Материал: ЛР4

1 Введение Цель работы: изучение структурной и функциональной организации

процессора на примере базовой учебной ЭВМ.

Задание: 10/2-3 (Вариант 2).

3

2 Ход работы:

2.1 Основные теоретические сведения

Микропроцессор (МП) — это сверхбольшая интегральная схема,

которая реализует функции процессора ПК. Микропроцессор создается на полупроводниковом кристалле путем применения сложной микроэлектронной технологии. Возможности компьютера как универсального исполнителя по работе с информацией определяются системой команд процессора. Эта система команд представляет собой язык машинных команд. Из команд составляют программы управления работой компьютера. Отдельная команда определяет отдельную операцию (действие) компьютера. Существуют команды, по которым выполняются арифметические и логические операции,

операции управления последовательностью выполнения команд, операции передачи данных из одних устройств памяти в другие и пр.

Действия над числами (сложение, вычитание, умножение),

представленными в различной форме осуществляются с помощью элементарных операций, выполняемых в определенной последовательности.

К таким элементарным операциям относятся:

−запись числа в регистр;

−инвертирование содержимого разрядов регистра;

−пересылка содержимого регистров;

−сдвиг содержимого регистра;

−сложение кодов;

−поразрядные логические операции или анализ разрядов;

−операция счета с+1 или с-1 (инкремент или декремент).

Все эти действия выполняются в процессоре, который для упрощения можно рассматривать состоящим из двух устройств – операционного (ОУ) и

управляющего (УУ) (ОУ – выполняет указанные элементарные операции; УУ

– управляет ОУ, задавая необходимую последовательность выполнения этих операций). В качестве узлов УУ и ОУ включают в себя регистры, счетчики,

4

сумматоры, мультиплексоры, дешифраторы и т.д. Обобщенная структура любого процессора изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – обобщенная структура процессора В основу работы ЦП положен принцип, предполагающий разделение

всей информации, с которой оперирует устройство, на две части: собственно информацию (входные данные) и информацию об алгоритме (программу). Эти части представляются в виде информационных слов (ИС) и управляющих слов

(УС) хранимых в памяти ЭВМ, что влечет за собой в большинстве современных ЭВМ операционно-адресную организацию процесса выполнения алгоритма, при которой управляющие слова задают операции алгоритма и местоположение в памяти операционных слов (операндов),

участвующих в операции. Алгоритм решения задачи на ЭВМ описывается последовательностью УС (программой), определяющих очередность и характер выполняемых действий.

Управляющие слова в зависимости от сложности и времени выполнения задаваемых ими преобразований информации разделяются на команды и микрокоманды.

Командой называют записанную в некотором алфавите совокупность всех сведений, необходимых для выполнения некоторых операции в машине.

Любая команда имеет определенную структуру уникальную для данного процессора. Под структурой команды понимают перечень сведений

(элементов команды), необходимых для выполнения операций. Помимо структуры, команды процессора имеют определенный формат. Форматом

5

команды называют распределение отдельных элементов команды по символам слова, изображающего команду.

Совокупность всех выполняемых машиной команд, отличающихся друг от друга операционной частью и/или форматом адресной части,

называется набором команд или системой команд ЭВМ.

Выполнение любой команды, как правило, сводится к выполнению более мелких операций – микроопераций, задаваемых последовательностью микрокоманд. Микрооперацией (МО) называют элементарный акт преобразования или передачи информации, выполняемый, как правило, за один машинный такт. Типичными МО являются установка (исходных)

состояний отдельных узлов и операционных элементов, выполнение элементарных преобразований (сдвига, суммирования, логических операций)

информации в операционных элементах, пересылка в информации между отдельными узлами или операционными элементами, обращение к памяти и др. В определенные тактовые периоды одновременно могут выполняться несколько микроопераций.

Микрокомандой (МК) называют набор сведений, необходимых для выполнения одной или нескольких микроопераций, реализуемых в течение одного машинного цикла (цикла процессора).

Базовая учебная машина (БУ ЭВМ) - устройство, выполняющее заданные программой преобразования информации и осуществляющее управление всем вычислительным процессом. БУ ЭВМ дешифрирует и выполняет последовательно команды программы. БУ ЭВМ содержит: арифметико-

логическое устройство (АЛУ), центральное устройство управления (ЦУУ), а

также оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) небольшой емкости

(рисунок 2).