Вопросы по «ЭВМ и вычислительные системы» (стр. 4 )

для организации однотипных операций над элементами массива. Применяется в мини и ПЭВМ, является сочетанием косвенной и индексной адресации, содержание РегП увеличивается/уменьшается до и после выполнения операции с О на постоянную величину. При небольших аппаратных затратах этот способ высоко эффективен при обработке массивов.

Стековая адресация.  Стек реализуется аппаратно или программно. При первом способе реализации стека он представляет собой группу последовательных регистров или ячеек памяти. Для чтения и записи доступен один регистр – вершина стека. Стек реализует правило: «последний пришел, первый обслуживается». Практическая реализация производится на основе обычной памяти с использованием указателя стека и автоиндексной адресации. Записи в стек производятся с увеличением индекса на единицу, а считывание с уменьшением. В отладочном устройстве «Электроника - 580» - наоборот, используется перевернутый стек.

Состав и основные функции ЦП

П – совокупность УУ, АЛУ и связанных с ними триггеров и регистров. Он организует процесс обработки информации путем выборки и последующего выполнения команд программы, находящейся в памяти ЭВМ. Различают следующие виды процессоров:

центральный; специальный; ввода - вывода; передачи данных; коммуникационный.

Основные функции ЦП:

дешифрирование кода и выполнение команд; инициализация и контроль работы процессов ВВ; прием и обработка сигналов прерывания.

Структурная схема ЦП.

Фон неймановская модель ЭВМ. Благодаря её простоте и большой гибкости при управлении вычислительным процессом самых первых образцов ЭВМ она является доминирующей. В последние годы, стремясь достигнуть существенного повышения производительности ЭВМ, конструкторы, в ряде случаев, отходят от этой модели. Возможности построения ЭВМ с отдельными модулями памяти и шинами передачи и хранения команд и данных, допускающие параллельные во времени извлечение их из памяти и передачу по шинам привела к построению новой модели. Такая модель получила название гарвардской, т. к. впервые реализована в гарвардском университете, в 1944 г., на релейной вычислительной машине. Основные функциональные блоки:

АЛУ. Предназначено для выполнения арифметических и логических операций над операндами, поступающими из ОЗУ или РОН, под действием управляющих сигналов ЦУУ. Имеет в своем составе несколько регистров, предназначенных для хранения операндов в процессе выполнения вычислительных операций и функционирования схемы, для выполнения преобразований операндов при передаче их из одного регистра в другой. УУ. Предназначено для формирования распределенных во времени и пространстве последовательности управляющих сигналов. Обеспечивает выборку очередной команды из памяти, дешифрирования кода команды, формирования адресов операндов, выборку их из памяти, передачу операндов в АЛУ (где выполняется операция соответствующая коду операции), передачу полученного в АЛУ результата операции в память или аккумулятор, инициализацию операций ВВ, организацию реакции П на запросы прерывания. Блок управляющих регистров. Предназначен для временного хранения управляющей информации. Он содержит счетчики, регистры и управляющие триггеры, участвующие в управлении вычислительным процессом. РОН. Местная память, предназначенная, для хранения результатов операций из АЛУ и повышения быстродействия и логических возможностей П. Регистры этого блока указываются в командах программы путем укороченной регистровой адресации, и служит для хранения операндов в качестве аккумуляторов (регистров результатов операции), базовых и индексных регистров, указателя стека, вершины стека и т. д. Эта память выполняется главным образом в виде быстродействующих полупроводниковых ЗУ. Блок связи с ОП или интерфейс П. Организует обмен информации ЦП с ОЗУ, каналами, ПУ и внешними устройствами по отношению к ЭВМ (другие ЭВМ, приборы контролирующие ТП). Блок прерываний. Обеспечивает реакцию ЦП на запросы прерывания, поступающих от внешних источников. Прерывание – основной элемент реализации мультипрограммной работы. Прерывание программы – способность ЭВМ, при возникновении определенной ситуации, прервать выполнение текущей программы, запомнить её состояние и передать управление программе реализующей реакцию ЭВМ на конкретное прерывание. Блок контроля и диагностики. Обнаруживает сбои и отказы в функционировании аппаратуры ЭВМ. Блок защиты памяти. Предотвращает несанкционированный доступ к программам и данным, памяти.

Процессор – является устройством, которое непосредственно осуществляет процесс обработки данных и программное управление этим процессом. ЦП дешифрирует и выполняет команды программы, организует обращение к ОЗУ, в необходимых случаях инициирует работу ПУ, воспринимает и обрабатывает запросы на прерывание, поступающие от различных устройств ЭВМ и внешней среды.

Запросы на прерывание. Выполнение команды может быть разделено на мелкие этапы – микрооперации – во время которых выполняются определенные элементарные действия. Конкретный состав микроопераций и последовательность их выполнения определяется системой команд, логической структурой и особенностями конкретной ЭВМ. Для определения временных соотношений между различными операциями или их этапами используется понятие машинный такт. Границы тактов задаются синхросигналами, которые вырабатываются специальной схемой – генератором синхросигналов. В соответствии с этим  устанавливается следующая реализация алгоритмов в процессоре:

Программа – команда – микрооперация. Все возможные преобразования дискретной информации могут быть сведены к видам:

передача информации в пространстве (из одного блока в другой); передача информации во времени (хранение); логические; арифметические.

Т. к. ЭВМ является универсальным преобразователем цифровой информации, то она выполняет все эти виды преобразований. Программа – представляет собой алгоритм обработки информации, записанной виде интегрированной последовательности команд, которые должны быть выполнены ЭВМ для формирования результатов реализации алгоритма. Команда – код, определяющий операцию и данные в ней участвующие. В ней содержатся не сами операнды, а информация об адресах в памяти. Команда состоит из операционной и адресной части. Структура команды  определяется составом, назначением и расположением полей в команде. Форматом команды называют её структуру с разметкой номеров разрядов, определяющих границы отдельных полей команды.

Центральное устройство управления

Предназначено для автоматического выполнения программ путем выработки управляющих сигналов, необходимых для выполнения всех команд, координирующих работу узлов и блоков ЭВМ. В соответствии с принципом программного управления ЦУУ формирует управляющие сигналы для реализации следующих функций:

выборка из ОЗУ кода очередной команды; расшифровка кода операции и признаков команды; формирование исполнительного адреса; выборка операндов; выполнение машинной операции; анализ запросов на прерывание исполняемой программы; формирование адреса следующей команды; запись результатов в ОЗУ.

Для этого ЦУУ содержит:

регистр команд; блок адреса команды; блок управления операциями прерываний; блок тактовых импульсов.

Устройства управления классифицируются следующим образом:

микропрограммные; аппаратные; смешанные.

В микропрограммных УУ каждому управляющему сигналу соответствует определенное слово, хранимое в специальной памяти ПЗУ, называемое микрокомандой. Совокупность микрокоманд образует микропрограммы и соответствующие последовательности управляющих сигналов для выполнения некоторых операций. Управление осуществляется путем чтения из микропрограммной памяти микрокоманд и их преобразование в сигналы по управляющим цепям. Изменение набора команд, выполняемых П сводится к замене содержимого памяти микропрограмм и не требует изменения состава аппаратных средств, что является достоинством устройства. Недостаток: частое обращение к ПЗУ, следовательно большое время выполнения.

В аппаратных УУ управляющие сигналы формируются специальными аппаратными средствами (электронными схемами) и изменение ранее заложенной структуры последовательностей соответствующих сигналов без изменения в аппаратных средствах невозможно, что является главным недостатком. Достоинство: нет обращений к памяти.

УУ смешанного типа. Здесь управляющие сигналы осуществляются частью по микропрограммному, а частью по аппаратному способам.

По способу построения рабочего цикла выделяют УУ:

с прямым циклом (в два этапа: выборка команды и её выполнение); с обратным циклом (выполнение команды предыдущего цикла и выборка следующей команды); с совмещенным циклом (используются многокомандные процедуры, совмещающие оба способа).

По способу выработки управляющих сигналов определяют УУ:

централизованные (вырабатывает всю последовательность сигналов для всех команд); смешанные (применяются в программах с собственными узлами управления);

ЦУУ вырабатывает основные сигналы, а затем передает управление местному узлу управления, само при этом приостанавливает работу. Применяется для выполнения длинных операций.

По способу синхронизации выделяют УУ:

с постоянным числом тактов; с переменным числом тактов.
Арифметико­логическое устройство

Выполняет арифметические и логические операции над двоичными кодами команд и данных, поступающих в него. Единственное устройство, которое преобразует информацию, все остальные передают или хранят её.

Состав АЛУ:

регистр для хранения кодов операций; сдвигатели на единицу или на несколько разрядов; преобразователи кода; сумматоры (накапливающего и комбинационного типа, последовательные и параллельные); схема управления.

Типы АЛУ:

по системам счисления: с двоичной и десятичной арифметикой; по формам представления числовых данных: естественной и нормальной формы; по виду связей между узлами: с непосредственными связями (рис. 1) и с магистральной структурой (рис. 2);

по типу использования элементов и узлов: блочные (для каждого вида представляемых чисел свой блок) и многофункциональные (для мини и средних ЭВМ