Неймановская вычислительная машина по своей структуре соответствует принципу программного управления
Работа добавлена на сайт samzan.net:
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:
- Вычисление адресов команд и операндов.
- Выборка команд из оперативной памяти и дешифрация команд.
- Выборка данных из оперативной памяти, регистров микропроцессорной памяти и регистров адаптеров внешних устройств.
- Выполнение арифметико-логических и других операций, закодированных в командах.
- Прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств, в том числе обработка сигналов прерываний.
- Формирование синхронизирующих и управляющих сигналов для всех компонентов микро-ЭВМ.
- Управление передачей информации между регистрами микропроцессора и оперативной памятью, а также устройствами ввода-вывода.
Основные технические характеристики микропроцессора:
- Тактовая частота.
- Разрядность внутренних регистров микропроцессора и разрядность шин.
- Система команд, форматы команд и способы адресации данных.
- Типы обрабатываемых данных.
- Объем адресуемой оперативной памяти и число программно доступных регистров микропроцессора.
- Режимы работы микропроцессора.
- Схема обработки прерываний.
- Надежность.
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 :
- Инверсия содержимого аккумулятора
- Сдвиг содержимого аккумулятора на требуемое число разрядов.
- Через аккумулятор выполняются операции ввода-вывода, т.е. программируемая передача данных из одной части МП в другую.
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:
- Признак знака результата
- Признак нулевого результата
- Признак переполнения
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:
- Операции двоичной арифметики над числами с ФЗ и ПЗ
- Операции десятичной арифметики
- Логические операции
- Специальные арифметические операции
- Нормализация
- Арифметический сдвиг - сдвигаются только цифровые разряды, знаковые не сдвигаются
- Логический сдвиг - сдвигаются знак и цифровые разряды вместе с ним
Характеристики АЛУ:
- Разрядность
- Состав операций
- Форматы обрабатываемых данных
- Способы построения и функционирования
- Быстродействие
- Надежность
Двоично кодированное десятичное число
25=25 0010 01012-10
(2510=110012 двоичная кодировка)
По способу обработки операндов АЛУ:
- Последовательные
- Параллельные
По способу синхронизации (организации):
- Синхронные
- Асинхронные
По характеру использования элементов и узлов::
- Блочные
- Мультифункциональные
(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:
- Прием кода операнда.
- Преобразование кода операции.
- Суммирование кодов операндов.
- Сдвиг кода операнда.
- Выдача кода результата.
Для выполнения перечисленных действий АЛУ должно содержать следующие функциональные узлы:
- Регистры, для хранения кодов операндов на время выполнения действий над ними.
- Сдвигатели, для выполнения сдвига вправо\влево на требуемое число разрядов.
- Преобразователи, для преобразования прямого кода в обратный или дополнительный.
- Сумматор.
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:
- Команды передачи данных
- Команды ввода-вывода
- Команды обработки информации
- Команды управления ходом выполнения программы
- Команды задания режимов работы МП
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:
- Выборка команды
- Чтение памяти
- Запись в память
- Чтение стека
- Запись в стек
- Ввод данных из внешнего устройства
- Вывод данных на внешние устройства
- Прерывание
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:
- Непосредственная адресация(в адресном поле команды содержится сам операнд)
- Прямая адресация(когда адресный код команды указывает номер ячейки памяти, к которой производится обращение)
- Регистровая(адресный код команды указывает на регистр МП)
- Косвенная адресация(адресный код команды указывает на регистр МП, в котором хранится адрес операнда.) (Тако в супертако в wallmart во сне во сне в ещё большем уровне сна)
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.
- Гарвардская архитектура применяется в микроконтроллерах, где требуется высокая надежность работы аппаратуры и в сигнальных процессорах, где требуется обеспечить высокую надежность и высокую скорость выполнения программы.
- Неймановская архитектура обычно используется в универсальных компьютерах и некоторых видах микроконтроллеров
ШУ
!!Внутренняя структура содержит:
- Устройство обработки, реализующее заданные команды операции
- УУ
- Устройство сопряжения с шиной (шинный интерфейс) - осуществляет выборку команд из памяти, а также обращения памяти к внешним устройствам для считывания операндов и записи результата
2. Тоталитарное государство принципы организации исторические виды
3. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора медичних наук4
4. 5 Многокомпонентные жидкости 1
5. Создание программы табуляции функций
6. об-мин где p число пар полюсов обмотки статора
7. Имущественные права детей
8. издательским советом Национального института бизнеса Нацио
9. Нефтегазовое дело 130100 НГД б на 2013 ~2014 учебный год
10. Введение.html
11. тематики Понятие определение понятий
12. реферату- Творчість Леонардо да ВінчіРозділ- Образотворче мистецтво Творчість Леонардо да Вінчі Серед ти
13. Понятие управленческих отношений.html
14. Дания
15. вариантов- 5 Преподаватель- Борзова Л
16. Вторая половинка есть у мозга жопы и таблетки
17. Денежное обращение и кредит
18. Тема урока- Народный праздничный костюм Выполнила- учитель ИЗО Андриенко Нина Евгеньевна
19. История и современное состояние духовной культуры города Серпухов
20. Органы юстиции в системе разделения властей