35 Архитектура с выделенным доступом к памяти.

В этой архитектуре обращение к оперативной памяти возможно только с помощью двух специальных команд Load и Store. Команда Load A, R обеспечивает считывание из оперативной памяти и запись в регистр процессора. В команде указывается адрес ячейки A и адрес (номер) регистра R. Команда Store A, R используется для записи в память содержимого указанного в команде регистра. В архитектуре отсутствуют команды обработки, допускающие прямое обращение к оперативной памяти. В системе команд данной архитектуры допускается ограниченное число команд, в которых операнд является частью кода команды.

На рис. 2.12 схематически показана аппаратная часть архитектуры с выделенным доступом к памяти. АСК архитектура с выделенным доступом к памяти характерна для всех RISC-компьютеров.

37 Микропрограммирование 

Микропрограммирование - способ задания и изменения системы команд процессора, при котором каждая машинная команда задается микропрограммой. Микропрограммированию поддаются процессоры с микропрограммным способом управления, при котором каждая машинная команда, при вводе ее в регистр команд, определяет выполнение соответствующей микропрограммы - последовательности микрокоманд, в совокупности реализующей выполнение команды. Микропрограммы выполнения всех машинных команд хранятся в сверхбыстродействующей (обладающей более высоким быстродействием, нежели оперативная память компьютера) микропрограммной памяти процессора. Это создает возможность модификации системы команд посредством простого изменения содержимого микропрограммной памяти.

Микропрограммирование – это процесс создания микропрограмм. Программирование алгоритмов выполнения процессором машинных команд.

Микрооперация - это элементарное машинное действие, в результате которого изменяется значение слова или осуществляется его пересылка.

43 Способ указания адреса

BRZ adr – переход к команде, хранящейся по адресу adr, если результат предыдущей арифметической операции = 0. Иначе естественный порядок выполнения команд не нарушается.

Способ указания адреса, когда адрес операнда хранится в какой-то ячейке памяти, а в команде указывается адрес ячейки, содержащей адрес операнда называется косвенной адресацией. Чтобы прочитать или записать операнд, сначала нужно извлечь из памяти его адрес и только после этого произвести нужное действие (чтение или запись операнда), иными словами, требуется выполнить два обращения к памяти. Это, естественно, отражается и на цикле команды, в котором появляется косвенная адресация. Этап косвенной адресации можно отнести к этапу вычисления адресов операндов, поскольку его сущность сводится к определению исполнительного адреса операнда.

Иными словами, содержимое адресного поля команды в регистре команд используется для обращения к ячейке ОП, в которой хранится адрес операнда, после чего извлеченный из памяти исполнительный адрес операнда помещается в адресное поле регистра команды па место косвенного адреса. Дальнейшее выполнение команды протекает стандартным образом.

 38. Основные средства языка микропрограммирования.

Основным элементом данных, с которым оперирует микропрограмма, является слово. Описание слова состоит из названия и разрядного указателя. Идентификатором может быть произвольная последовательность букв и цифр, начинающаяся с буквы. Разрядный указатель состоит из номеров старшего и младшего разрядов слова. Так, описание слова, представляющего 32-разряный адрес Аисп = а31а30…a30 записывается Аисп (31-0).

Описание шины состоит из идентификатора и разрядного указателя. Например, описание 32-разрядной шины адреса имеет вид ША(31-0).

Описание регистра команды выглядит следующим образа РК(31-0. Вместо номеров разрядов в разрядном указателе можно записывать наименование поля слова. Тогда два первых поля регистра команды могут быть представлены так: РК(КОП), РК(СА).

В самом общем виде описание памяти емкостью 1000 16-разрядных слов имеет вид ПАМ[000:999](15-0). Здесь ПАМ — стандартное название памяти.

Под микрооперацией понимается элементарная функциональная операция, выполняемая над словами под воздействием одного сигнала управления, который вырабатывается устройством управления ВМ. В зависимости от количества преобразуемых слов (операндов) различают одноместные, двухместные и трехместные микрооперации.  

Описание микрооперации складывается из двух частей, разделяемых двоеточием

МЕТКА: МИКРООПЕРАТОР.

Метка — это обозначение сигнала управления, вызывающего выполнение микрооперации.

Микрооператор определяет содержимое производимого элементарного действия (микрооперации).

41 Этапы выполнения команды

Этап выборки команды

Цикл любой команды начинается с того, что центральный процессор извлекает команду из памяти, используя адрес, хранящийся в счетчике команд (СК). Двоичный код команды помещается в регистр команды (РК) и с этого момента становится «видимым» для процессора. Это можно описать следующим образом: РК := ОП[(СК)].

Этап формирования адреса след команды

Для фон-неймановских машин характерно размещение соседних команд программы в смежных ячейках памяти. Если извлеченная команда не нарушает естественного порядка выполнения программы, для вычисления адреса следующей выполняемой команды достаточно увеличить содержимое счетчика команд на длину текущей команды. Для однословной команды это описывается микрооперацией: +1СК := СК + 1.

Если извлеченная команда способна изменить последовательность выполнения программы, процесс формирования адреса след команды переносится на этап исполнения операции.

Этап декодирования команды.

В результате декодирования выясняются следующие моменты:

- находится ли в РК полный код команды или требуется дозагрузка остальных слов команды;

- какие последующие действия нужны для выполнения данной команды;

- если команда использует операнды, то откуда они должны быть взяты (номер регистра или адрес ячейки основной памяти);

- если команда формирует результат, то куда этот результат должен быть направлен.

Ответы на два первых вопроса дает расшифровка кода операции, результатом которой может быть унитарный код, где каждый разряд соответствует одной из команд, что можно описать в виде УнитК := decod(Коп).

42 Адресные команды

LDA adr – загрузка в аккумулятор содержимого  ячейки с адресом adr

ADD adr – сложение содержимого аккумулятора с содержимым ячейки с адресом adr

39 Микрооперации

1. микрооперация установки, она предназначена для задания начального значения слову, части слова, отдельному разряду.

2. микрооперация передачи, особенностью этой микрооперации является то, что и правая часть есть слово. Данная микрооперация обеспечивает замену значения левого слова на значение правого слова.

3. микрооперация инверсии, особенностью этой микрооперации является то, что в обеих частях используется одно и тоже слово.

4.группа микроопераций, включающая в себя конъюнкцию и дизъюнкцию. Данные микрооперации требуют одинаковой длины всех слов, задействованных в микрооперациях.

5.микрооперация составления, она предназначена для формирования так называемого составного слова на основе других слов, их фрагментов и констант.

6. микроопераций счета, они описывают работу счетчиков прямого и обратного счета.

7. микрооперации сдвигов. Особенностью этих микроопераций является то, что в обеих частях используется одно и тоже слово.

8. микрооперация сравнения. В отличие от всех предыдущих микроопераций она имеет два вида результата.

9. группа микроопераций сложения (сложения, вычитания и циклического сложения). Микрооперации данной группы предназначены для описания работы сумматора при сложении, вычитании и циклическом сложении.

10. группа комбинированных микрооперации. В правой части таких микроопераций разрешается иметь две, три обычные микрооперации.

40 Цикл команды

Программа в фон-неймановской ЭВМ реализуется центральным процессором (ЦП) посредством последовательного исполнения образующих эту программу команд. Действия, требуемые для выборки (извлечения из основной памяти) и выполнения команды, называют циклом команды. В общем случае цикл команды вкл в себя неск-ко этапов:

- выборку команды;

- формирование адреса следующей команды;

- декодирование команды;  

- вычисление адресов операндов;

- выборку операндов; - исполнение операции;

- запись результата.

Перечисленные этапы выполнения команды в дальнейшем будем называть стандартным циклом команды. Отметим, что не все из этапов присутствуют при  выполнении любой команды (зависит от типа команды), тем не менее этапы выборки, декодирования, формирования адреса следующей команды и исполнения имеют место всегда. В определенных ситуациях возможны еще два этапа: косвенная адресация; реакция на прерывание.

44 Прерывание

Процедуру прерывания можно описать след образом: объект, требующий внеочередного обслуживания, выставляет на соответствующем входе ЦП сигнал запроса прерывания. Перед переходом к очередному циклу команды процессор проверяет этот вход на наличие запроса. Обнаружив запрос, ЦП запоминает информацию, необходимую для продолжения нормальной работы. После возврата из прерывания, и переходит к выполнению программы обработки прерывания (обработчика прерывания). По завершении обработки прерывания ЦП восстанавливает состояние прерванного процесса, используя запомненную информацию, и продолжает вычисления. В терминах цикла команды сказанное выглядит так. Для учета прерываний к циклу команды добавляется этап прерывания, в ходе которою процессор проверяет, не поступил ли запрос прерывания. Если запроса нет, ЦП переходит к этапу выборки следующей команды программы. При наличии запроса процессор:

1. Приостанавливает выполнение текущей программы и запоминает содержимое всех регистров, которые будут использоваться программой обработки прерывания. Это называется сохранением контекста программы. В первую очередь необходимо сохранить содержимое счетчика команд, аккумулятора и регистра признаков. Контекст программы обычно сохраняемся в стеке.

2. Заносит в счетчик команд начальный адрес программы обработки прерывания.

45 Свойства алгоритмва

Различные определения алгоритма в явной или неявной форме содержат следующий ряд общих требований:

Дискретность — алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение некоторых простых шагов. При этом для выполнения каждого шага алгоритма требуется конечный отрезок времени, то есть преобразование исходных данных в результат осуществляется во времени дискретно.

Детерминированность — определённость. В каждый момент времени следующий шаг работы однозначно определяется состоянием системы. Таким образом, алгоритм выдаёт один и тот же результат (ответ) для одних и тех же исходных данных. В современной трактовке у разных реализаций одного и того же алгоритма должен быть изоморфный граф. С другой стороны, существуют вероятностные алгоритмы, в которых следующий шаг работы зависит от текущего состояния системы и генерируемого случайного числа. Однако при включении метода генерации случайных чисел в список «исходных данных», вероятностный алгоритм становится подвидом обычного.

Понятность — алгоритм для исполнителя должен включать только те команды, которые ему (исполнителю) доступны, которые входят в его систему команд.

Завершаемость (конечность) — при корректно заданных исходных данных алгоритм должен завершать работу и выдавать результат за конечное число шагов. С другой стороны, вероятностный алгоритм может и никогда не выдать результат, но вероятность этого равна 0.

Массовость — алгоритм должен быть применим к разным наборам исходных данных.

Результативность — завершение алгоритма определёнными результатами.

50 Типы шин

Шина «процессор-память» обеспечивает непосредственную связь между центральным процессором (ЦП) вычислительной машины и основной памятью (ОП). В современных микропроцессорах такую шину часто называют шиной переднего. Интенсивный трафик между процессором и памятью требует, чтобы полоса пропускания шины, была наибольшей. Роль этой шины иногда выполняет системная шина.

Шина ввода/вывода служит для соединения процессора (памяти) с устройствами ввода/вывода (УВВ). Учитывая разнообразие таких устройств, шины ввода/вывода унифицируются и стандартизируются. Связи с большинством УВВ (но не с видеосистемами) не требуют от шины высокой пропускной способности.

Системная шина служит для физического и логического объединения всех устройств ВМ. Поскольку основные устройства машины, как правило, размещаются на общей монтажной плате, системную шину часто называют объединительной шиной (backplane bus), хотя эти термины нельзя считать строго эквивалентными. Системная шина в состоянии содержать несколько сотен линий. Совокупность линий шины можно подразделить на три функциональные группы: шину данных, шину адреса и шину управления

48 Характеристика шины

Чтобы охарактеризовать конкретную шину, нужно описать:

1.  совокупность сигнальных линий;
2.  физические, механические характеристики и электрические характеристики шины
3.  используемые сигналы арбитража, состояния, управления и синхронизации;
4.  правила взаимодействия подключенных к шине устройств (протокол шины).

Важным критерием, определяющим характеристики шины, может служить ее целевое назначение. По этому критерию можно выделить:

1.  шины «процессор-память»;
2.  шины ввода/вывода;
3.  системные шины.

51 Вычислительная машина с одной шиной

имеется одна системная шина, обеспечивающая обмен информацией между процессором и памятью, а также между УВВ, с одной стороны, и процессором либо памятью — с другой. Однако одношинная организация не в состоянии обеспечить высокие интенсивность и скорость транзакций, причем «узким местом» становится именно шина.

Вычислительная машина с двумя видами шин

Хотя контроллеры УВВ могут быть подсоединены непосредственно к системной шине, больший эффект достигается применением одной или нескольких шин ввода/вывода. УВВ подключаются к шинам ввода/вывода, которые берут на себя основной трафик, не связанный с выходом на процессор или память. Адаптеры шин обеспечивают буферизацию данных при их пересылке между системной шиной и контроллерами УВВ. Это позволяет ВМ поддерживать работу множества устройств ввода/вывода и одновременно «развязать» обмен информацией по тракту процессор-память и обмен информацией с УВВ. Подобная схема существенно снижает нагрузку на скоростную шину «процессор-память» и способствует повышению общей производительности ВМ.

Вычислительная машина с тремя видами шин

Для подключения быстродействующих периферийных устройств в систему шин может быть добавлена высокоскоростная шина расширения. Шины ввода/вывода подключаются к шине расширения, а уже с нее через адаптер к шине «процессор-память». Схема еще более снижает нагрузку на шину «процессор-память». Такую организацию шин называют архитектурой с «пристройкой».

49 Транзакции (операции) на шине

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). 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. 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. Сигнал, направленный одним устройством, доступен всем остальным устройствам, подключенным к шине.