lektsii_po_infe

Устройства

Внутренняя

Внешняяпамять

21

ввода

память

Устройства

Процессор

вывода

УУ

АЛУ

Рис. Схема1.функциональногоустройстваЭВМ

Процессор – устр,котороеавтоматическийстыполняетдействия,записанные

вхранящейсявпамятипрограмме.Т.. цессорсуществляетнепосредственную

обработкуданных,памятьявляетсяранилищемданныхпрограмм.Этиустройства

являюцентуральстройя.Кромен,вихымиствамиоставВСвключаютсявнешние

устр,ккойстваотносятсяторымустройстваввода

-выводаинформацииУВВ(),также

внешниезапомина

ющиеустройстваВЗУ().

Комидан, которымиадндывыполняютсяекоманды,хранятсяспециальном

запоминающемустройстве

– опера.мятитивной

Всюпаможнопредставитьятьвиде

линейногомассиваячеекопределразм.Ячейкипоследовательнонногора

пронумерованы,ихномераназываютсяадрес.Минимальноадресуемоймиединицей

памятивбольшинствесовременныхЭВМявляебайтся

. Памятьхарактеризуется:

-

емкостью –

максимальнымкол нфорчеств,котхровароемнцитсяи

памяти;

временемсчитыванВремязаписи)(инфо. считываниямации

–

этовремя,

отсчитывмоментапоявлдресаемоеячейкидониямоментаполученияинформации.

Память подрнавнутрвнешнююююзделяетсяи .В утренняяпамят

ьимеет

относительнонебольшуюемк быстродействиестьльшое.Внешняяпамятьимеет

болеенизкоебыстр,ноподействиезвхранитьоляетченбольшойобъеминформации.

Вовнешнююпамятьтакжезаписываютсяданныерезультатыработыпрограмм,нодля

выполненияоперацийнадэтойинформ,еенадоснзаписачалациейвовнутреннююь

память,.к.процессоримеетдостольконейуп.П кончанияслеработысэтой

информ,ееснованадоз цпвовнешнююиейсатьпамять.

Выполненвыполнениюрограммысводк ится

машинныхкомандв

заданной

последовате.Каждкомандаприякосвеннолмоьности

должнаоднозначноопределять

следующуюинформацию:

• Операцию,которуюпроцессордолженвыполнадданными. ить

Данные,

участвующиеоперациирезультатназываацииинято

тьоперандами.

Процесможетвыпсоопределенныйроголнятьнаборопераци.Каждойоперации

присвоенсвойуникальныйномерназыва, кодоопеКОП(мрации).ый

•

Исполнительныеадресаоперандов.

•

Адрслекомандыдующейс.

Дляуказанияэтойинформациикаждойкома

ндепри

разработкепроценазначаетсяравформат.Форйкомаопртндыееделяет

разбиениенаотдельныесмыспо, этиховыеяинуполейспособкодирования

информациивкаждомизполей.

Впредельномслучаекомандолжнасо пятьержатьполей,показ

анныхнаРис.2.

ПолеКОПопределяетк перации,остальныечетыреполя

– адресаоперандови

следующейкоманды

Процессодержитвасновныхорустр,п казанныхйстванаРис.3,

накоторые

возлагаетсявыпк лнениезаданноймандпоследовательности.

УстройствоуправлУУ() еддекодированияназначенолкоманды,которое

заключавизвлинформацииечениитсяизполейкомандывсоответствииформатом,

определенияадресовоперандовадреса

следующейкоманды.

ОперационноеустройстОУ()предвназначеноля

ыполнениянад

операндами

опе,предпацииполемКОП. санной

Рассмотрим основныефазывыполнемашиннойпрограммыия

.

1Для.запускарограммывустройствоупрз вленияноситсяадрес

первой

команды.

2По.адресукомандыизпамятисчитывасодержимоеяч тсяйки

памяти

передаетсявустройствоуправления.

3Устройство. управлвыдпокеляния.мандыет

4На.основанииадречаопренойтадоперандовресаеляются.

5По.адреоперандовсамчитываетсясодержимоеуказанныхячеек

памяти

направляетсяоперационное

устройство.

6Операционное. устройствовыполняетзаданнуюоперацию.

7Результат. операциисохраняетсявячейкепамятипоуказанному

адресу.

8Устройство. управленияопределяетадрследующейкоманды.

Рассмотренныедействияповторяютсяпунктадо2выполн

енияспециальной

командыСТОП,предписывающейзаве шениеограммы.

Помиморезультатамнкогиеформрезультатаютмандыпризнак

ПР.

Типризнакамиичнымирезультаявляются: а

•

Результатравеннулю

•

Результатменьшенуля

•

Результатбольшенуля

Всистему комогутвключатьсяандспециальнсравнениякоманд, ы

основным

назначениемкоторыхявляетсяфорпризнакаированрезультата.Типичными

признакдлякомсравненияявляютсяндмипризнаки:

• Значениепервогооперам значенияьшеда

втоперандарого

• Значениепервогооперандабольшезначвт нияперандарого.

Сформпррезультатаизнакрованныйможетанализироватьсяспециальными

комануправлепринятиядляамирешениявпроцесвычисленияадресаледующей

командывветвящихсяалгорит

мах.

Процесможимсветсоьбственнуюрпамять,исподльзуемуюя

кратковрхрани еформац.менногонияОнасостоизспецитиальных

электрузловнных

– регистров.Раз ядностьобычнотрововпадаетразрядностьюмашинногослова.

Регидостпррыупны

ограммеимогутиспользоватьсяею.дляхраненияпромежуточных

результатов.ТакогородарегистрыназываюобщегоназначениятрамисяРОН().

Каждыйрегистримеетномер,котможетуказыватьрыйкачествеадрекоманде. я

Адререгистровнеовпадают

садресамиосновнойпамяти.

Посравнениюосновнойпамятью,объемкот досройжетигать

несколькихГб,

объемрегистровойпамятиневелик,порядкадесятков

РОН..Времяжесчитывания

записиинформациидляРОНнанесколько

порядковменьше,чемдляячейки

основной

памяти.

Основнаяпаможетбытьятьраспределенадляодновременногоразм щенияй

несколькпрограмм.Регжевыделяютсяистрыхмонопольниспользование

выполняющейсяданныймоментпрограммы

Комансчетыдрыполямиеснымиьмянаибудобнылее

сточки

зрения

прог,нореализоваммистакомандытакф ваппаратурегормататьпроцессорапри

ограндлмашинногоойичнесловапрактически

невозможно.

Рассмотримпример.ПустьЭВМимеетосновнуюпамятьобъемомМб,1

а

процесповыпссоробенддвулнять

хсотразличныхопераций,Длина

каждогоадресного

полясоставит20бит(220Мб),поляКОП= 1

– 8бит.

Длинаком8+4*20ндыбит. другойCстороны,=88машинноеслсовременных

процессоров,какправило,

непревышает32бита.Современ

ныеЭВМимеютзначитель

ные

объемыпамяти,измерясотнямимемые

гигабайтамии ,чтоещеобостряетлее

проблему.

Сокращениедлиныкомандыдостигаетсядвумяспособами:

•Сокращениеколичадресныхполей. тва

•Сокрдлиныадресныхщполей.ние

Припервомспособенекоторые

адресаопределяютсяпоумолчанию

(косвенно)и

команденеуказывают

ся.Сокращениеколичадрества

ныхпоборачиваетсялей

увеличениемколичествакомандпрограмме.

Привторкомаспособев указываетсянеисполнительныйдеадрес,

атак

называемыйлогичес

кийадресАЛ()Логич. адрсодержитеский

инф,наормациюснове

котмовычислитьройжноисполнитеадрес.Сокрдлиадресныхьщполейвние

общемслучаепри

водиткуве

личениювременивыпрограмолнения

мы,т.к.необходимо

дополнительныедействповычия

слениюадресов.

ИсключениеполяАСКкомпенвключениемсируетсяоставустройства

управленияспециализирегистраованного

– счетчикакомандСК().

Призапускерограммывсчетчикзаноситсяадреспервойкоманды

программы.

Послесчитывкомандыизп знамятииясчениетчика

увеличнаеедлину. вается

Такимобразом,всчетчикеок жетдреся

следующейпорядкукоманды.

Такойприемпозволяетвыпк мандылнятьпорядкеихзаписив

программе.

Такойпорядвыпкоклненияма

ндназываютестественным

порядком.

Дляизменестепорядкаственногониякомандпрограммувключаются

специальнкоторыекомандуправлен, принудительнозмя кущеесостояниеняют

счетчикапутемзанесениявнегодресаперехода,т..адресаком, нды

котдолжнарая

бытьвыполненаследующей.

Послевыпереходаолненияестественныйпорядвыппрограммыклнения

возобновляется.

ИсключениеполяA3компенсирзасчетзаписирезпоультатается

адресуодного

изоперанд,чащевсег.Формализованнойрвого

записьюсхемывыполнения

двухадреснойкомандыбудутвыражения:

1. A1 (A1) (A2)

2СК.

(СК) к+, L

• знак обозначаетоп

ерацию,которуюнеобходимовыполнить.

Адрес,заключенныйвкруглыеск,означаетбкичтениеданных,другимисловами

– содержимоеячейкипамятиилирег. стра

Еслипервыйоперанднужендлядальнейшихвычислений,придется

выполнить

предваркопировательниое

первогооперандарабочую

ячейкупамятиилирег стр

общегоназначе.Обозадресэтойнияачим

ячейкикакТAS.о.придется.выполнить

следействияующ:

Способадресации

– этопразаписивкоманлогическогоиладреса

иправила

вычислениянаегоосновеисполнительадреса.Приметогоилиногоспособаение

адресациивомногомзависитоттребований

кразмещепрограммывосниюовной

памяти.

СпециализированныеЭВМимеютфи

ксированныйнаборпрограмм.

Размещение

програвосновнойпамможноспланироватьятизаранее.

Основнойцельюкодирования

адреявляетсясокращениедлиныкоманды.

25

НабпродляЭВМграммобщегоназначениязаранееизвестен.

Предварительно

спланироватьра

змещениепрограммвпамятиневозможно.Кодиадресовваниелжно

обеспечитьразмещениепрограммы

влюбомместепа внесенияятизизменений

программу.Этосвойствоназываютперемещаепрог.Д словамиаммыугими, стью

изменение результатавычисленияАИ=

F(АЛ)должнодостигатьсябезменения

логическогоадреса.

Дадимкраткоеописаниена болееспользуспособовадресации. мых

Прямаяадресация

.Вкомандеуказывисполнительныйадресется.

Правило

декодирования:АИАЛ=.Времявычисленияисполнительного

адресаминимально.

Перемещаепрогранеподдерживаетсям. мость

Длинаогическогоадресамаксимальна.

Применяетсядляадресации

данныхврегистрахобщегоназначения

Косвеннадресация

.Вкомануказываетсяд,порескоторому

хранится

исполнительныйадрес.Прави

лодекодирования:АИАЛ=). (

Поддерживается

перемещаепрог.Пхраненииисполнительногомостьмадресавосновнойпамяти

длогическогоинадресамаксимальна.

Дляполученияисполнительногоадреса

необходимодополнительноеобращениевпамять.Прихранении

исполнительногоадреса

врегистре общегоназначениясокращаетсядлогическогоинадресавремяполучения

исполнительногоадреса.

Относительнаяадресация

. Относитеадресациявразличныхвариантахьная

реализацииявляетсяосновнойЭВМобщегозначения

изначальноориентирована

поддержкуперемещаепрогра.Суотносительноймадресацииостим

покназана

рисунке5.

Присосткапрограммыждойвлении

отсчетлогическихадресовпроизводится

нуля.Приразмещениипрограммыввыделеннойейпамятидляпрограммы

назначается

база.Базапредставляетсобойисполадресначалаитевыделеннойьный

облпа.мятисти

Привычисленииисполнительногоадресалогичеадресра сматриваетсякий

как

смещениеDотбазыАИ=База+ D.

Измебазыпринеизменныхниелогических

адресахвкомандахпозволяет

“привязать”програмклюбомесмутновнойпамяти.

Обычнозначениебазы

устанавлизагрузкприпрограммыв ется

основнуюпамятьихранитсялибо

специальномпрограмнедоступрегистреилиоднорегистровномз общего

назначения.

индекснадресация

Разновидностьюотносительнойадресацииявляется

:

АИ=База+Индекс+ D.

Значениеиндексахранитсявспециальномрегистреиндексаилиодномз

регистровобщегоназначения.Индекспозволяетобрабатывать

данныевпоследовательно

расположенныхячейкахпамятибезменениякоманды.Дляизмененияисполнительного

адресадостаточизменитьзначение.дексао

логическиеоперации:

НЕ,И,ИЛИ.Результатопредетабистлицейяетсянности

представляет собсоответствующийкод, Истина“ ”илиЛожь”

”.

Особоеместозанимаютбитовыеоперации.Иногдаихрассматриваюткак

разновлогоперацидноческих.Вдругихлучаяхтьвыделяютйотдельнуюгруппу.

Слогичопеихрацскимиблто, ямижает

чтобитовыеоперациирассматриваютданные

каклогическиезна

чения.

Но,вотличлогоперацийческих,вкачествелогическогозначения

рассматриваетсякаждыйбитобрабатываемогокода.

Типовыебитовыеоперации:

- инверсиябитовое( НЕ),

(~)

- битовумнбитовое( жениеИ), (&)

- битоваянеэквивалентность

(битовоеМ2),(^)

- битовоесложбитовое( ИЛИ)ние. (

|)

СхемывыполнбитовыхопепнриацнаяРведеныийс

.6.

Рис. 6.

Битовыеоперацииисподобработкильзуютсяотдельныхбиткода.Такая

необходчастовозникаетизмость

-затого,чтопбитовлясоставе

единогокодаимеют

разноесмысловзначен.Такпробычноиейиспользуетсямвкодах,описывающих

состояниеаппаратныхсредствЭВМ.Например,б йттрибутов,котооп ыйеделяет

режимотображениясимволанаэкране,имеазныхпотсмыслуполя:

Битыс0

по3

– цветсимвола

Битыспо46

– цветфона

Бит7

– признакмерцаниясимвола

Обработкабитсводитсячетыремосновнымзадачам:

1Проверка. состоязадабитанияного

2Уст. задановкабитнулевоеныхсостояние

3Уст. заданныхновкабитединичноесостоян

ие

4Инверсия. заданныхбит

Восноверешвыполнялежибитовойопенадисхниерациикоднымом

специальноподготкод,котормаскойвленнымназ .ваетсяРешениезадачбудем

рассматриватьнапр сходногомерепятиразрядногокода,приведенногонарисун

ке.

Проверкасостоязаданногобитаия

.Маскадолжнасодержатьединицув

проверяемомбите.Остальные

битымаскинули.ВыполняетсябитоваяоперацияИ

(&) и

результрассматриваетсякцелоекчисло.Еслионоотличнонуля,

тобитнаходитсяв

единичномсо

стоянии,аеслиравнонулю

– товнуле

вом.

Пример.Проверитьсостояниебитаномер1битаом4.ером

1 0 1 0 1

(Исхк)одный

1 0 1 0 1

& 0 0 0 1 0

(Маска) •

& 1 0 0 0 0

0 0 0 0 0

(Результат)

1 0 0 0 0

Вывод:

битсномернулевомнах1 водитсясостоянии,абитномеромв4

единичном.

Устзадановкабитнулевоеныхсостояние

.Маскадолжнасодержатьнулив

интеребитах.Остальныеующихбитымаскиединичные.

И(&) иеерезультат

Выполняетсябитоваяоперация

аписываетсянаместо

исхкода.Единичныеногобитымаскигарантируютсохранениесостояниявсехбит,

кромеинтбит.ресующих

Пример.Устабитысномерамивить12нулевоесостояние.

1 0 1 0 1

(Исхк)одный

& 1 1 0 0 1

(Маска)

1 0 0 0 1

(Результат)

Устзаданныхновкабитединичноесостояние

.Маскадолжнасодержать

единицывинтеребитах.Остальныеующихбитымаскинулевые.Выполняетсябитовая

операцияИЛИ.Результатаписываетсянаме тохкода.Нулевногобитымаские

гарантируютсо

храненвсехсостояниябит,кромеинтбит.ресующих

Пример.Устабитысномвить12единрамисостояние. чное

1 0 1 0 1

(Исхк)одный

| 0 0 1 1 0

(Маска)

1 0 1 1 1

(Результат)

Инверсиязаданныхбит

.Маскадолжнасодержатьединицывинт

ересующих

битах.Остальныебитымаскинулевые.Выполняетсябитовая

операцияМ2Результат.

записываетсянаме тохкода.Нулевногобитымаскигарантируютесохранение

состояниявсехбит,кромеинтбит.ресующих

Пример.Инвербисномерамитыировать0,1

и4.

1 0 1 0 1

(Исхк)одный

1 0 0 1 1

(Маска)

0 0 1 1 0

(Результат)

Выполняютнаправленноеперемещениебитовпределахразрясетки.Сдвигной

сторонустаршихразряназысдовлеигомают(<<),всторонум

ладшихразрядов

(>>) - сдвпригом.Взависимоспостзапоосвободившихсястибалненияразрядов

различаюттривсд:вигов

Некоторыеоперации

неформрезуютпризнак.Двыполненияьтатая

условногоперехпослетакойоперациидавпрограммувключают

специальнкоманд, ую

формирующуюпризнакрезультата.Типичным

примеромтакойкомандыявляется

командаСравнить“ ”.

Дляорганизациивызоваподпрограм

примопетипаняютрациипереход"с

возвратом"Перед. выполнениемпереходаэтаоперзапоминаетпамятицияточку“

возврата”

- текущзнасчекомандниетчика.Послезавершенияподпрограммы

счетчикзаноситсязапомненнзначение,тоестьвозобновляется

выпрограммыолнение.

Дляуправлениявызовамидпрограммиспользуетсяспециальный

механизм,

называемый стеком.Сущностьэтого

механизмаприведена

рисунке.

Рис. 10.

Стекпредставляетсобойоблпамя.Началостьэоблиойп мятисти

называется

вершинойстека.Ввершинустеказаносятсяданныевыполняющейсяподпрограммы.

Вызовподпрограммыкиводитопусканию“ ”стека,послечеговвершинезапоминается

счетчиккомандвыполнявшейся

подпрограммы.Возвратизподпрограммывызывает

“подъем”стека.Это

приводитквыталкивизвершистеказанвсчиюесыениютчик

командзапомнадрочереднойкомандысанногоивосстановлениювершинестека

данныхпредыдущейподпрограммы.

Такимобразом,ввершинестекавсегходятсядавыполнныеданныйяемой

момент подпрограммы.Программасчитаетсявыполненной,

еслитекстановитсяпустым.