УУ.Назначение и функции.Структурная схема

Структура АЛУ

Функционально делится на 2 части:

- Устройство управления, задающее последовательность микрокоманд в соответствии с выбранной командой

- Операционное устройство (непосредственно АЛУ), в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд

В состав АЛУ входят регистры Rg1-Rg7, в который обрабатывается информация, поступающая по линиям N1-Nn из ОП, кэш, РОНов и так далее.

Функции регистров:

Rg1 – сумматор(ы), в которых образуются результат вычислений. Rg2-Rg3 – регистры данных (операндов). Rg4-Rg5 – адресные регистры, служат для запоминания, иногда формирования адреса операндов и результата. Rg6 – это K индексных регистров, используемых для формирования адреса. Rg7 – это L вспомогательных регистров, которые используются программистом и по его желанию могут быть аккумуляторами, индексными регистрами, или использоваться для запоминания промежуточных результатов.

Часть регистров АЛУ программно доступны, то есть могут быть адресованы в команде: это сумматор, индексные регистры и некоторые вспомогательные. Разрядность регистров АЛУ равна разрядности РОНов МП.

а) Общие сведения

АЛУ выполняет группы операций (двоичной арифметики с фиксированной запятой, двоич. арифм. для чисел с плав. зап., десятичной арифметики, индексной арифметики, спец-ой арифм., логических операций).

б) Классификация АЛУ

1) по способу действия

-последовательные

-параллельные

-последовательно-параллельные

2) по способу предоставления чисел

-для чисел с ФЗ

-для чисел с ПЗ

-для десятичных чисел

3) по хор-ру исп. элементов и узлов (блочные и универсальные)

4) по связи с ОЗУ (с непосредственной связью и с магистральной структурой)

 

2. Организация работы ЦП и ОП

Рисунок 10 - Организация работы ЦП и ОП

Взаимодействие ЦП и ОП происходит по шинам: ША, ШД и ШУ. ОП состоит из n запоминающих ячеек, каждая из которых содержит запоминающие элементы ЗЭ, каждый ЗЭ равен одному биту информации. Разрядность ячейки ОП зависит от разрядности РОНов МП, а количество ячеек зависит от разрядности ША. Адресный коммутатор служит для выборки (селекции) ячейки ОП с заданным адресом, который формирует МП и выставляет на шину адреса. По шине управления МП высылает в ОП сигнал управления, который определяет тип доступа к ОП: чт или зп. Данные выставляются МП на шину данных. При записи при наличии сигнала Ready осуществляется запись данных в выбранную ячейку ОП. Чтение данных аналогично. Если отсутствует сигнал Ready, то МП находится в состоянии ожидания, который является частью машинного цикла.

 

 

УУ.Назначение и функции.Структурная схема

Назначение и функции: УУ входит в состав ЦП и служит для выработкиУСОВ для физич.выполнения,выбранной из ОП команды, т.е. управляет работой ЦП.

Выполнение команд: выборка команды из ОП, дешифрация КОП,формиров.исполнительн.адресов операндов,выборка операндов из ОП КЭШ памяти или регистров,выполнение действий в АЛУ,отсылка результата выполнения операции в ОП

Основная память.Распределение адресного пространства IBM PC XT.

а) Количество адресуемой памятью определяется разрядностью ША. В IBM PC XT на базе МП I86,88 n_ша = 20, ОП = 1Мб, эта память называется основной памятью и используется МП-ми всех типов в реальном режиме работы.

 

Рисунок 18 - IBM PC XT на базе МП I86,88

640Кб – базовая память для программ и данных DOS. Из них 1К – вектора прерываний в RM. Выше 640К область верхней памяти UMA (Upper Memory Area), равная 384К: Video RAM (128K) для обработки текстовых режимов видеосистемы. ROM BIOS I/O – 128К – для управляющих программ адаптеров, установленных в разъём MB и имеющих свои ROM BIOS – Видеокарта, звуковая карта, контроллер HDD, контроллер CD/DVD. ROM BIOS M/B – 128 К – для системной BIOS, которая записана в ROM BIOS на MB. Здесь хранятся тестовые программы, например POST – программа самопроверки оборудования при включении питания; Bootstrap Loader – первоначальный загрузчик, который инициирует поиск OS на винчестере, загружает её в память и передаёт управление системой.

Структура страниц

При разрешенном страничном преобразовании все адресное пространство в 4 ГБ делится на 1 МБ страниц по 4 КБ каждая. Принято страницы в физической ОП называть страничным кадром. Границы сегментов и страниц не обязательно должны быть выровнены, но рекомендуется выравнивать небольшие сегменты так, чтобы они находились в пределах одной страницы. Если для сегментов имеются 4 уровня привилегий, которые определяются полем DPL дескриптора, то в страничном преобразовании только два уровня: системный (супервизор) и пользовательский (юзер).

 

Регистры CR0-CR3.

а) CR0

MSW – Machine Status Word

CR0 содержит системные флаги управления, показывающие режимы работы всей вычислительной системы.

Младшие 16 бит – MSW.

NE – Number error – численная ошибка. NE = 1 разрешает стандартный механизм сообщения об ошибках.

ET – Extended type – тип расширения. ET=1 показывает команды математического сопроцессора.

TS – задача переключена. Устанавливается в 1 при каждом переключении задач.

EM – эмуляция – работает в паре с TS. При переключении задач TS=1, EM=0. Если же TS=1 и EM = 1, то численная операция вызывают недоступность сопроцессора.

MP – присутствие сопроцессора. Начиная с i486DX сопроцессор встроен, поэтому MP равен 1 всегда.

PE! – protect enable – разрешение защиты. PE равный единицы устанавливает защищённый режим на уровне сегментов.

Остальные флаги

PG! – страничное преобразование. =1 разрешает деление сегментов на страницы.

CD – Cash disable – запрещение кэш L1,но это практически не используется, по этому CD = 0 всегда.

NW – несквозная запись в кэш L2. NW = 0 разрешает сквозную запись, 1 – запрещает, что может привести к переполнению кэш L2 и пустой L1, что не выгодно,по этому NW = 0 всегда.

AM – маска выравнивания. AM=1 разрешает контроль выравнивания по двоичной маске.

WP! – Write Protect. Защита записи. WP = 1 защищает от записи страницу уровня пользователя от обращения супервизора. WP функционирует только при разрешённом страничном преобразовании, то есть CR0[31] = 1 – PG.

б) CR2 – регистр линейного адреса страничного нарушения. Программа обработчик считывает этот регистр для выяснение причин страничного нарушения.Это особый случай находится в ROM BIOS под №14.

Все стандартные виды ошибок, называемые особыми случаями, пронумерованы от 0 до 255 и занесены ROM BIOS. Программы-обработчики этих особых случаев тоже находятся в ROM BIOS. CR2 работает только при PG = 1

в) CR3

Функционирует при PG = 1 и называется базовым регистром каталога страниц PDBR, который содержит 20 разрядный физический адрес каталога страниц. Каталог страниц – это таблица страниц первого уровня, которую формирует ОС при делении сегментов на страницы. Младшие 12 бит регистра CR3 практически 0, то есть каталог страниц выровнен на границу страниц в 4К. В этом поле задействованы 2 бита:

PCD – Page Cash Disable– запрещение кэширования страниц в КЭШ L1.

PWT – Page write – несквозная запись в КЭШ L2.

 

 

Структура АЛУ

Функционально делится на 2 части:

- Устройство управления, задающее последовательность микрокоманд в соответствии с выбранной командой

- Операционное устройство (непосредственно АЛУ), в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд

В состав АЛУ входят регистры Rg1-Rg7, в который обрабатывается информация, поступающая по линиям N1-Nn из ОП, кэш, РОНов и так далее.

Функции регистров:

Rg1 – сумматор(ы), в которых образуются результат вычислений. Rg2-Rg3 – регистры данных (операндов). Rg4-Rg5 – адресные регистры, служат для запоминания, иногда формирования адреса операндов и результата. Rg6 – это K индексных регистров, используемых для формирования адреса. Rg7 – это L вспомогательных регистров, которые используются программистом и по его желанию могут быть аккумуляторами, индексными регистрами, или использоваться для запоминания промежуточных результатов.

Часть регистров АЛУ программно доступны, то есть могут быть адресованы в команде: это сумматор, индексные регистры и некоторые вспомогательные. Разрядность регистров АЛУ равна разрядности РОНов МП.

а) Общие сведения

АЛУ выполняет группы операций (двоичной арифметики с фиксированной запятой, двоич. арифм. для чисел с плав. зап., десятичной арифметики, индексной арифметики, спец-ой арифм., логических операций).

б) Классификация АЛУ

1) по способу действия

-последовательные

-параллельные

-последовательно-параллельные

2) по способу предоставления чисел

-для чисел с ФЗ

-для чисел с ПЗ

-для десятичных чисел

3) по хор-ру исп. элементов и узлов (блочные и универсальные)

4) по связи с ОЗУ (с непосредственной связью и с магистральной структурой)

 

2. Организация работы ЦП и ОП

Рисунок 10 - Организация работы ЦП и ОП

Взаимодействие ЦП и ОП происходит по шинам: ША, ШД и ШУ. ОП состоит из n запоминающих ячеек, каждая из которых содержит запоминающие элементы ЗЭ, каждый ЗЭ равен одному биту информации. Разрядность ячейки ОП зависит от разрядности РОНов МП, а количество ячеек зависит от разрядности ША. Адресный коммутатор служит для выборки (селекции) ячейки ОП с заданным адресом, который формирует МП и выставляет на шину адреса. По шине управления МП высылает в ОП сигнал управления, который определяет тип доступа к ОП: чт или зп. Данные выставляются МП на шину данных. При записи при наличии сигнала Ready осуществляется запись данных в выбранную ячейку ОП. Чтение данных аналогично. Если отсутствует сигнал Ready, то МП находится в состоянии ожидания, который является частью машинного цикла.

 

 

УУ.Назначение и функции.Структурная схема

Назначение и функции: УУ входит в состав ЦП и служит для выработкиУСОВ для физич.выполнения,выбранной из ОП команды, т.е. управляет работой ЦП.

Выполнение команд: выборка команды из ОП, дешифрация КОП,формиров.исполнительн.адресов операндов,выборка операндов из ОП КЭШ памяти или регистров,выполнение действий в АЛУ,отсылка результата выполнения операции в ОП