Алгоритм работы аппаратных средств управляющих устройств

Команды, которые выполняются процессором, хранятся в памяти в виде программ (память ОЗУ, ПЗУ). Программа, которая выполняется МПр, записывается в машинном коде, т.е. в виде последовательности 0 и 1. Программы, как правило, представлены в виде упорядоченной последовательности команд, причем упорядочивание программ соответствует алгоритму программ. Для функционирования микропроцессорных устройств используется дискретные элементы данных. Эти элементы данных называются битами. 1бит принимает дискретное значение, соответствующее логическому 0 или логической 1.

Каждое следующее поколение МПр отличается от предыдущего:

  • - увеличением числа транзисторов на единицу площади кремневой пластины;
  • - повышения разрядности обрабатываемых данных (с 4-8 разрядов до 64 разрядов);
  • - увеличением тактовой частоты и увеличением числа операций в сек.

В целом, любой МПр выполняет следующие алгоритм (см. рис. 2.8):

Алгоритм функционирования аппаратных средств процессора

Рис. 2.8-Алгоритм функционирования аппаратных средств процессора

Под алгоритмом работы, согласно А.А. Маркову, понимается точное предписание, определяющее вычислительный процесс, идущий от варьируемых (изменяемых) исходных данных к искомому результату. Выборка или чтение очередной команды осуществляется из ячейки памяти (ЯП), адрес которой находится в специальном регистре, который называется счетчиком команд (СчК). Разрядность счётчика команд определяет размер адресного пространства МПр.

В частности, предположить, что счетчик n-разрядный, то максимальный номер ЯП (фактически, размер адресного пространства) будет равен Мадр= 2п-1. На диапазон доступных адресов влияет разрядность шины адреса (ША) МПР. Допускается расширение адресного пространства МПр с помощью специальных методов, в частности с помощью параллельного порта. Считанная из памяти команда записывается в регистр команд, при этом содержимое счетчика увеличивается на 1 (если это не команда перехода): ЯП+1. Далее осуществляется декодирование команд. При декодировании осуществляется преобразование программной команды в последовательность управляющих сигналов (электрических импульсов определенного уровня), которые поступают на входы/выходы всех компонентов МПр и внешних устройств. В результате срабатывают микросхемы АЛУ и регистров. Исполнение команд означает осуществление требуемой операции (сдвиг, сложение, инверсия). Результат исполнения команды поступает в регистр результата. Регистром результата может быть:

  • - аккумулятор;
  • - регистр общего пользования;
  • - постоянное запоминающее устройство, ПЗУ;
  • - оперативное запоминающее устройство, ОЗУ;
  • - Другие запоминающие устройства.

В целом можно выделить три основные команды МПр:

  • 1. Команда чтения записи;
  • 2. Преобразование в АЛУ (сдвиг, сумма, инверсия);
  • 3. Команда перехода, имеется в виду переход внутри исполняемой программы.

При включении МПр первый адрес, по которому производится считывание команды, задается по умолчанию разработчиком, например, это может быть нулевой адрес.

Как правило, адресное пространство МПр распределено между различными внешними запоминающими устройствами, кроме того регистры могут иметь индивидуальные назначенные адреса. Соответственно, между различными устройствами распределяется и оперативная память МПр : часть адресов выделяется для ПЗУ, часть адресов -для ОЗУ (память), часть адресов - для портов ввода/вывода, часть адресов - для каналов прямого доступа к памяти (DMA), часть адресов - для линий запросов на прерывания IRQ.

Основные выводы по главе

  • 2
  • 1. Микропроцессоры являются основой для построения управляющих устройств современных коммуникационных узлов и средств связи.
  • 2. Микропроцессоры с точки зрения «процессор-память» имеют две базовые архитектуры - архитектуру фон Неймана и Гарвардскую архитектуру. Архитектура фон Неймана носит более универсальный характер применения; Гарвардская архитектура - более специализирована.
  • 3. В составе типового микропроцессора имеются различные средства обработки данных: арифметико-логическое устройство, регистры различного назначения, внутренние шины данных и адресов, счётчик команд, регистры.
  • 4. Микропроцессоры выполняют единый алгоритм обработки данных. Последовательность выполняемых команд определяется загружаемой в процессор программой, которая транслирована в машинные коды.

Вопросы для самоконтроля по главе

  • 2
  • 1. В чём особенность архитектуры фон Неймана?
  • 2. В чём достоинства и недостатки гарвардской архитектуры?
  • 3. Где применяется гарвардская архитектура?
  • 4. Каковы функции группового управляющего устройства,

ГУУ?

  • 5. Какие процессоры (общего назначения или специализированные) используются в составе центрального управляющего устройства?
  • 6. Где и для решения каких задач используются специализированные процессоры?
  • 7. Для чего нужна материнская плата?
  • 8. Какие существуют шины в составе вычислительной машины?
  • 9. Для чего вместо шинного соединения в составе вычислительной машины используют коммутатор?
  • 10. Для чего используется регистр?
  • 11. Какова тенденция изменения общего числа команд, выполняемых микропроцессором?
  • 12. Как распределяется общее адресное пространство

МПр?

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >