Микропрограммное (firmware) управление

Рассмотрим регистровую модель ЭВМ и представим алгоритмы выполнения некоторых команд. Для реальных ЭВМ существует программа Turbo Debugger (TD), которая отображает на экран содержимое некоторых составных частей ЭВМ. Ниже приведено изображение регистровой модели, на которой эллипсами выделены компоненты CPU, функционирование которых можно наблюдать с помощью программы TD.

··· исходные данные y5

Y8(Пуск)

y7

Результат

P_ALU y3

Регистровый файл y RAM

_{Ч/З Ч/З}

I Пуск

SP

AL

AH

y6

S

10000

D

Y4 P_RAM

RA

		Адрес сегмента

y10

КОП

А2

СА

А1

СА

IP

		ES, CS, DS, SS
	RI

y1

P_ALU P_RAM

МПА

y0 y2

y1

Е

S R

ТП

^пуск

Рис. 3. Регистровая модель ЭВМ.

Перед пуском ЭВМ необходимо задать начальный адрес выполняемой программы в регистре IP. Программа, состоящая из последовательности инструкций I, размещена в RAM. После нажатия клавиши пуск команды программы поочередно извлекаются из оперативной памяти на регистр инструкций RI для анализа и интерпретации. Адрес очередной извлекаемой команды задан в регистре IP. Содержимое регистра IP после выборки команды из памяти наращивается на величину К с помощью сигнала y2. Величина К равна размеру выбранной команды, заданному количеством байтов.

Нет

Рис.14

Да Т_П – триггер пуска

Да

Нет

JMP JS ADD Арифм. опер.

HLT Нет Нет Нет Нет

···

Да

Y10

IP = RA

Y9

ТП = 0

Да Да Да

Выборка из RAM операндов, загрузка их и кода операции в ALU, пуск ALU

Нет

^Нет

_Да Да

Нет

Рис. 4. Алгоритм функционирования ЭВМ. Да

В упрощенном алгоритме функционирования ЭВМ можно выделить четыре циклически повторяющихся этапа. На первом этапе проверяется условие нажатия клавиши пуска ЭВМ. Если триггер пуска установлен в единичное состояние, то проверяется наличие запросов прерывания, поступающих на вход ЭВМ INTR. При наличии запроса на прерывание осуществляется переход к выполнению специальной программы обработки прерывания, после завершения которой выполняется второй этап, заключающийся в выборке очередной команды на регистр RI. На следующем третьем этапе анализируется способ адресации (СА) операндов, заданных в команде, формируются исполнительные адреса (ИА) операндов, передаваемые на регистр RA. На четвертом этапе анализируется код операции (КОП), заданный в команде. В зависимости от кода операции с помощью микропрограммного автомата (МПА) вырабатывается соответствующая последовательность сигналов, управляющих функционированием компонентов процессора для интерпретации операции (КОП), заданной в команде. Если в текущей команде задана арифметическая операция, то код операции передается в ALU, осуществляется выборка операндов из RAM, загрузка их в ALU и пуск ALU. После завершения интерпретации команды осуществляется либо останов, либо переход к выполнению первого этапа.

Данная модель функционирования ЭВМ позволяет понять правила бесконвейерной обработки команд, когда обрабатывается только одна команда от начала до завершения.

Программное обеспечение ЭВМ

Программное обеспечение Software(ПО) – это набор программ, обеспечивающих функциональную жизнеспособность ЭВМ. ПО делится на 2 класса.

I. Системное ПО служит для разработки программных продуктов и предоставления услуг пользователю.

Системное ПО

	ОС				Техническое обслуживание

Операционная система (ОС) предназначена для управления ресурсами ЭВМ, для организации работы аппаратуры и обеспечения взаимодействия с пользователем.

Сервисная система предоставляет дополнительные услуги (оболочки, утилиты).

Инструментальные средства – это интегрированные среды для разработки ПО.

Техническое обслуживание – средства для поиска неисправностей и сбора статистики.

II. Прикладное ПО создается для решения целевых задач.

При разработке прикладного ПО используются различные алгоритмические языки. Знание языка ассемблера позволяет уяснить особенности организации и функционирования ЭВМ. Поэтому предполагается приобретение навыков разработки программ на языке ассемблера.

Представление информации

При решении задач на ЭВМ можно выделить шесть этапов.

1. Разработка математической модели решаемой задачи.

2. Разработка методики решения и определение ограничений на решаемую задачу.

3. Разработка алгоритма и запись его на некотором языке.

4. Проектирование для созданного алгоритма программы, представляемой на языке программирования.

5. Тестирование и отладка программы.

6. Решение задачи на ЭВМ.

После создания исходного описания программы его необходимо преобразовать в двоичные коды, осуществить загрузку кодов в основную память ЭВМ и запустить процесс выполнения программы. Использование двоичных кодов необходимо для представления следующих объектов: машинных команд (инструкций), задающих действия процессору, числовых типов данных, логических типов данных, символьных (текстовых) типов данных (алфавитно-цифровых).