1. Процессор 9
1.1. Арифметико-логическое устройство 9
1.2. Устройство управления 10
1.3. Основные принципы работы современных процессоров 10
1.4. Регистры процессора 15
1.4.1. Регистры общего назначения 16
1.4.2. Указатель команд 19
1.4.3. Сегментные регистры 19
1.4.4. Регистр состояния микропроцессора Intel 8086 21
1.4.5. Управляющие регистры 22
1.4.6. Прочие регистры 23
1.5. Представление команд в ЭВМ. 23
1.6. Основные стадии выполнения команд 25
2. Системная шина 26
2.1. Шины 26
2.2. Шина данных. Разрядность шины. 27
2.3. Адресная шина. Разрядность шины. 27
2.4. Шина управления 28
2.5. Цикл шины 29
2.6. Системные и локальные шины 30
2.7. Стандарты шин 33
3. Многоуровневая организация памяти 37
3.1. Регистровая память 38
3.2. Буферная память 38
3.2.1. Кэширование памяти 38
3.2.2. Принципы кэширования 40
3.2.3. Кэш прямого отображения 42
3.2.4. Наборно-ассоциативный кэш 45
3.2.5. Ассоциативный кэш 46
3.3. Оперативная память 47
3.3.1. Логическое распределение оперативной памяти 47
3.3.2. Стандартная оперативная память 47
3.3.3. UMA 48
3.3.4. EMS 49
3.3.5. НМА 50
3.3.6. XMS
3.3.7. Статические и динамические ОЗУ
3.4. Страничная и сегментная организация памяти. Виртуальная память 51
3.4.1. Режимы процессора 51
3.4.2. Организация памяти 51
3.4.3. Концепция виртуальной памяти 53
3.4.4. Страничная организация памяти 54
3.4.5. Сегментация памяти 56
3.4.6. Механизм замены (своппирования) страниц 57
3.5. Защита информации и памяти 58
3.6. Внешняя память 61
3.6.1. Классификация накопителей 61
3.6.2. Логическая структура дисков 63
3.6.3. Флоппи-диски 63
3.6.4. Сменные диски 64
3.6.5. Стриммер 65
3.6.6. Магнитооптические накопители 65
3.6.7. Накопители на гибких магнитных дисках Бернулли 66
3.6.8. Накопители на гибких магнитных дисках Zip 67
4. Система ввода-вывода 68
4.1. Принципы организации обменов данными 70
4.1.1. Структура с одним общим интерфейсом 70
4.1.2. Структура с каналами ввода-вывода 71
4.1.3. Основные параметры интерфейсов 72
4.1.4. Параллельная и последовательная передача данных 72
4.1.5. Методы передачи информации между устройствами
ЭВМ 73
4.2. Индивидуальные каналы 74
4.2.1. Основные типы каналов ввода-вывода 75
4.3. Ввод-вывод с отображением на память 77
4.4. Порты ввода-вывода 77 4.4.1. Параллельный порт 78
4.4.2. Последовательный порт 81
4.4.3. Развитие параллельного и последовательного интерфейсов
4.5. ПДП – прямой доступ к памяти 86
5. Организация прерываний 88
5.1. Механизм прерываний 88
5.1.1. Назначение системы прерываний 88
5.1.2. Порядок обработки прерывания 89
5.1.3. Характеристики системы прерывания 89
5.1.4. Приоритетное обслуживание запросов прерывания 91
5.1.5. Программное управление приоритетом 92
5.2. Организация системы прерываний микропроцессора х86 93
5.2.1. Аппаратные прерывания. Контроллер прерываний 94
5.2.2. Особенности обработки аппаратных прерываний 96
5.2.3. Внутренние прерывания
5.2.4. Таблица векторов прерываний 98
5.2.5. Процедуры прерываний 99
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ 100
ТРЕНИНГ УМЕНИЙ 104
ГЛОССАРИЙ*
1.Процессор
Под архитектурой процессора понимается его программная модель, то есть программно-видимые свойства.
Программная модель процессора - это функциональная модель, используемая программистом при разработке программ в кодах ЭВМ или на языке ассемблера. В такой модели игнорируются многие аппаратные особенности в работе процессора.
Под микроархитектурой понимается аппаратная реализация этой программной модели. Для одной и той же архитектуры разными фирмами и в разных поколениях применяются существенно различные микроархитектурные реализации, при этом, естественно, стремятся к максимальному повышению производительности (скорости исполнения программ).
В состав микропроцессора (МП) входят арифметико-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ) и группа регистров (рис. 1).
Рис. 1. Состав микропроцессора
1.1. Арифметико-логическое устройство
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – часть микропроцессора, которая осуществляет арифметические и логические операции.
АЛУ обеспечивает выполнение основных операций по обработке информации. Основу АЛУ составляет сумматор с последовательно-параллельным переносом.
Сумматор – электрическая схема, используемая для сложения двоичных чисел.
Любую задачу компьютер разбивает на отдельные логические операции, производимые над двоичными числами, причем в одну секунду осуществляются сотни тысяч или миллионы таких операций. Сложение, вычитание, умножение и деление – элементарные операции, выполняемые АЛУ ЭВМ. Полный набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют основу АЛУ. Помимо арифметического устройства, АЛУ включает и логическое устройство, предназначенное для операций, при осуществлении которых отсутствует перенос из разряда в разряд. Иногда эти операции называют «логическое И» «и логическое ИЛИ». Все операции в АЛУ производятся в регистрах – специально отведенных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших операций определяется минимальным временем сложения двух операндов, находящихся в регистрах. В случае, если одно или оба слагаемых находятся не в регистрах, а в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), учитывается также время пересылки слагаемых в регистры и время записи полученной суммы в ОЗУ. В большинстве современных микропроцессоров это время составляет от нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд.
1.2. Устройство управления
Устройство управления (УУ) – формирует и подает во все блоки процессора в нужные моменты времени определенные сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ.
Устройство управления содержит регистр команд, дешифратор команд и управляющее устройство, в состав которого входит управляющая память. Управляющая память содержит микропрограммы всех команд для данного МП.
На управляющее устройство поступают последовательности тактового генератора, сигнал готовности от ОЗУ, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или устройств ввода-вывода (УВВ) к приему или передаче данных, сигнал запроса на прерывание от внешних устройств.