Арифметически - логическое устройство (АЛУ)

8-разрядное

Оперирует с данными в двоичной форме. Выполняет арифметические и логические операции. АЛУ имеет собственный 8-разрядный регистр Т предназначенный для временного хранения данных. Регистр Т используется, если какой-либо из программно-доступных регистров при осуществлении одной операции выступает как регистра-операнда и в тоже время регистр приема результата.

АЛУ также связано с регистром флагов F, который фиксирует особенности выполнения операций. В состав АЛУ также входит комбинационная схема десятичного корректора DA. Эта схема используется для интерпретации результата выполнения двоичной операции как результата операции десятичной арифметики.

 

Буферные схемы

Буфер шины данных D0-D7 - BF D (двунаправленный) предназначен для логического и электрического разделения внутрипроцессорной шины данных и внешней системной шины. Буфер состоит из регистра-защелки и выходной схемы с тремя состояниями, т.е. схемы, обеспечивающей на выходе состояния 0, 1 и Z-состояние (высокоимпедансное).

Высокоимпедансное состояние - полное электрическое отключение от нагрузки.

Режим Z необходим для МП-системы, в которой к памяти могут обращаться по системной шине не только МП, но и некоторые из периферийных устройств (например, пульт оператора, контроллер прямого доступа к памяти).

 

Регистр-защелка загружается из внешней шины с помощью буферной схемы. В режиме ввода информации внутренняя шина данных присоединяется к регистру-защелке. В режиме вывода информации буферная схема передает в шину данных, содержимое буферного регистра-защелки. Код, подлежащий выдаче загружается в регистр-защелку по внутренней шине с одного из регистров. Во время выполнения микропроцессором операций не связанных с процедурами обмена с внешними устройствами, буферная схема отключается от шины данных.

Буфер шины адреса А0-Аl5 - BF А (однонаправленный), обеспечивает передачу адресов команд и данных, а также номеров периферийных устройств от МП в систему. Выход буфера адреса, точно также, как и буфера данных, может переходить в отключенное состояние.

Архитектура ЭВМ

 

Классическая архитектура ЭВМ (архитектура фон-Неймана) включает в себя элемент управления, элементы памяти и устройства ввода-вывода.

Но это только в общем виде. На самом деле память и процессор связаны между собой не стрелочками, а шинами (адреса и данных).

 

Структурная схема ЭВМ 1-го и 2-го поколений:

где:

Процессор – реализует функции управления, а также выполняет арифметические и логические операции;

ГТИ – генератор тактовых импульсов;

ОЗУ – оперативная память (используется для временного хранения данных)

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство, является эногронезависимым и используется для хранения программы запуска ЭВМ и некоторого другого ПО, которое не изменяется в процессе работы ЭВМ. Аналог BIOSа ПК. Аналога жесткого диска в этой архитектуре нет.

 

АИ (Вв и Выв) – адаптеры интерфейса ввода и вывода используются для связи ЭВМ с периферийными устройствами (УВв, УВыв) или их еще называют внешними устройствами (ВУ).

В качестве внешних устройств для МП-систем могут выступать различные датчики, устройства долговременного хранения данных, индикаторы и печатающие устройства.

Соединение между этими устройствами и микропроцессором осуществляется через системный интерфейс.

 

Интерфейсы ввода/вывода

Интерфейс от англ. Interface – общая граница, т.е. это общая граница между 2-мя или несколькими устройствами.

Интерфейс – это совокупность унифицированных технических или программных средств, необходимых для подключения устройств к МП-системе или одной системы к другой.

Системный интерфейс это набор цепей связывающих процессор с памятью и контролерами внешних устройств. Интерфейс решает задачи синхронизации, выбора направления передачи данных, и приводит в соответствие уровни или формы сигналов.

Интерфейс внешних устройств не всегда совместим с интерфейсом МП-системы, поэтому для их сопряжения используют контролеры внешних устройств. Эти контролеры называют адаптерами, они выпускаются в виде программируемых микросхем.

Адаптеры работают по стандартному параллельному или последовательному протоколу передачи данных от или в микропроцессор. Обычно эта передача осуществляется в форматах:

- считывание из памяти,

- запись в память,

- считывание из устройств ввода-вывода,

- запись в устройства ввода-вывода,

- управление прерыванием или сбросом.

 

Устройства ввода-вывода передают в МП-систему и получают из нее большой объем информации, который невозможно разместить в регистрах процессора, поэтому информация от этих устройств поступает в память, и наоборот (из памяти на устройства ввода-вывода).

Обмен происходит либо под управлением программы через регистры микропроцессора (программно-управляемая передача данных), либо под управлением специального внешнего устройства, контролера прямого доступа к памяти. В первом случае передача информации осуществляется малыми порциями, во втором, большими блоками.

Прямой доступ к памяти – передача микропроцессором функций управления шинами адреса и данных периферийному устройству, чтобы оно могло получить доступ к памяти самостоятельно, минуя процессор.

 

Обмен информаций в МП-системе может быть синхронным, асинхронным или организованным по прерыванию. В последнем случае готовность внешнего устройства к обмену проверяется при помощи аппаратных средств, а не программным путем. Когда внешнее устройство готово к обмену информацией оно посылает в МП сигнал готовности, воспринимаемый контролером прерываний, который приостанавливает выполнение текущей программы и передает управление подпрограмме, организующей обмен. После завершения этой подпрограммы возобновляется работа прерванной программы.