Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Фон-Неймановская вычислительная машина по своей структуре соответствует принципу программного управления. Связь и взаимодействие с периферийными устройствами обеспечивают порты ввода-вывода. Порт - это аппаратура сопряжения периферийного устройства с ЭВМ и управления им. Введенная информация сначала запоминается в основной памяти, а затем передается во внешнюю память для длительного хранения. Доступ к ячейкам основной памяти может производится в произвольной последовательности.
Процессор состоит из двух составных устройств - АЛУ и УУ (устройства управления). Кроме того, в состав процессора входит набор регистров, предназначенных для временного хранения информации в процессе ее обработки. АЛУ обеспечивает обработку данных. Помимо результата операции, АЛУ формирует признаки результата (знак результата, равенство нулю, перенос, переполнение). Признаки используются устройством управления с целью принятия решения о дальнейшей последовательности выполнения команд программы. Устройство управления организует автоматическое выполнение программ и обеспечивает функционирование ЭВМ как единой системы. Основной функцией устройства управления является формирование управляющих сигналов, отвечающих за извлечение команд из памяти в порядке, определяемом программой и последующее выполнение этих команд. Устройство управления так же формирует сигналы управления для синхронизации и координации внутренних и внешних устройств ЭВМ.
Структура Фон-Неймановской вычислительной машины называется структурой с непосредственными связями.
Структура вычислительной машины на основе шины
Системная шина - основная интерфейсная часть микросистемы ЭВМ, сопряжение и связь всех ее устройств между собой. Структура на основе общей шины применяется в мини- и микро-ЭВМ. Наличие общей шины упрощает реализацию вычислительной машины и позволяет менять ее состав и конфигурацию. Основную нагрузку на шину создают обмены между процессором и памятью. Системная шина включает три группы шин: ША (шина адреса), ШД (шина данных), ШУ (шина управления).
Шина адреса является однонаправленной шиной, она предназначена для передачи адреса ячейки памяти или устройства ввода-вывода. Направление передачи по шине адреса: от микропроцессора к внешним устройствам. адреса и данные передаются по системной шине в параллельном коде. Шина адреса и данных выполняется в виде совокупности линий
Шина данных является двунаправленной шиной, предназначенной для передачи данных между блоками микропроцессорной системы. Шина адреса изображается в виде совокупности линий, каждая из которых используется для передачи адреса ячейки памяти или устройства ввода-вывода. Шина адреса данных обычно объединяется в единую, мультиплексированную шину. Мультиплексированная шина адреса данных функционирует в режиме разделения времени. То есть цикл шины разбит на временные интервалы для передачи адреса и временные интервалы для передачи данных.
Шина управления предназначена для передачи управляющих сигналов и обозначается эта шина как однонаправленная. Количество линий в шине управления определяется числом управляющих сигналов, используемых в микро-ЭВМ. Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо через специальную интегральную микросхему, называемую контроллером шины. Подключение внешних устройств к системной шине осуществляется с помощью специализированных контроллеров или адаптеров. Через контроллер или адаптер процессор обменивается информацией с периферийным устройством, а так же опрашивает состояние периферийного устройства и управляет его работой. С помощью контроллеров и адаптеров производится согласование алгоритмов функционирования внешних устройств и системной магистрали.
Для связи всех устройств между собой так же служит система интерфейсов, организованных по многоуровневому принципу. Интерфейс - это совокупность линий и шин, связывающих устройства ЭВМ или микропроцессорной системы между собой, а так же специальных схем, предназначенных для обеспечения этой связи, алгоритмов обмена данными и параметров сигналов, участвующих в обмене данными.
Структура взаимосвязи вычислительной машины обеспечивает обмен информации между:
1. Процессором и памятью.
2. Процессором и модулями ввода-вывода.
3. Памятью и модулями ввода-вывода.
Микропроцессор – это программно управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки.
Функции микропроцессора:
Основные технические характеристики микропроцессора:
Обобщенная структура микропроцессора
АЛУ выполняет один из главных функций микропроцессора - обработку данных.
АЛУ имеет 2 входных порта и один выходной порт. Оба входных порта снабжены буферными регистрами. Буферные регистры - это регистры временного хранения данных. Так как АЛУ не обладает внутренней памятью, поэтому до момента получения результата операции операнды должны сохраняться в буферных регистрах. Два входных порта позволяют АЛУ принимать данные с внутренней шины данных микропроцессора ли из специального регистра "аккумулятора". Аккумулятор также используется для хранения результата операции, выполненной в АЛУ.
Аккумулятор - это главный регистр микропроцессора при различных операциях над данными.
Аккумулятор относится к группе РОН. Большинство арифметико-логических операций осуществляются с помощью АЛУ и аккумулятора. Любая из таких операций над двумя операндами предполагает размещение одного из операндов в аккумуляторе, а другого - в памяти или каком-либо РОН. После выполнения команды в аккумулятор помещается результат операции. В аккумуляторе можно выполнить некоторые действия над данными, например :
Совокупность регистров общего назначения образует внутреннюю память МП. Использование РОН позволяет повысить быстродействие МП за счёт уменьшения числа обращений к оперативной памяти.
РОН является программно доступными регистрами. Используется для хранения исходных данных промежуточных и окончательных вычислений, а также для хранения адресной информации. После выполнения операции в АЛУ формируется значение бит регистра состояния МП. Регистр состояния также называют регистром флагов или признаков. Регистр состояния служит для задания режимов работы МП и для хранения признаков последней выполненной Арифметической или логической операции. Основные признаки:
Содержимое регистров признаков используется УУ для реализации условных переходов по результатами операции АЛУ. Под каждый признак отводится один бит. УУ формирует управляющий сигналы для всех блоков МП в соответствии с кодами команд, внешними управляющими сигналами и сигналами синхронизации а также управляет обменом информации между МП, памятью и устройствами ввода-вывода.
Для хранения текущей выполняемой команды в процессе её дешифрации и выполнения используется команд микропроцессора. Команды поступают в регистр команд из памяти по мере последовательной выборки. После выполнения очередной команды в регистр команд автоматически записывается код следующей команды из ячейки памяти, адрес которой содержится в счётчике команд.
***************************
Дешифратор команд преобразует код операций команды в набор управляющих сигналов, определяющих последовательность действий микропроцессора при выполнении очередной команды программы. Счетчик команд (программный счетчик) обеспечивает формирование адреса очередной команды программы. В процессе выборки текущих команд программы в RAM, содержимое счетчика команд автоматически увеличивается на 1, и с этого момента счетчик команд указывает адрес следующей команды программы, которая будет выбрана из памяти поле выполнения текущей.
Содержимое счетчика команд может изменяться командами переходов и передачей управления.
Регистр адреса памяти используется при каждом обращении к памяти микро ЭВМ. Он указывает адрес ячейки памяти, которая подлежит использованию микропроцессором. Регистр адреса памяти подключен к внутренней шине данных микропроцессора. Информация в регистр адреса памяти может загружаться из РОН, из указателя стека и счетчика команд.
Указатель стека - это регистр, который хранит адрес вершины стека, доступной для r/w.
Стек - это особым образом организованный участок оперативной памяти, со специальной дисциплиной обслуживания. FILO (first in last out). Стек используется для хранения содержимого внутренних регистров микропроцессора при возникновении и обработке прерываний.
P.S. Если ей вытащить мозг, она отреагирует хоть как-нибудь?
Выполняемые в АЛУ операции делятся на следующие группы:
Характеристики АЛУ:
Двоично кодированное десятичное число
25=25 0010 01012-10
(2510=110012 двоичная кодировка)
По способу обработки операндов АЛУ:
По способу синхронизации (организации):
По характеру использования элементов и узлов::
(отличия количестве выполняемых операций)
Обобщенная структурная схема АЛУ
БМУ - блок местного управления
Обобщенная структурная схема АЛУ
Блок регистров предназначен для приема и размещения операндов и результатов. Арифметико-логический блок выполняет операции преобразования операндов. Схема контроля используется для контроля и диагностики ошибок. БМУ формирует управляющие сигналы, координирующие взаимодействие всех блоков АЛУ между собой.
Алгоритм операций АЛУ включает определенную последовательность элементарных действий, называемых микрооперациями.
Основные микрооперации АЛУ:
Для выполнения перечисленных действий АЛУ должно содержать следующие функциональные узлы:
В блочных АЛУ все операции по преобразованию информации выполняются отдельными блоками. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом, в зависимости от требования режима работы.
Устройство управления реализует функции управления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение команд программы. По функциональному назначению различают следующие группы команд:
Процесс выполнения программы в микроЭВМ представляет собой последовательность командных циклов. Командный цикл состоит из цикла выборки команды и цикла выполнения команды. Продолжительность цикла выборки команды зависит от формата команды. Продолжительность цикла выполнения команды зависит от способа адресации операндов. Интервал времени, на протяжении которого осуществляется одно обращение МП к памяти или внешнему устройству называется машинным циклом. В зависимости от типа команды, в команде может быть до 5 машинных циклов.
Машинный цикл разбивается на некоторое количество машинных тактов. В течении каждого машинного такта выполняется элементарное действия(микрооперация в МП в микроЭВМ). Количество тактов в цикле определяется кодом команды и равно [3, 5]. Продолжительность такта задаётся импульсами синхронизации, подаваемыми от тактового генератора. Все внутренние операции МП и формирование внешних сигналов происходит в моменты времени, определяемые тактовыми импульсами. Различают следующие типы машинных циклов:
Код очередной команды программы поступает на вход УУ. Далее вся команда разбивается на поле кода операции и адресный код. В процессе дешифрации адресного кода определяется способ адресации. Существуют следующие способы адресации операндов:
В процессе дешифрации кода операции команды определяется местонахождение микропрограммы выполнения данной команды в ПЗУ микропрорамм. В ПЗУ микропрорамм для каждой команды программы содержится последовательность микрокоманд, определяющая порядок и содержание машинного цикла. Микрокоманда как действие состоит из микроопераций . Из ПЗУ микропрограмм последовательно считываются микрокоманды и передаются на дешифрацию. После дешифрации будет сформирована совокупность управляющих сигналов, определяющих микрооперации выполнения данной машинной команды. Микрооперации - это элементарные пересылки или преобразования, выполняемые за один такт. Микрокоманды - это совокупность управляющих сигналов в текущем такте работы микроЭВМ, вызывающих одновременно выполняемые микрооперации. Выполняемая микропрограммв может быть скорректирована в зависимости от признаков(флагов результатов).
В фон-неймановской архитектуре программы и данные расположены в общей памяти, доступ к которой осуществляется по одной шине данных и команд.
В гарвардской архитектуре память данных и команд имеют разные шины, позволяющие повысить быстродействие системы. В гарвардской архитектуре невозможно производить процедуру записи в память программ, что исключает возможность разрушения управляющей программы, в случае неправильных действий над данными.
ШУ
!!Внутренняя структура содержит: