Элементарная инструкция компьютеру, которая выполняется автоматически, без каких-либо дополнительных инструкций. Команда

Вид материалаИнструкция

Содержание


Оповещательные(осведомительные) сигналы
Команда – машинный код, определяющий какую операцию и над какими данным выполнять. Операнд
Микропрограммный автомат(МПА)
Автомат с программируемой логикой
Группы команд (по характеру операций)
Программные прерывания
Процесс выполнения команд
Команда состоит из 2 частей
Структуры команд
Адресный указатель
Пропускная способность
Баланс нагрузки
Вычисление адресов операндов.
Исполнительны адрес
Подразумеваемый адрес
Непосредственная адресация
Относительная адресация или базирование
Укороченная адресация
Косвенная адресация
Автоинкрементная адресация
...
Полное содержание
Подобный материал:
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ УСТРОЙСТВ ПАПЯТИ

Программное управление. Структура и форматы команд.

Вычислительная система – мощное средство для обработки цифровой информации, два блока: операционный, управляющий.

Операционный блок: регистры, сумматоры, процессоры, каналы ввода-вывода, контроллеры.

Операционные устройства: операционный автомат(ОА) и управляющий автомат(УА).

Стартовые сигналы(сигналы кода операции) – сигналы, содержащие информацию о начале выполнения определенной операции.

Оповещательные(осведомительные) сигналы – сигналы реакции системы.

Микрооперация – элементарный неделимый шаг обработки информации.

Микрокоманда – элементарная инструкция компьютеру, которая выполняется автоматически, без каких-либо дополнительных инструкций.

Команда – машинный код, определяющий какую операцию и над какими данным выполнять.

Операнд – минимальное содержимое регистра памяти.

Алгоритм(микропрограмма) – точно определенная последовательность команд, которую необходимо выполнить над исходными данными для преобразования их в конечный результат.

Микропрограммный автомат(МПА) – управляющий автомат, реализующий микропрограмму выполнения операций обработки информации.

Язык схем алгоритмов – графический язык.

Автомат с жесткой логикой строится на базе использования логических элементов и элементов памяти .

Автомат с программируемой логикой - автомат, для которого алгоритм работы записывается в управляющую память в виде микропрограммы, состоящей из микрокоманд.


Группы команд (по характеру операций):

- арифметическо-логические (арифметические (+, -, *, /), логически (ИЛИ, И, НЕ), сдвигов);

- передача информации во времени и в пространстве;

- управления(операции переходов, вызова подпрограммы, управления состоянием процессора.

Программные прерывания: прерывания от схем контроля, программные прерывания, прерывания ввода-вывода.

Драйверы устройств – программы, включенные в состав супервизора.


Процессор – основное устройство вычислительной системы, предназначенное для реализации принципа программного управления.

Процесс выполнения команд: засылка операндов в регистры памяти  передача кодов операндов  арифметические операции над числами в форме с плавающей и фиксированной запятой  логические операции  операции ввода-вывода данных  операции передачи управления  операции выбора режимов работы компьютера.

Команда состоит из 2 частей: операционной(КОП) и адресной.

Структура команды – состав, назначение, расположение полей.

Формат команды – структура, с разметкой номеров разрядов.

Структуры команд:

-четырехадресные (КОП, A1,A2,A3,A4 – след ячейка)

-трехадресные (КОП, A1,A2,A3,переходит на след ячейку)

-двухадресные (КОП, A1,A2,результат записывается всегда по адресу одного из операндов)

-одноадресные (КОП, А1, один из операндов указывается адресом в команде, в качестве второго используется содержимое внутреннего регистра процессора)

-безадресные (КОП, остальное подразумевается, например при работе со стековой памятью)

Адресный указатель – информация об адресе операнда в команде.

Исполнительный адрес – адрес ячейки или номер регистра.


CISC-архитектрура – компьютер со сложным набором команд.

RISC-архитектура – компьютер с ограниченным набором команд.

Пропускная способность – общее количество работы, выполняемое вычислительной системой в течение определенного временного интервала.

Конвейерная обработка информации – каждая команда находится на разной стадии исполнения.

SISD-архитектура – один поток данных и один поток команд.

MIMD-архитектура – множество потоков команд с множеством потоков данных.

SIMD-архитектура – один поток команд и множество потоков данных.

Баланс нагрузки – динамическое распределение задач между различными процессорами.

Масштабирование – разделение текущей задачи на отдельные подзадачи


Вычисление адресов операндов.

Способ адресации – способ вычисления адреса операнда на основе информации, имеющей в команде.

Поле признаков операции – поле для кодирования признака операции.

Адресный код – информация об адресе операнде, который расположен в команде.

Исполнительны адрес – номер ячейки памяти, к которой происходит фактическое обращение.

Подразумеваемый операнд – в команде не содержится явных указаний об адресе операнда (в счетчике).

Подразумеваемый адрес – в команде не содержится явных указаний об адресе участвующего в операции операнда или адреса, по которому помещается результат операции, этот адрес подразумевается.

Непосредственная адресация – в команде содержится сам операнд.

Прямая адресация – исполнительный адрес совпадает с адресной частью команды.

Относительная адресация или базирование – исполнительны адрес определяется суммой адресного кода команды и некоторого числа.

Базовые регистры – ячейки памяти для хранения базовых адресов.

Укороченная адресация – для уменьшения длины кода команды. Задаются только младшие разряды адресов, старшие подразумеваются нулями.

Регистровая адресация – частный случай укороченной. Но в качестве ячеек памяти используются регистры сверхоперативной или кэш-памяти.

Косвенная адресация – адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда или команды, указывается адресным кодом команды.

Искомый исполнительный адрес – адрес из последней ячейки при косвенной адресации.

Автоинкрементная адресация – сначала содержимое регистра используется как адрес операнда, а затем получает приращение, равное числу байт в элементе массива.

Автодекрементная адресация – сначала содержимое указанного в команде регистра уменьшается на число, равное числу байт в элементе массива, а затем используется как адрес операнда.


Стек – группа последовательно пронумерованных регистров или ячеек памяти.

Теговая адресация – каждое слово оперативной памяти снабжается особым ярлыком или указателем – тегом.

Тег указывает: Тип данных – если описывается операнд, то форму его представления; если имя переменной, то выполняется косвенная ссылка. Режим защиты слова.

Дескриптор – гибкое средство описания массива информации. Содержит информацию об адресных границах массива, его местоположении(внутренняя или внешняя память), типах данных, режиме защите и т.д.


Организация памяти. Структуры адресных запоминающих устройств.

Адресная память – используется адрес хранения слова(числа, команды и т.д.).

Ассоциативная память – поиск нужной информации производится не по адресу, а по содержанию.

Память с разрушающим считыванием – это вид памяти, когда при считывании все запоминающие элементы ячейки устанавливаются в нулевое состояние.

Стековая информация – безадресная, соседние ячейки связаны друг с другом разрядными цепями передачи слов. Запись производится в верхнюю ячейку, все, раннее записанные, сдвигаются вниз.

Управляющий автомат – средство для хранения текущих состояний операционных устройств и управления процедурой алгоритмического процесса.

Структура управляющего автомата (автомата Уилкса) с выделенной адресной памятью: выделяют два вида памяти: память адресов микрокоманд и память микрокоманд.

Структура управляющего автомата с общей памятью микрокоманд: содержит единственную общую память микрокоманд.

Структура управляющего автомата с естественной адресацией микрокоманд: содержит счетчик адресов микрокоманд, который определяет переход по одной из двух альтернативных ветвей алгоритма.


АРХИТЕКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Общие принципы функциональной и структурной организации вычислительных систем.

Основа вычислительной системы – аппаратная часть и программное обеспечение.

Функциональные средства для функционирования вычислительных систем: 1. Арифметические коды; 2. Помехозащитные коды; 3. Коды формы; 4. Цифровые коды аналоговых величин.

На функционирование выч. сист. оказ влияние: 1. Алгоритмы формирования и обработки кодов; 2. Технология выполнения различных процедур; 3. Способы использования различных устройств и организация их работы; 4. Устранение негативных явлений.

Функциональная организация – суть составляющей идеологии функционирования вычислительной системы, её образуют: коды, система команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействие hard и soft, способы использования устройств при организации их совместной работы.

Идеология функционирования вычислительной системы может быть организована: аппаратурными, программными, программно-аппаратурными средствами.

Аппаратурная и программно-аппаратурная организация: используются логические узлы вычислительной системы(регистры, дешифраторы, сумматоры, блоки и т.д.).

Программная организация: применяются –exe, -com или tsr-программы, bat-файлы, резидентные или загружаемые драйверы, программы-обработчики прерываний.

Структурная организация – способы реализации функций вычислительной системы.

Совмещение на программном уровне: вычислительные системы приспособлены к работе с одними и теми же программами.

Совмещение на информационном уровне: приспособлены к получению одних и тех же результатов при обработке одной и той же, однотипно представленной информации.

Эмуляторы – программные преобразователи функциональных элементов.

Вычислительная система – совокупность устройств, выполненных на больших интегральных схемах.

Микропроцессорный комплект – комплект интегральных схем.

Устройства: центральные и периферийные.

Центральные устройства – полностью электронные устройства.

Периферийные устройства – электронные или электронно-механические с электронным управлением.

Системная магистраль - узел, связывающий микропроцессорный комплект: шина данных, шина адреса, шина управления.

Центральные устройства выч. сист.: центральный процессор, основная память и ряд доп-ых узлов.

Периферийные устройства: внешние запоминающие устройства(ВЗУ), устройства ввода-вывода(УВВ).

Интерфейс ввода-вывода – логическая последовательность действий вместе с устройствами, реализующими её.

Однопрограммный режим работы – в каждый машинный такт все, кроме одного, устройства находятся в состоянии ожидания.

Многопрограммный режим – в один и тот же машинный такт различные устройства вычислительной системы выполняют либо различные программы, либо разные части одной и той же программы.


Особенности управления основной памятью вычислительной системы и центральным процессором

Трансляция адресного пространства – перенос данных, команд и т.д. в основную память.

Статистическое перемещение – выделение ресурсов производится перед выполнением программы.

Динамическое перемещение – ресурсы для данных выделяются в процессе выполнения программы.

Абсолютная программа – при загрузке данных не происходит никакого изменения адресов в адресном пространстве.(реальная память больше требуемого адресного пространства программы)

Оверлейная структура – разбитие программы на части, которые будут вызываться в оперативную память(ОП) по мере необходимости; рентабельные модули – допускают одновременную работу модуля по нескольким обращениям из разных частей программы.(реальная память меньше требуемого адресного пространства программы)

Абсолютный модуль – требует размещения его в памяти всегда с одного и того же места.

Фрагментация реальной памяти – состояние, когда между программами образуются незанятые участки памяти, характерно для систем со статическим перемещением программ.

Системы с динамическим перемещением программ – программу располагают в свободной части памяти и допускается использование несмежных её участков.

Виртуальная память – основная память, теоретически доступная пользователю, оббьем которой определяется только разрядностью адресной части команд, и которая не существует в действительности.

Ячейка (слот) – записываемая область во внешней страничной памяти.

Загрузить программу в виртуальную память – это означает, переписать несколько программных страниц из внешней страничной памяти в реальную память.

Принудительный страничный обмен – пересылка программой копии не найденной страницы из внешней страничной памяти в реальную.

Режим сканирования ожидаемого события – наблюдение процессором за работой какого-либо устройства, в это время он не должен «отвлекаться» на выполнение другой задачи.

Система прерываний – позволяет выполнять процессору основную работу, не отвлекаясь на проверку состояния сложных систем при отсутствии такой необходимости.

Прерывания: внутренние(программные и аппаратурные), внешние(поступающие от внешних источников).

Вектор состояния процессора – совокупность значений наиболее существенных информационных элементов.

Обработчик прерывания – программа, затребованная запросом прерывания.

Прерывания: аппаратурные, логические, программные.

Архитектура вычислительной системы – совокупность структур вычислительной системы и её функциональных возможностей.

Память – совокупность устройств, предназначенных для запоминания, хранения и выдачи информации.

Быстродействие памяти: для внутренней – продолжительность операции обращения, для внешней – время доступа и скорость считывания.

Микропроцессорная память – память небольшой емкости, но очень высокого быстродействия.

Сверхоперативная память – в самом микропроцессоре, предназначена для его нужд.


Организация процесса вычислений. Взаимодействие центрального процессора и основной памяти

Процессор – это устройство, которое осуществляет процесс обработки данных и программное управление этим процессом.

Микрооперация => операция => микропрограмма.

Машинный такт – интервал времени выполнения одной или одновременно нескольких микроопераций.

Тактовая частота определяет быстродействие вычислительной системы

Программно-доступные регистры – содержимое может изменяться по операциям, но не изменяется от команды к команде.

Программно-недоступные регистры – рабочие регистры процессора, предназначены для хранения разнообразной информации в процессе выполнения одной команды.

Арифметико-логическое устройство – устройство для выполнения арифметических и логических операций над словами данных и адресами: параллельные, последовательные и параллельно-последовательные; комбинационные и накапливающие.

Арифметико-логические устройства с магистральной структурой: можно четко выделить три точки: входи и выход, тело.

Устройство управления вырабатывает сигналы: выборка очередной команды из памяти, дешифрирование кода команды, формирование адресов операндов, выборка операндов из памяти, передача данных в арифметико-логическое устройство, выполнение а арифметико-логическом устройстве операции, передача полученного в устройстве результата в память, инициирование операции ввода-вывода, организация реакции процессора на запросы прерываний.

Консоль – позволяет отслеживать и влиять на ход вычислительного процесса.

Блок управляющих регистров – для временного хранения управляющей информации.

Блок регистров памяти – содержит регистры сверхоперативной памяти небольшой емкости, повышает быстродействие и логические возможности ЦП.

Блок сопряжения с интерфейсом – обеспечивает захват шин интерфейса и выработку всех необходимых сигналов для выполнения обмена по шинам.

Скорость передачи данных – скорость, с которой биты передаются от одного вычислительного компонента к другому, бит/сек.

Интерфейсный блок – обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью.

Блок управления – обеспечивает реализацию алгоритма работы процессора, передавая последовательности управляющих сигналов в блок регистров, арифметико-логическое устройство и блок сопряжения с интерфейсом и анализируя ответные осведомительные сигналы из этих блоков.

Вычисление адреса команды – к счетчику прибавляется длина команды.

Выборка команды – выяснение длины команды.

Дешифрация команды – первичная дешифрация – определение группы команды и её адресности, вторичная дешифрация – после вычисления адресов операндов.