Микропроцессор — процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем.
[Ключ компоненты: АЛУ(Арифметико-логическое устройство) реализует арифметические (например, сложение, вычитание) и логические (например, сравнение, И, ИЛИ) операции над числами и адресами и выдает результат операции.
Устройство управления (УУ) служит для преобразования команд, поступающих из регистров и внешнего ЗУ, в сигналы, непосредственно воздействующие на все элементы МП и стимулирующие выполнение команд.
Блок Ввода/вывода, регистры и прочее.]
микропроцессор (сердце компьютера):
— арифметико — логическое устройство (АЛУ) – работает над целыми числами
— математический сопроцессор (МСП) – для работы с числами с плавающей частотой
— микропоцессорная память (МПП) – для кратковременного хранения информации
Формат команд микропроцессора. Машинные циклы
— устройство управления (УУ) – всеми узлами компьютера
1. Осуществляет чтение, дешифрацию программ из основной памяти
2. Чтение данных из ОП
3. Приём, обработка запросов, команд из адаптеров
4. Обработка команд, запись в ОП и/или адаптеры ВУ
5. Выработка управляющих сигналов для всех остальных устройств.
Основные характеристики микропроцессора:
1. Стартовая частота
2. Разрядность процессора
3. Адресное пространство – память, выделяемая процессору для решения задач
Генератор тактовых импульсов. Системная Шина.
Генератор тактовых импульсов — генерирует электрические импульсы заданной частоты для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах. Время между двумя импульсами – такт. Импульсы, проходя через все элементы компьютера заставляют их работать синхронно. Измеряется в мега герц (1МГц -1 млн тактов в сек.) Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие такты процессора.
Системная шина – набор проводников, по которым передается информация в виде электронных импульсов. Предназначена для обеспечения передачи данных между периферийными устройствами и центральным процессором, а так же оперативной памятью. (Стандартная частота 33 МГц).
Состав и характеристика основной памяти ПЭВМ (ПЗУ, ОЗУ).
ПЗУ – постоянные запоминающие устройства (энергонезависимая память). Устанавливается на заводе в виде схем, на ней базовый набор функций. Не стирается при выключении ПК.
В ней находятся:
1. Программа управления процессором
2. Программа запуска/остановки компьютера
3. программы тестирования всех устройств
4. Программы управления дисплеем, клавиатурой, мышью и т.д.
5. Информация о местонахождении операционной системы (первый сектор жёсткого диска)
ОЗУ – оперативные запоминающие устройства — для хранения информации, программ, данных в текущий момент времени (энергозависима, поэтому надо сохранять результаты). Стирается при выключении ПК. В 2-ом виде запоминается обрабатываемая информация,
Как работает микропроцессор
промежуточные данные и результаты работы.
Внутренняя память — для хранения небольшого количества информации.
Устройства внешней памяти ( ЖД, CD , флэш, кэш).
Жесткий – тип постоянной памяти. Данные, хранящиеся на жестком диске,
не теряются при выключении ПК. Можно вытащить и сунуть в др. ПК.
На нем хранится операционная система, программы и данные.
Дискета – носитель небольшого объема информации. Используется для переноса данных одного компьютера на другой и для распространения программного обеспечения.
Дисководы СD, DVD, флешка.
жд- диск для хранения данных, никогда не снимается (в отл. От гибкого магнитного диска), составляет единое целое с дисководом. Поэтому жд и накопитель на жд являются для пользователя совпадающими понятиями. Сам диск из AL сплава и магн. Покрытия. Может быть съемным – съемный диск, винчестер. От 20 Мбайт до 9.1 гбайт.
Высокоскоростная кэш-память служит для увеличения скорости выполнения операций компьютером и используется при обмене данными между микропроцессором и RAM. Кэш-память является промежуточным запоминающим устройством (буфером). 1)записывается по кругу ,считывается по секторам, кэш памятей 2-одна для данных, другая для команд.
Существует два вида кэш-памяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора и внешняя, размещаемая на материнской плате. CD диски получили распространение вслед за аудио-компакт дисками. Это пластиковые диски с напылением тонкого слоя светоотражающего материала, на поверхности которых информация записана с помощью лазерного луча.
12. Устройства ввода ПК.
Переводят язык человека на язык ПК.
Сканер, камера, фотоаппарат, микрофон, клавиатура, мышь, тачпад, планшет.
13. Устройства вывода ПК.
Монитор, проектор, принтер, динамик, колонки.
14. Характеристики современного компьютера.
• Производительность, быстродействие, тактовая частота (1 млн операций в секунду);
• Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса (макс. Число двочных разрядов числа. Обрабатывающихся одновременно)
• Тип и базовые характеристики набора системных микросхем;
• Типы системного, локального и периферийных интерфейсов (средства общения);
• Тип и емкость оперативной памяти;
• Тип и емкость накопителей на магнитных дисках (ЖД);
• Наличие, виды и емкость кэш-памяти;
• Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера;
• Наличие и типы накопителей CD и DVD;
• Наличие и тип модема или сетевой карты;
• Наличие и виды мультимедийных аудио-видео средств;
• Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы;
• Аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров;
• Возможность работать в вычислительной сети;
• Возможность работать в многозадачном режиме;
15. Файловая структура информации.
Файл – поименованная область диска.
Диск имеет название. Это корень дерева на уровне папки 2 уровня выложены каталоги.
Путь к файлу – С:/ каталог 1, каталог 2 … файл 2М. (=корень, первый, второй уровни дерева…листья) FAT – таблица с названием всех файлов и путь к файлам.
Файловая система (ФС) — функциональная часть ОС, т.е. это порядок хранения и — организации файлов на диске.
Виды файловой структуры: 1) Одноуровневая ФС — линейная последовательность имен файлов, используется для дисков с небольшим количеством файлов;
2) Многоуровневая иерархическая ФС — представляет собой древовидную структуру, служит для хранения сотни и тысячи файлов. Каталог (Папка) верхнего уровня содержит вложенные папки 1уровня, которые могут содержать папки 2 уровня и т.д.
Для хранения информации каждый диск разбивается на 2 области
1) каталог или папка — содержит названия файлов и указание на начало их размещения на диске;
2) область хранения файлов, содержит текст.
Чтобы найти файл надо знать: 1)имя файла; 2) где храниться файл.
16. Операционная система DOS , её составляющие и их значение.
ОС-это программа, которая загружается при включении компьютера и она делает:
1. Управление всеми узлами компьютера
2. управляет ресурсами компьютера (ОП, диски и т.п.)
3. запускает системные программы на выполнение
4. производит диалог с пользователем (через меню)
5. загружает в ОП пользовательские программы, выполняет их и выгружает на жёсткий диск
6. тестирование всех устройств компьютера при включении
7. освобождает ОП от данных и программ при выключении
8. появились, потому что: файловое обслуживание компьютера и обслуживание дисков)
cmd. Пуск/Программы/Стандартные/Командная строка.
Базовая система ввода – вывода BIOT; — см. в тетради
1. Обеспечение ввода/вывода
2. тестирование компьютера
3. вызов загрузчика (коротк. программа в 1м секторе диска)
— дисковые файлы: IOSYS (дополнение к БИОСу); мс-дос-SYS — обслуживает высокоуровневые команды ОС)
— командный процессо.р COMAND.COM – обеспечивает пользователя связью с внутренними командами (копир., переименов., переместить)
— внешние комп. ОС
— драйверы устройств CONFIG.SYS – там хранятся адреса др-в устр-в
[реализует следующие основные функции:
v Автоматическую проверку аппаратных компонентов при включении ПК;
v Вызов блока начальной загрузки ОС
· Блок начальной загрузки ;
это очень короткая программа (около 512 байт),
загружает в память еще два модуля ОС которые завершают процесс загрузки ОС
· Модуль расширения BIOS;
Он настраивает ОС на конкретную конфигурацию ПК и позволяет подключать новые драйвера к нестандартным устройствам ввода/вывода.
· Модуль обработки прерываний
реализует услуги связанные с обслуживанием файловой системы и операций ввода – вывода.
· Командный процессор обрабатывает команды, которые вводятся пользователем.]
17. Виды операционных систем и требования к операционным системам.
v Однозадачные и многозадачные
v Однопользовательские и многопользовательские
v Однопроцессорные и многопроцессорные системы
v Локальные и сетевые.
Разновидности по назначению:
Однозадачные (MS DOS)
Многозадачные (OS/2, Unix, Windows)
— вытесняемые (ОС сама передаёт управление от задачи к задаче согласно приоритету) – невытесняемые (акт. Процесс передаёт процесс следующей задаче)
Главным требованием, предъявляемым к операционной системе, является выполнение ею
основных функций эффективного управления ресурсами и обеспечение удобного интерфейса
для пользователя и прикладных программ.
· Расширяемость – возможность дополнять ОС программными модулями
· Переносимость – должна быть возможность переноса ОС с одной аппаратной системы на другую
· Совместимость – должна включать в себя средства для выполнения приложений, созданных другой ОС
· Надежность и отказоустойчивость – должна быть устойчива к сбоям, отказам. Ошибкам (в т.ч. пользователя)
· Безопасность – должна предоставлять пользователям средства защиты (пользователей друг от друга)
18. Операционная система Windows 85-86гг – первая версия
Многозадачная, многопользовательская, с мощной защитой, совместима с др. ОС, имеет встроенные сетевые средства
· 32 — разрядная ОС
Общение в форме диалога с вводом информации на экран, управления с помощью мыши.
Графический интерфейс Windows :Рабочий стол, Панель задач с кнопкой Пуск.
Совместима с ранними версиями, возможность использования виртуальной памяти, память — для данных – для программ.
— объекты (мой комп., сетевое окружение (хранит назв. Комп., входящего в сеть), корзина (хранилище временных файлов))
— папки (хранилище файлов)
— ярлык (переименование, удаление не влияет на «первородителя»)
— панель задач (для отображения назваиня акт. задач (служебные значки; окно: диалоговое (заголовок – верхняя строка, окно документа, строка состояния)
— системные сообщения (для выдачи ОС-мой сообщений пользователю, чаще всего об аварии).
Дата добавления: 2020-01-07 ; просмотров: 1680 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник: studopedia.net
3. Определение процессора, системы команд. Структурная схема микропроцессора. Взаимодействие функциональных блоков процессора при выполнении команд.
Определение. Процессор — устройство, предназначенное для выполнения команд: арифметических и логических преобразований данных, организации обращения к памяти и внешним устройствам, для управления ходом вычислительного процесса.
Вычислительный процесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы, последовательности инструкций (команд) записанных в порядке выполнения. ЭВМ выбирает определённую команду расшифровывает её, определяет какие действия и над какими операциями следует выполнить.
Определение. Системой команд называется совокупность машинных команд, выполняемых той или иной ЭВМ.
В настоящее время существует большое число разновидностей процессоров, различающихся назначением, функциональными возможностями, структурой, исполнением. Чаще всего наиболее существенным, классификационным различием между ними является количество разрядов в обрабатываемой информационной единице: 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные и др.
Наибольшее распространение среди 16-разрядных процессоров получили процессоры Intel i8086 и i8088. Этот тип процессоров является базовым для IBM совместимых машин. Все последующие типы процессоров основываются на нем и лишь развивают его архитектуру.
В следующей модификации микопроцессоров фирмы Intel — 80186 реализована расширенная система команд. Расширение системы команд продолжается во всех новых моделях, но кроме этого в каждой новой модели вводятся дополнительные архитектурные решения.
В 80286 введены встроенный блок управления оперативной памятью, работающий в виртуальном режиме (что позволило увеличить предельно допустимый объем виртуальной памяти до 4 Гбайт при 16 Мбайт физической), и блоки, позволяющие реализовать мультизадачность: блок защиты оперативной памяти и блок проверки уровня привилегий, присваиваемых каждой задаче. Кроме того, во всех последующих моделях вводятся и совершенствуются средства, позволяющие повысить производительность микропроцессора. Начиная с 80486, в кристалле микропроцессора размещается арифметический сопроцессор для операций с плавающей точкой.
Все эти усовершенствования позволили сделать персональную ЭВМ IBM PC мультипрограммной, многопользовательской и многозадачной. С помощью операционной системы стало возможным реализовать работу в режиме SVM (системы виртуальных машин), т.е. на одной ПЭВМ реализовать множество независимых виртуальных машин.
В персональных ЭВМ нашли применение не только микропроцессоры фирмы Intel. Крупнейшими производителями аналогов микропроцессорам являются фирмы AMD и Cyrix.
Структурная схема микропроцессора
Условно микропроцессор можно разделить на две части: исполнительный блок (Execution Unit — EU) и устройство сопряжения с системной магистралью (Bus Interface Unit — ВIU).
В исполнительном блоке находятся: арифметический блок и регистры. Арифметический блок включает арифметико-логическое устройство, вспомогательные регистры для хранения операндов и регистр флагов.
Восемь регистров исполнительного блока МП (АХ, ВХ, СХ, DX, SP, ВР, SI, DI), имеющих длину, равную машинному слову, делятся на две группы. Первую группу составляют регистры общего назначения: АХ, ВХ, СХ и DX, каждый из которых представляет собой регистровую пару, составленную из двух регистров длиной в 0.5 машинного слова.
Аккумулятор, или регистр АХ, состоит из регистров АН и AL. Регистр базы (Base Register) ВХ состоит из регистров ВН и BL. Счетчик (Count Register) СХ включает регистры СН и CL. Регистр данных (Data Register) DX содержит регистры DH и DL. Каждый из коротких регистров может использоваться самостоятельно или в составе регистровой пары.
Условные названия (аккумулятор, регистр базы, счетчик, регистр данных) не ограничивают применения этих регистров — эти названия говорят о наиболее частом использовании их или об особенности использования того или иного регистра в той или иной команде.
Вторую группу составляют адресные регистры SP, BP, SI и DI (в старших моделях количество адресных регистров увеличено). Эти регистры активно используются по функциональному назначению и в других целях их применятъ не рекомендуется. Основное их назначение — хранить числовые значения, реализуемые при формировании адресов операндов.
Устройство сопряжения с системной магистралью содержит управляющие регистры, конвейер команд, АЛУ команд, устройство управления исполнительным блоком МП и интерфейс памяти (соединяющий внутреннюю магистраль МП с системной магистралью ЭВМ).
Управляющие регистры BIU: CS (указатель командного сегмента), DS указатель сегмента данных), SS (указатель сегмента стека), ES (указатель дополнительного сегмента) и др. служат для определения физических адресов ОП — операндов и команд. Регистр IP (Instruction Pointer) является указателем адреса команды, которая будет выбираться в конвейер команд в качестве очередной команды (в отечественной литературе такое устройство называется счетчик команд). Конвейер команд МП хранит несколько команд, что позволяет при выполнении линейных программ совместить подготовку очередной команды с выполнением текущей.
К управляющим регистрам МП относится и регистр флагов, каждый разряд которого имеет строго определенное назначение. Обычно разряды регистра флагов устанавливаются аппаратно при выполнении очередной операции в зависимости от получаемого в АЛУ результата. При этом фиксируются такие свойства получаемого результата, как нулевой результат, отрицательное число, переполнение разрядной сетки АЛУ и т.д. Но некоторые разряды регистра флагов могут устанавливаться по специальным командам. Некоторые разряды имеют чисто служебное назначение (например, хранят разряд, выпавший из АЛУ во время сдвига, или являются резервными (т.е. не используются).
Взаимодействие функциональных блоков процессора при выполнении команд.
Работой МП управляет программа, записанная в оперативной памяти ЭВМ. Адрес очередной команды хранится в счетчике команд IP (Instruction Pointer) и в одном из сегментных регистров, чаще всего в CS.
Адрес очередной команды через внутреннюю магистраль МП и интерфейс памяти поступает на шину адреса системной магистрали. Одновременно из устройства управления (УУ) исполнительного блока на шину управления выдается команда (управляющий сигнал) в ОП, предписывающая выбрать число, находящееся по адресу, указанному в системной магистрали. Выбранное число, являющееся очередной командой, поступает из ОП через шину данных системной магистрали, интерфейс памяти, внутреннюю магистраль МП на регистр команд (INST).
Из команды в регистре команд выделяется код операции, который поступает в УУ исполнительного блока для выработки управляющих сигналов, настраивающих микропроцессор на выполнение требуемой операции.
В зависимости от используемого в команде режима адресации организуется выборка необходимых исходных данных.
Источник: studfile.net
МОДЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОГРАММЫ МИКРОПРОЦЕССОРОМ
Пусть в памяти МП системы уже находится программа, которая состоит из отдельных шагов. Команды в машинных кодах записаны в ячейки памяти под определенными адресами. Команды при передаче в МП и декодировании указывают процессору, что он должен делать. В других ячейках памяти записываются данные (операнды). При запуске программы команды в МП выполняются поочередно, одна за одной.
Работа микропроцессорной системыиллюстрируется рис.При запуске, в регистре адреса команд МП (см. Рис.) записан адрес первой команды программы. Этот адрес ядро МК посылает в память. По этому адресу из ячейки памяти извлекается команда и записывается в регистр команд ядра. Затем содержимое регистра адреса команд увеличивается на число, равное числу полей в формате данной команды.
Т.е. устанавливается адрес следующей команды. Эта часть цикла называется выборкой. Затем команда расшифровывается устройством управления и исполняется. Эта часть цикла называется выполнением.
Таким образом, регистры адреса команд и команд служат для временного хранения адреса следующей команды и самой текущей выполняемой команды. Регистры служат для временного хранения информации, образуют встроенное микро сверхоперативное запоминающее устройство, их использование сокращает число необходимых обращений к памяти. Аккумулятор – наиболее часто используемый регистр МП, служит для временного хранения одного из операндов, хранения промежуточных результатов, запоминания результата выполнения операции.
Модель процесса выполнения программы микропроцессором можно представить следующим образом.
Модель микропроцессорной системы представляется совокупностью программно- доступных (РОН, программный счетчик, указатель стека, регистр статуса и др.), программно- недоступных устройств (устройство декодирования команд, АЛУ, адресный регистр, регистр команд), устройствами памяти: (область памяти для хранения программ, область памяти для хранения данных, стек).
Команда, т.е. полное выражение в исходной программе, определяет выполняемую операцию, адреса и данные, с помощью которых выполняется данная операция. Процесс выполнения программы управляется содержимым программного счетчика. Обычно программный счетчик содержит адрес инструкции, считанной из памяти. При этом устройство управления МП изменяет содержимое счетчика на один шаг при введении новой инструкции, если инструкция размещена в одной ячейке памяти.
Пусть разрядность МП – 8 бит, разрядность ША – 16 бит. Предположим, что рассматриваемая инструкция занимает три ячейки памяти. Первая ячейка содержит код операции (независимо от количества полей команды это всегда первая ячейка из занимаемых командой). Две других, например, содержат адрес (два байта) ячейки памяти, над содержимым которой производятся манипуляции.
Данная команда выполняется в три этапа (рис). Сначала МП выдает содержимое регистра адреса команды на адресную шину. При этом в памяти запрашивается содержимое первой ячейки памяти, в которой хранится код операции.
Устройство декодирования инструкций микропроцессора производит расшифровку кода операции и изменение режима устройства управления МП. операционный код содержит также информацию о числе полей (длине) команды, т.е. сведения о том, сколько ячеек памяти занимает данная команда. В данном примере МП определяет, что из памяти для чтения всей команды нужно прочесть еще 2 байта адреса.
Затем МП увеличивает содержимое программного счетчика на 1 и готовится к загрузке адресного регистра. Первый байт адреса (адрес ячейки памяти, где он хранится, определяется новым содержимым программного счетчика) загружается в первые 8 битов адресного регистра. Содержимое программного счетчика снова увеличивается; в адресный регистр вводится второй байт адреса. Программный счетчик увеличивает содержимое на единицу и программный счетчик МП теперь содержит адрес ячейки памяти первого байта (КОП) следующей команды. Только теперь МП (после описанных трех шагов) начинает выполнение команды, посылая адреса данных и данные в АЛУ или просто считывая их в блок РОН.
Описанная процедура характерна для большинства типов универсальных МП. Индивидуальные отличия МП реализуются различиями в структуре блока РОН, способностями регистров выполнять существующие для данного МП инструкции. Отметим, все команды МП реализуются в АЛУ. Это также означает, что результат любой операции отражается в содержимом статусного регистра.
На рис. приведена схема алгоритма выполнения команды простейших микроконтроллеров, в которых использован механизм последовательной поэтапной обработки команд. При этом каждая следующая фаза начинается после выполнения предыдущей.
Рис. – Схема алгоритма выполнения команды простейших микроконтроллеров
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru