров выполняют одни и
те же операции (например, сложение или умножение) за разное
число тактов. Чемвыше модель микропроцессора, тем меньше
тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.
Поэтому микропроцессор Intel-80386 работает в два разабыстрее
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.
Специализациясопроцессоров состоит в быстрой обработке
чисел сплавающей запятой. Они могут выполнять как обычные
операции сложения, вычетания, умножения и деления, так иболее
сложные операции, такие как вычисление тригонометрических
функций
Конструктивнозаложенные 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.
Процессорначинает работу после того, как программа за-
писана в память ЭВМ, а в Счетчик Команд записан адрес первой
команды программы. Работу процессора можно описатьследующим
циклом:
_ 2НЦ
│ чтениекоманды из памяти по адресу, записанному в СК
│увеличение СК на длину прочитанной команды
│выполнение прочитанной команды
_ 2КЦ
Обратитевнимание, что после чтения очередной команды
процессор увеличивает СК на длину команды. Поэтому приследую-
щем выполнении тела цикла процессор прочтет и выполнитследую-
щую команду программы, потом еще одну и т. д. Циклзакончится,
когда встретится и будет выполнена специальная команда«стоп».
В итоге ЭВМавтоматически, без участиячеловека, команда за
командой выполнит 2всю команду 0 целиком.
Автоматизмработы процессора, возможность выполнения
длинных последовательностей команд без участия человека — одна
из основных отличительных осбенностей ЭВМ какуниверсальной
машины обработки информации.