Контрольные вопросы

1. На какие группы разделены регистры микропроцессора i8086?

2. Какие способы адресации применяются в данном микропроцессоре?

3. Зачем нужны индексные регистры?

4. Какова максимальная и минимальная длина команды в архитектуре i80x86?

5. Каков максимальный объём доступной оперативной памяти в реальном режиме i80x86?

6. Какие группы регистров позволяют адресовать отдельно старшую младшую части?

7. Для чего нужен сегмент стека? Каким образом производится доступ к информации, хранящейся в нём?

Лабораторная работа №1. Программная архитектура процессора i8086

На языке ассемблера процессора i8086 с использованием любого удобного пакета (рекомендуется TASM) реализуйте следующие задачи:

1. Протабулировать функцию у = а(х+b) а=3; b=1; 1 < x < 10; Шаг изменения x=1

2. Найти max(A), если массив А состоит из целых чисел.

3. Для заданного массива Х, вычислить:

у(x) = ax , если 0 < x <= 5

у(x) = ах + а , если 5 < x <= 10

у(x) = 0 , если x > 10

4. Протабулировать функцию, заданную в виде:

у(n) = 0 , если n < 1

у(n) = 1 , если n нечетно

у(n) = 0 , если n четно

1 < n < 10: Шаг изменения n=1

5. Найти min(B), если массив В состоит из целых чисел.

6. Отсортировать заданный массив целых чисел А в порядке убывания их значений.

7. Отсортировать заданный массив целых чисел А в порядке возрастания их значений.

8. Подсчитать количество нулей и единиц в заданном шестнадцатеричном числе.

9. Вычислить количество элементов массива А эквивалентных заданному значению. А состоит из десяти шестнадцатеричных чисел.

10. Вычислить количество элементов массива, лежащих в следующих диапазонах: n1=(0..10); n2=(11..20); n3=(21..255). А состоит из 10 целых чисел.

11. Вычислить квадраты чисел от 1 до 10.

12. Удалить элементы массива А имеющие одинаковые значения. Определить количество оставшихся элементов.

13. Добавить новый элемент массива, если его значение не равно значениям элементов заданного массива А. Размерность массива А – 10. Добавляемые числа находятся в массиве B. Размерность массива В – 5.

14. Удалить элемент массива А, если его значение равно заданному шестнадцатеричному числу. Определить количество оставшихся элементов.

15. Определить, попадает ли точка с координатами XO, УО в круг радиусом R. Уравнение окружности: R² = x² + у² ( R = 100 ).

Примечания:

1. Размерность массивов равна 10, если явно не указано иное.

2. Все действия выполняются над целыми положительными числами от 1 до 100, если явно не указано иное.

3. Табулирование функции – это вычисление значений функции при изменении аргумента от некоторого начального значения до некоторого конечного значения с определенным шагом.

4. Ввод и вывод результатов достаточно производить в/из оперативной памяти. Работа с консолью не обязательна.

Глава 4. Интерфейсы и шины в вычислительной системе

4.1. Структура взаимосвязей вычислительной машины

Совокупность трактов, объединяющих между собой основные устройства ВМ (цен­тральный процессор, память и модули ввода/вывода), образует структуру взаи­мосвязей вычислительной машины. Структура взаимосвязей должна обеспечивать обмен информацией между:

• центральным процессором и памятью;

• центральным процессором и модулями ввода/вывода;

• памятью и модулями ввода/вывода.

Информационные потоки, характерные для основных устройств ВМ, показа­ны на рис. 35.

Рис. 35. Информационные потоки в вычислительной машине.

С развитием вычислительной техники менялась и структура взаимосвязей ус­тройств ВМ. На начальной стадии преобладали непосредственные связи между взаимодействующими устройствами ВМ. С появлением мини-ЭВМ, и осо­бенно первых микроЭВМ, все более популярной становится схема с одной общей шиной. Последовавший за этим быстрый рост производительности практически всех устройств ВМ привел к неспособности единственной шины справиться с возросшим трафиком, и ей на смену приходят структуры взаимосвязей на базе нескольких шин. Дальнейшие перспективы повышения производительности вы­числений связаны не столько с однопроцессорными машинами, сколько с много­процессорными вычислительными системами.

Рис. 36. Эволюция структур взаимосвязей. ЦП – центральный процессор, МВВ – модуль ввода-вывода, ПАМ – модуль основной памяти.

Интерфейс - это аппаратное и программное обеспечение (элементы соединения и вспомогательные схемы управления, их физические, электрические и логические параметры), предназначенное для сопряжения систем или частей системы (программ или устройств). Под сопряжением подразумеваются следующие функции:

• выдача и прием информации;

• управление передачей данных;

• согласование источника и приемника информации.

В связи с понятием интерфейса рассматривают также понятие шина (магистраль) - это среда передачи сигналов, к которой может параллельно подключаться несколько компонентов вычислительной системы и через которую осуществляется обмен данными. Очевидно, для аппаратных составляющих большинства интерфейсов применим термин шина, поэтому зачастую эти два обозначения выступают как синонимы, хотя интерфейс - понятие более широкое.

Для интерфейсов, обеспечивающих соединение «точка-точка» (в отличие от шинных интерфейсов), возможны следующие реализации режимов обмена: дуплексный, полудуплексный и симплексный. К дуплексным относят интерфейсы, обеспечивающие возможность одновременной передачи данных между двумя устройствами в обоих направлениях. В случае, когда канал связи между устройствами поддерживает двунаправленный обмен, но в каждый момент времени передача информации может производиться только в одном направлении, режим обмена называется полудуплексным. Важной характеристикой полудуплексного соединения является время реверсирования режима - то время, за которое производится переход от передачи сообщения к приему и наоборот. Если же интерфейс реализует передачу данных только в одном направлении и движение потока данных в противоположном направлении невозможно, такой интерфейс называют симплексным.

Важное значение имеют также следующие технические характеристики интерфейсов:

• вместимость (максимально возможное количество абонентов, одновременно подключаемых к контроллеру интерфейса без расширителей);

• пропускная способность или скорость передачи (длительность выполнения операций установления и разъединения связи и степень совмещения процессов передачи данных);

• максимальная длина линии связи;

• разрядность;

• топология соединения.

Взаимосвязь частей ВМ и ее «общение» с внешним миром обеспечиваются си­стемой шин. Большинство машин содержат несколько различных шин, каждая из которых оптимизирована под определенный вид коммуникаций. Часть шин скры­та внутри интегральных микросхем или доступна только в пределах печатной платы. Некоторые шины имеют доступные извне точки, с тем чтобы к ним легко можно было подключить дополнительные устройства, причем большинство таких шин не просто доступны, но и отвечают определенным стандартам, что позволяет подсоединять к шине устройства различных производителей.

Чтобы охарактеризовать конкретную шину, нужно описать:

• совокупность сигнальных линий;

• физические, механические и электрические характеристики шины;

• используемые сигналы арбитража, состояния, управления и синхронизации;

• правила взаимодействия подключенных к шине устройств (протокол шины).

Шину образует набор коммуникационных линий, каждая из которых способна передавать сигналы, представляющие двоичные цифры 1 и 0. По линии может пе­ресылаться развернутая во времени последовательность таких сигналов. При со­вместном использовании несколько линий могут обеспечить одновременную (па­раллельную) передачу двоичных чисел. Физически линии шины реализуются в виде отдельных проводников, как полоски проводящего материала на монтаж­ной плате либо как алюминиевые или медные проводящие дорожки на кристалле микросхемы.

Операции на шине называют транзакциями. Основные виды транзакций — транзакции чтения и транзакции записи. Если в обмене участвует устройство вво­да/вывода, можно говорить о транзакциях ввода и вывода, по сути эквивалентных транзакциям чтения и записи соответственно. Шинная транзакция включает в себя две части: посылку адреса и прием (или посылку) данных.

Когда два устройства обмениваются информацией по шине, одно из них долж­но инициировать обмен и управлять им. Такого рода устройства называют ведущи­ми (bus master). В компьютерной терминологии «ведущий» — это любое устрой­ство, способное взять на себя владение шиной и управлять пересылкой данных. Ведущий не обязательно использует данные сам. Он, например, может захватить управление шиной в интересах другого устройства. Устройства, не обладающие возможностями инициирования транзакции, носят название ведомых (bus slave). В принципе к шине может быть подключено несколько потенциальных ведущих, но в любой момент времени активным может быть только один из них: если не­сколько устройств передают информацию одновременно, их сигналы перекрыва­ются и искажаются. Для предотвращения одновременной активности нескольких ведущих в любой шине предусматривается процедура допуска к управлению шиной только одного из претендентов (арбитраж). В то же время некоторые шины допускают широковещательный режим записи, когда информация одного веду­щего передается сразу нескольким ведомым (здесь арбитраж не требуется). Сигнал, направленный одним устройством, доступен всем остальным устройствам, подключенным к шине.

Английский эквивалент термина «шина» — «bus» — восходит к латинскому слову omnibus, означающему «для всего». Этим стремятся подчеркнуть, что шина ведет себя как магистраль, способная обеспечить всевозможные виды трафика.