Принцип программного управления. Микропроцессор. Алгоритм работы процессора

                    _ 2Г  Л  А  В  А    1                           0П Р И Н Ц И П   П Р О Г Р А М М Н О Г О                     _У 2  0П 2  0Р 2  0А 2  0В 2  0Л 2  0Е 2  0Н 2  0И 2  0Я.      Память машины  можно  представлять   себе   как   длинную страницу,  состоящую  из отдельных строк.  Каждая такая строка называется  _ячейкой памяти .,  и в свою очередь,  разделяется  на разряды.  Содержимым любого разряда может быть либо 0, либо 1. Значит,в любую  ячейку  памяти  записывается  некоторый  набор нулей   и   единиц   -    _машинное  слово ..  Все  ячейки  памяти занумерованы. Номер ячейки называют её  _адресом ..      Наличие у  каждой ячейки адреса позволяет отличать ячейки друг от друга, обращаться к любой ячейке, чтобы записать в неё новую информацию или извлечь  ту  информацию,  которая  в  ней хранится.      Все ЭВМ работают в принципе одинаково.  Когда  бы  вы  ни заглянули  в память ЭВМ,  в её ячейках хранятся наборы нулей и единиц.   _ЭВМ выполняет без участия  человека  не  только  одну  _команду, но и длинную последовательность команд (программу) .. В этом и состоит один из основных принципов работы ЭВМ -  _принцип  _программного управления ..      Каждая команда кодируется  некоторой  последовательностью из  нулей и единиц и помещается,  как и число,  в одной ячейке оперативной памяти. Команда состоит из двух частей : кодовой  и адресной.  Кодовая часть команды указывает,  какое действие должно быть выполнено,  а адресная определяет  расположение  в памяти компьютера исходных данных и результата.      Общий вид команды машины может быть таким:               К А1 А2 А3 ,  где К - код действия, а А1,А2,А3 - адреса  ячеек  памяти  (на  каждый  адрес  отводится  по   три разряда).    Для    выполнения   команд   служит   специальное  _арифметико-логическое устройство  .(АЛУ).  Оно состоит  из  двух особых  ячеек  -   _счётчика команд  .и  _регистра команд  .,  а также  _сумматора ..  При выполнении  ЭВМ  программы  в  счётчик  команд последовательно   заносятся   номера   ячеек,  где  содержатся исполняемые команды, сами команды помещаются в регистр команд, а  в  сумматоре  происходят арифметические действия.  Сумматор также  имеет  свою  ячейку  -  для  промежуточных  результатов вычислений.   Отметим,   что  команды  современных  ЭВМ  могут занимать несколько ячеек памяти.                    2КОМАНДЫ  0  2ПРОЦЕССОРА.       21.А 0РИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ  -  это  такие  операции,   как сложение, вычитание, умножение, деление и другие.       22.Л 0ОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ   -   это   такие   операции,   как сравнение,   отредактировать   и   отметить,  логическое  И  и логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее.       23.О 0ПЕРАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА - это такие операции, как начать, остановить,  опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы и так далее.       24.О 0ПЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯ - это  такие  операции, как  проверить  и установить,  загрузить реальные адреса и так далее.                    _ 2Г  Л  А  В  А   4                М И К Р О П Р О Ц Е С С О Р Микропроцессор - это процессор, выполненный в виде большой ин- тегральной схемы(БИС) и заключённый в герметический корпус.  В основе любой ПЭВМ(персональной ЭВМ) лежит  использование  мик- ропроцессоров. Микропроцессор является "мозгом" компьютера. Он осуществляет выполнение программ,  работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера.      Основными характеристиками микропроцессора являются быст- родействие и разрядность. Быстродействие - это число выполняе- мых операций в секунду. Разрядность характеризует объём инфор- мации,  который  микропроцессор обрабатывает за одну операцию: 8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8 бит  ин- формации, 32-разрядный - 32 бита.Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера.  В IBM  PC  используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм.                     СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА.                       ┌───────────────────┐                       │  Микропроцессор   │                       ├─────────┬─────────┤                       │         │         │      ┌────────────────┤     ┌───┴──┐      ├───────────────┐      │     А Л У      │     │  У У │      │   РЕГИСТРЫ    │      └────────────────┘     └──────┘      └───────────────┘       2А Л У  0- арифметическо-логическое устройство.  Оно обеспе- чивает выполнение основных операций по обработке информации.      Любую задачу компьютер разбивает на отдельные  логические операции,  производимые  над двоичными числами,  причем в одну секунду осуществляются сотни тысяч или миллионы  таких  опера- ций.  Сложение,  вычитание, умножение и деление - элементарные операции,  выполняемые А Л У ЭВМ.  Полный набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют ос- нову А Л У.  Помимо арифметического устройства АЛУ включает  и логическое устройство,  предназначенное для операций, при осу- ществлении которых отсутствует перенос из  разряда  в  разряд. Иногда  эти  операции  называют логическое И и логическое ИЛИ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах - специально отве- денных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших операций опре- деляется минимальным временем сложенния двух операндов,  нахо- дящихся  в регистрах.  В случае ,  если одно или оба слагаемых находятся не в регистра,  а в  запоминающем  устройстве  (ЗУ), учитывается также время пересылки слагаемых в регистры и время записи полученной суммы в ЗУ.  В большинстве современных  мик- ропроцессоров это время составляет от нескольких сотен наносе- кунд до нескольких микросекунд.       2У У 0 - устройство управления, управляет процессом обработ- ки и обеспечивает связь с внешними  устройствами.  РЕГИСТРЫ  - внутренние носители информации микропроцессора. Это внутренняя память процессора.  Регистров - три.  Один хранит команды  или инструкции,  два  других - данные.  В соответствии с командами процессор может производить сложение,  вычитание или сопостав- ление содержимого регистров данных.      Основной микропроцессор определяет быстродействие  компь- ютера.  Исходный  вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT используют микропроцессор Intel-8088. Модель IBM PC AT исполь- зует  более  мощный микропроцессор Intel-80286 и ее производи- тельность приблизительно в 5-6 раз больше,  чем у IBM  PC  XT. Модели  серии  PC/2  используют  более  мощный  микропроцессор Intel-80386.  Их производительность приблизительно в 3-4  раза больше,  чем у IBM PC AT, однако это увеличение производитель- ности существенно,  в основном,  для решения задач,  требующих большого об'ема вычислений.       2Характеристики микропроцессоров.   0Микропроцессоры отлича- ются  друг  от друга двумя характеристиками:  типом(моделью) и тактовой частотой.  Наиболее распространены модели Intel-8088, 80286, 80386SX, 80386(DX), 80486(SX, SX2, DX, DX2, DX4 и т.д.) и Pentium,  они приведены в порядке возрастания производитель- ности  и цены.  Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота,  тем выше производительность и цена микропроцессора.       2Тактовая частота  0указывает,  сколько элементарных  опера- ций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду.  Тактовая частота измеряется в мегагерцах(МГц).  Следует  заметить,  что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше  модель микропроцессора,  тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех  же  операций.  Поэтому  микропроцессор Intel-80386 работает в два раза быстрее Intel-80286 с такой же частотой.       2Сопроцессоры.  0Микропроцессоры 8088,  80286,  80386 сконс- труированы так,  что они позволяют использовать арифметические сопроцессоры 8087, 80287, 80387 фирмы "Intel"-соответственно.      Специализация сопроцессоров  состоит  в быстрой обработке чисел сплавающей запятой. Они могут выполнять как обычные опе- рации сложения,  вычетания,  умножения и деления,  так и более сложные  операции,  такие  как  вычисление  тригонометрических функций      Конструктивно заложенные в микропроцессор сигналы, позво- ляют передавать работу сопроцессору и затем получать результа- ты обработки.  Чтобы использовать арифметический  сопроцессор, находящийся в составе компьютера,  необходимы программы, кото- рые могут выдавать специальные коды,  необходимые для  запуска сопроцессора.                     2КОМАНДЫ ПРОЦЕССОРА.       21 0. 2АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ 0   -  это  такие  операции,  как сложение, вычитание, умножение, деление и другие.       22 0. 2ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ 0   -   это   такие   операции,   как сравнение,  отредактировать  и  отметить,   логическое   И   и логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее.       23 0. 2ОПЕРАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА 0 - это такие операции, как начать, остановить,  опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы и так далее.       24 0. 2ОПЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯ 0   - это такие операции, как проверить и установить,  загрузить реальные адреса  и  так далее.                                                                                               _ 2Г Л А В А 4                 М И К Р О П Р О Ц Е С С О Р.              О С Н О В Н О Й   А Л Г О Р И Т М              Р А Б О Т Ы   П Р О Ц Е С С О Р А.            2Микропроцессор 0 -   это   процессор,  выполненный  в  виде большой интегральной схемы(БИС) и заключённый в  герметический корпус.   В   основе   любой   ПЭВМ(персональной   ЭВМ)  лежит использование   микропроцессоров.   Микропроцессор    является "мозгом"  компьютера.  Он  осуществляет  выполнение  программ, работающих  на  компьютере,  и  управляет  работой   остальных устройств компьютера.           Основными характеристиками    микропроцессора    являются быстродействие  и  разрядность.  Быстродействие  -  это  число выполняемых  операций  в  секунду.  Разрядность  характеризует объём информации,  который микропроцессор обрабатывает за одну операцию:  8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8  бит информации,  32-разрядный - 32 бита.Скорость его работы во многом  определяет  быстродействие  компьютера.  В  IBM  PC используются микропроцессоры,  разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм.                          СТРУКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРА.                                 ┌───────────────────┐                       │  Микропроцессор   │                       ├─────────┬─────────┤                       │         │         │      ┌────────────────┤     ┌───┴──┐      ├───────────────┐      │     А Л У      │     │  У У │      │   РЕГИСТРЫ    │      └────────────────┘     └──────┘      └───────────────┘                 2А Л   У    0-   арифметическо-логическое   устройство.  Оно обеспечивает  выполнение  основных   операций   по   обработке информации.           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 А Л У  ЭВМ.  Полный  набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют основу А Л У. 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  сложенния  двух операндов,  находящихся в регистрах.  В случае , если одно или оба слагаемых  находятся  не  в  регистра,  а  в  запоминающем устройстве (ЗУ), учитывается также время пересылки слагаемых в регистры и время записи полученной суммы в ЗУ.  В  большинстве современных   микропроцессоров   это   время   составляет   от нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд.            2У У    0-   устройство   управления,   управляет  процессом обработки  и  обеспечивает  связь  с  внешними   устройствами. РЕГИСТРЫ - внутренние носители информации микропроцессора. Это внутренняя память процессора.  Регистров -  три.  Один  хранит команды или инструкции,  два других - данные. В соответствии с командами процессор может производить сложение,  вычитание или сопоставление содержимого регистров данных.           Основной микропроцессор     определяет     быстродействие компьютера. Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT используют микропроцессор  Intel-8088.  Модель  IBM  PC  AT использует   более  мощный  микропроцессор  Intel-80286  и  ее производительность приблизительно в 5-6 раз больше,  чем у IBM PC   XT.   Модели   серии   PC/2   используют   более   мощный микропроцессор     Intel-80386.     Их      производительность приблизительно в 3-4 раза больше,  чем у IBM PC AT, однако это увеличение производительности  существенно,  в  основном,  для решения задач, требующих большого об'ема вычислений.            2Характеристики микропроцессоров.           0Микропроцессоры отличаются    друг    от    друга    двумя   характеристиками: типом(моделью) и тактовой  частотой.  Наиболее  распространены модели Intel-8088,  80286,  80386SX, 80386(DX), 80486(SX, SX2, DX,  DX2,  DX4 и т.д.) и  Pentium,  они  приведены  в  порядке возрастания   производительности  и  цены.  Одинаковые  модели микропроцессоров могут иметь разную  тактовую  частоту  -  чем выше  тактовая  частота,  тем  выше  производительность и цена микропроцессора.            2Тактовая частота     0указывает,    сколько    элементарных операций(тактов)  микропроцессор  выполняет  в  одну  секунду. Тактовая   частота   измеряется   в  мегагерцах(МГц).  Следует заметить,  что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те  же  операции (например,  сложение или умножение) за разное число тактов.  Чем выше  модель  микропроцессора,  тем  меньше тактов  требуется  для  выполнения  одних  и  тех же операций. Поэтому микропроцессор Intel-80386 работает в два раза быстрее Intel-80286 с такой же частотой.            2Сопроцессоры.  0Микропроцессоры    8088,    80286,    80386 сконструированы    так,   что   они   позволяют   использовать арифметические   сопроцессоры   8087,   80287,   80387   фирмы "Intel"-соответственно.           Специализация сопроцессоров состоит в  быстрой  обработке чисел  сплавающей  запятой.  Они  могут  выполнять как обычные операции сложения, вычетания, умножения и деления, так и более сложные  операции,  такие  как  вычисление  тригонометрических функций           Конструктивно заложенные    в   микропроцессор   сигналы, позволяют передавать  работу  сопроцессору  и  затем  получать результаты   обработки.   Чтобы   использовать  арифметический сопроцессор,  находящийся  в  составе  компьютера,  необходимы программы,    которые   могут   выдавать   специальные   коды, необходимые для запуска сопроцессора.                          2Основной алгоритм работы процессора.           Процессор начинает  работу после того,  как программа за- писана в память ЭВМ,  а в Счетчик Команд записан адрес  первой команды программы.  Работу  процессора можно описать следующим циклом:            _ 2НЦ      │ чтение команды из памяти по адресу, записанному в СК      │ увеличение СК на длину прочитанной команды      │ выполнение прочитанной команды       _ 2КЦ           Обратите внимание,  что после  чтения  очередной  команды процессор увеличивает СК на длину команды. Поэтому при следую- щем выполнении тела цикла процессор прочтет и выполнит следую- щую команду программы, потом еще одну и т. д. Цикл закончится, когда встретится и будет выполнена специальная команда "стоп". В  итоге ЭВМ автоматически,  без участия человека,  команда за командой выполнит  2всю команду 0 целиком.          Автоматизм работы   процессора,   возможность  выполнения длинных последовательностей команд без участия человека - одна из основных отличительных осбенностей ЭВМ как универсальной машины обработки информации.