Программная модель ЭВМ. Основной командный цикл процессора. Понятие системы команд.

Адресация. Данные в ЭВМ: структура и форматы представления.

Адресация на примере процессора 8086.

Числа, устанавливаемые процессором на адресной шине, являются адресами, т.е. номерами ячеек оперативной памяти, из которых необходимо считывать очередную команду или данные. Размер ячейки оперативной памяти составляет 8 разрядов, т.е. 1 байт. Поскольку процессор использует 16-разрядные адресные регистры, то это обеспечивает ему доступ к 65536 (FFFFh) байт или 64К (1K=1024 байт) основной памяти. Такой блок непосредственно адресуемой памяти называется сегментом. Любой адрес формируется из адреса сегмента (всегда кратен 16) и адреса ячейки внутри сегмента (этот адрес называют смещением). На компьютерах, оснащенных процессором 8086, оперативная память обычно имеет размер, равный 640К. Для того чтобы работать с памятью такого размера, процессор осуществляет пересчет адресов с помощью процедуры, называемой вычислением эффективного адреса (рис.2.3).

Физический 20-разрядный адрес вычисляется сложением сдвинутого влево на 4 разряда 16-разрядного адреса сегмента оперативной памяти со значением 16-разрядного смещения относительно начала этого сегмента. Используя 20-разрядные адреса, можно адресовать 1М оперативной памяти ( 1M=1024K=1048576 байт). В программе на ассемблере полный адрес записывается в виде SSSS:0000, гдe SSSS значение сегмента; 0000 – значение смещения. Участок оперативной памяти размером 16 байт называется параграфом.

Данные в ЭВМ – подразделяются на числовые и нечисловые.

Числовые данные:

Целые типы – для представления целых чисел.

Вещественные типы – для представления рациональных чисел. Бывают:

а) с фиксированной точкой;

б) с плавающей точкой.

Нечисловые данные:

Логические данные – принимающие значение истина или ложь.

Строковые данные.

Множества.

Произвольные данные (текст, звук, графика).

Организация ввода-вывода, классификация внешних устройств.

Организация ввода-вывода в современных ЭВМ осуществлена с использованием прерываний. Это связано с тем, что УВВ работают намного медленнее, чем процессор и оперативная память. Поэтому управляющее устройство должно приостанавливать выполнение программы и ждать завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. При выводе все результаты выполненной программы должны быть выведены на ВУ, после чего процессор переходит к ожиданию сигналов от ВУ. При вводе, например, с клавиатуры получение значений нажатых клавиш осуществляется при поступлении прерывания от клавиатуры.

Системные особенности архитектур ЭВМ. Примеры эволюции современных ВК – IBM 370, PDP11/VAX, Intel 80X86, RISC.

Системные особенности архитектур ЭВМ заключаются в отличиях аппаратных средств, на которых реализована машина.

Единая система электронных вычислительных машин (ЕС ЭВМ, аналог IBM 370) представляет собой семейство программно-совместимых машин третьего поколения. Каждая и машин семейства состоит из :

- процессора;

- оперативной памяти;

- каналов устройств, обеспечивающих операции обмена данными между памятью и внешними устройствами независимо от процессора;

- набора внешних устройств ввода-вывода, выполняющих обмен информацией между внешними носителями и каналами.

Для ЕС ЭВМ характерно наличие каналов - специализированных процессоров, позволяющих освободить процессор от выполнения операций ввода-вывода и тем самым повысить скорость обмена с внешними устройствами. В машинах семейства ЕС с помощью каналов обеспечивается параллельная работа процессора и внешних устройств, а также параллельное выполнение операций ввода-вывода с несколькими внешними устройствами.

В основу построения ЕС ЭВМ положен принцип модульности, позволяющий по желаланию пользователя наращивать вычислительную мощность (заменять процессоры), расширять емкость оперативной памяти, добавлять внешние устройства.

Машины имеют большие наборы команд, развитое системное программное обеспечение, включающее трансляторы языков программирования Ассемблер, ФОРТРАН, ПЛ/1, КОБОЛ, АЛГОЛ, ПАСКАЛЬ, операционные системы с различными функциональными возможностями.

Основная особенность управляющих вычислительных машин типа PDP-11 заключается в том, что взаимодействие между всеми устройствами, входящими в состав комплексов , включая процессор , и оперативным запоминающим устройством ( ОЗУ ) осуществляется при помощи единого унифицированного интерфейса, получившего название "Oбщая шина" ( ОШ ). Oбщая шина является каналом, через который передаются адреса, данные, управляющие сигналы на все устройства комплекса, включая процессор и память. Физически ОШ представляет собой высокочастотную магистраль передачи данных, состоящую из 56 линий.

Процессор использует установленный набор сигналов для связи с памятью и для связи с внешними устройствами, благодаря чему в системе отсутствуют специальные команды ввода-вывода.

Все устройства комплекса подключаются в ОШ по единому принципу. Некоторым регистрам процессора, регистрам внешних устройств, которые являются источниками или приемниками при передачи информации, на ОШ отводятся адреса. В программах адреса регистров устройств рассматриваются как адреса ячеек памяти, что позволяет обращаться к ним с помощью адресных инструкций. Так, программирование операций вывода данных на внешнее устройство практически сводится к пересылке этих данных по определенному адресу.

VAX – 11 – более развитая машина, чем PDP-11. Это 32-битовая машина с адресным пространством свыше 4Г. Она по архитектуре похожа на PDP-11, но имеет 2 шинных адаптера – адаптер общей шины и адаптер массовой шины. Все совместимые с общей шиной периферийные устройства могут быть подключены к ней, тогда как высокоскоростные устройства могут быть подключены к массовой шине через собственные контроллеры. VAX – сокр. от английских слов “виртуальное адресное расширение”, т.е. машина имеет виртуальную память и многозадачность.

Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из трех частей : - системного блока;

- клавиатуры;

- дисплея.

Системный блок содержит все основные узлы компьютера :

- электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.д.);

- блок питания;

- накопители для гибких магнитных дисков;

- накопитель на жестком магнитном диске.

К системному блоку можно подключить ряд дополнительных устройств ввода - вывода. Кроме клавиатуры и монитора такими устройствами являются:

- принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;

- мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер;

- стример - для хранения данных на магнитной ленте;