Иерархическая структура памяти.

Внешняя память

быстродействие

Внешняя память – жёсткий диск (винчестер).

n*100 Гбайт БП – буферная память

Внутренняя память

ОП – оперативная память

РОНы – регистры общего назначения

ОП

≈m*1 Гбайт

 

L*Мбайт

 

		РОНы

 

объём

Организация центрального процессора.

Центральным процессором (ЦП) называется устройство, которое предназначено для обработки данных под управлением выполняемой программы.

Основные узлы центрального процессора.

1. АЛУ – арифметико-логическое устройство

2. УУ – устройство управления

3. УР – управляющие регистры

· СчК – счётчик команд

· РК – регистр команд

4. РОНы – регистры общего назначения

5. Вспомогательные блоки

· блок связи ЦП и ОП

· система прерывания

· блок контроля и диагностики

· и т. д.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Предназначено для непосредственной обработки данных над числами с фиксированной точкой и с плавающей точкой, а также для выполнения операций двоично-десятичной арифметики, логических операций, текстовых данных.

Различают:

· однофункциональные АЛУ – предназначены для выполнения одного типа операций;

· многофункциональные АЛУ – предназначены для выполнения различных типов операций.

Устройство управления (УУ).

Предназначено для выработки управляющих сигналов, под воздействием которых выполняются команды ЭВМ.

По способу организации различают:

· микропрограммные УУ

· аппаратные УУ

 

Основные этапы выполнения машинной команды.

1 этап: Выбор машинной команды из памяти

2 этап: Дешифрация кода операции

3 этап: Формирование исполнительного адреса и выбор операндов

4 этап: Выполнение операций в АЛУ

5 этап: Запись результата

Управляющие регистры (УР).

СчК (счётчик команд) – хранит адрес следующей выполняемой команды.

РК (регистр команд) – хранит текущую выполняемую команду.

Регистры общего назначения (РОНы).

РОНы – программно-адресуемые регистры, предназначенные для хранения операндов, результатов, а также ряда вспомогательной информации, используемой при вычислении адреса (база, индекс).

 

Машинные команды (команды ЭВМ).

Машинная команда – это двоичный код, который имеет 2 основные части:

§ операционную часть

§ адресную часть.

коп

коп – код операции

 

операционная адресная

часть часть

Операционная часть предназначена для хранения кода операции.

По способу организации адресной части выделяют:

1. четырёхадресные команды

2. трёхадресные команды

3. двухадресные команды

4. одноадресные команды

5. безадресные команды

Четырёхадресные команды.

А1 – адресная часть команды, в которой содержится информация об адресе первого операнда.

А2 – содержит информацию об адресе второго опранда.

А3 – содержит информацию об адресе, по которому должен быть помещён результат.

А4 – содержится информация об адресе следующей выполняемой команды.

Микропрограмма выполнения четырёхадресной команды. Структура операционной части ЦП.

В полях А1, А2, А3, А4 в простых случаях задаются адреса ячеек ОП: адреса операндов, результата и выполняемой команды.

ОП

ЗМ

Р Ч П

Р А П

Чт

Зп

 

 

РК

 

 

 

1 этап. Выбор машинной команды.

РАП = РК (А4) – адрес следующей команды подаётся в память.

РЧП = Чт (РАП) – на РЧП прочитали команду, т.к. её адрес был подан на РАП.

РК = РЧП – пересылка в ЦП машинной команды.

2 этап. Дешифрация.

3 этап. Формирование исполнительного адреса и выбор операндов.

РАП = РК (А1) – адрес первого операнда подаётся в память.

РЧП = Чт (РАП) – из памяти прочитали первый операнд.

РА = РЧП – первый операнд переслали на регистр РА АЛУ.

 

РАП = РК (А2)

РЧП = Чт (РАП)

РВ = РЧП

4 этап. Выполнение операций в АЛУ.

РС = РА оп РВ

5этап. Запись результата.

РАП = РК (А3) – адрес результата подаётся в память.

РЧП = РС -результат подаётся в память

Зп (РАП) = РЧП -результат записывается в запоминающий массив

А3

А2

А1

коп

Трёхадресные команды.

 

При переходе к трёхадресной системе адрес следующей выполняемой команды будет храниться на счётчике команд (СчК). По сравнению с предыдущим пунктом меняется только первый этап в микропрограмме.

ОП

ЗМ

Р Ч П

Р А П

Чт

Зп

 

 

РК

 

 

1 этап. Выбор машинной команды.

РАП = СчК

РЧП = Чт (РАП)

РК = РЧП

СчК = СчК + n

2 – 5 этапы – Аналогично.

Двухадресные команды.

А2

А1

коп

Нет поля А3.

 

Результат записываем либо по адресу А1, либо по адресу А2 (тогда этот операнд, на место которого будет записан результат, сотрётся, и нужна дополнительная команда, чтобы перезаписать этот операнд, если он понадобится для другой команды).

Одноадресные команды.

Регистр-аккумулятор добавляется в структуру ЦП. В него помещается второй операнд до выполнения одноадресной команды.

Безадресные команды.

 

коп

Используется стек.

 

 

z=c+b

c + b = z

 

 

 

 

ü

ü Самый оптимальный вариант – это двухадресные и трёхадресные команды.

Способы адресации.

Адресный код команды в полях Аi в большинстве случаев не совпадает с исполнительным адресом.

Под исполнительным адресом понимается физический адрес ячейки памяти, по которому хранится информация, или же по которому её необходимо записать.

 

1.

Аi

коп

Прямая адресация.

В адресном поле Аi хранится непосредственно исполнительный адрес.

Структурная схема.

 

Аi

коп

операнд

ОП

адрес операнд АЛУ

 

 

РАП = РК (Аi)

РЧП = Чт (РАП)

РА = РЧП

 

2. Непосредственная адресация.

В адресном поле команды хранится операнд.

Структурная схема.

коп

Аi

 

 

операнд АЛУ

 

 

РА = РК (Аi)

При непосредственной адресации можно только считывать операнд, но нельзя записывать результат на место Аi.

 

3. Косвенная адресация.

В адресном поле команды хранится адрес ячейки ОП, по которому находится адрес операнда (то есть адрес адреса).

Структурная схема.

адрес операнда     операнд

ОП

 

адрес операнда

 

операнд АЛУ

 

 

РАП = РК (Аi) – подаём в память адрес адреса операнда.

РЧП = Чт (РАП) – получили адрес операнда.

РАП = РЧП

РЧП = Чт (РАП) – получили операнд.

РА = РЧП

 

4. Регистровая адресация.

В адресном поле команды указывается номер РОНа, в котором хранится операнд.

Структурная схема.

коп

Ri

 

операнд

ОП

Номер РОНа операнд АЛУ

 

 

РОНы используются для сокращения времени доступа за операндами.