Материалы по ВМСС (Лекция 9_10 Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ)

Посмотреть архив целиком

Лекция 9-10

Функциональная и структурная организация ЭВМ

Оглавление

1.Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ 1

2.Организация функционирования ЭВМ с магистральной архитектурой 2

3.Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя 5

4. Отображение адресного пространства программы на основную память 7

4.1. Адресная структура команд микропроцессора и планирование ресурсов 10

4.2. Виртуальная память 14

4.3. Система прерываний ЭВМ 17

1.Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ

Электронные вычислительные машины включают, кроме аппаратурной части и программного обеспечения (ПО), большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде:

  • арифметические коды - для выполнения арифметических преобразований числовой информации;

  • помехо - защищенные коды, используемые для защиты информации от искажений;

  • коды формы, определяющие, как должна выглядеть обрабатываемая в ЭВМ информация при отображении; цифровые коды аналоговых величин (звука, “живого видео”) и др.

Кроме кодов, на функционирование ЭВМ оказывают влияние:

  • алгоритмы их формирования и обработки,

  • технология выполнения различных процедур (например, начальной загрузки операционной системы, принятой в системе технологии обработки заданий пользователей и др.);

  • способы использования различных устройств и организация их работы (например, организация системы прерываний или организация прямого доступа к памяти),

  • устранение негативных явлений (например, таких, как фрагментация памяти) и др.

Будем считать, что коды, система команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействия hard и soft, способы использования устройств при организации их совместной работы, составляющие идеологию функционирования ЭВМ, образуют функциональную организацию ЭВМ.

Реализована идеология функционирования ЭВМ может быть по-разному:

  • аппаратурными,

  • программно-аппаратурными или

  • программными средствами.

При аппаратурной и программно-аппаратурной реализации могут быть применены:

  • регистры, дешифраторы, сумматоры;

  • блоки жесткого аппаратурного управления или микропрограммного с управлением подпрограммами (комплексами микроопераций);

  • устройства или комплексы устройств, реализованные в виде автономных систем (программируемых или с жестким управлением) и др.

При программной реализации могут быть применены различные виды программ - обработчики прерываний, резидентные или загружаемые драйверы, соm-, ехе- или tsr - программы, bat- файлы и др.

Будем считать, что способы реализации функций ЭВМ составляют структурную организацию ЭВМ. Тогда элементная база, функциональные узлы и устройства ЭВМ, программные модули различных видов (обработчики прерываний, драйверы, соm-, ехе-, tsr-программы, bat-файлы и др.) являются структурными компонентами ЭВМ.

При серьезных конструктивных различиях ЭВМ могут быть совместимыми, т.е. приспособленными к работе с одними и теми же программами (программная совместимость) и получению одних и тех же результатов при обработке одной и той же, однотипно представленной информации (информационная совместимость). Если аппаратурная часть ЭВМ допускает их электрическое соединение для совместной работы и предусматривает обмен одинаковыми последовательностями сигналов, то имеет место и техническая совместимость ЭВМ.

Совместимые ЭВМ должны иметь одинаковую функциональную организацию: информационные элементы (символы) должны одинаково представляться при вводе и выводе из ЭВМ, система команд должна обеспечивать в этих ЭВМ получение одинаковых результатов при одинаковых преобразованиях информации. Работой таких машин должны управлять одинаковые или функционально совместимые операционные системы (а для этого должны быть совместимы методы и алгоритмы планирования и управления работой аппаратурно-программного вычислительного комплекса). Аппаратурные средства должны иметь согласованные питающие напряжения, частотные параметры сигналов, а главное - состав, структуру и последовательность выработки управляющих сигналов.

2.Организация функционирования ЭВМ с магистральной архитектурой

ЭВМ представляет собой совокупность устройств, выполненных на больших интегральных схемах, каждая из которых имеет свое функциональное назначение. Комплект интегральных схем, из которых состоит ЭВМ, называется микропроцессорным комплектом. В состав микропроцессорных комплектов входят:

  • системный таймер,

  • микропроцессор (МП),

  • сопроцессоры,

  • контроллер прерываний,

  • контроллер прямого доступа к памяти,

  • контроллеры устройств ввода-вывода и др.

Все устройства ЭВМ делятся на центральные и периферийные. Центральные устройства полностью электронные, периферийные устройства могут быть либо электронными, либо электромеханическими с электронным управлением.

В центральных устройствах основным узлом, связывающим микропроцессорный комплект в единое целое, является системная магистраль (СМ). Она состоит из трех узлов, называемых шинами: шина данных (ШД), шина адреса (ША), шина управления (ШУ). В состав системной магистрали входят регистры-защелки, в которых запоминается передаваемая информация, шинные формирователи, шинные арбитры, определяющие очередность доступа к системной магистрали, и др.

Системная магистраль

Логика работы системной магистрали, количество разрядов (линий) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций, возникающих при одновременном обращении различных устройств ЭВМ к системной магистрали, образуют интерфейс системной шины.

Интерфейс системной шины


В состав центральных устройств ЭВМ входят: центральный процессор, основная память и ряд дополнительных узлов, выполняющих служебные функции: контроллер прерываний, таймер и контроллер прямого доступа к памяти (ПДП).

Периферийные устройства делятся на два вида: внешние ЗУ (НМД, НГМД, НМЛ) и устройства ввода-вывода (УВВ): клавиатура, дисплей, принтер, мышь, адаптер каналов связи (КС) и др.

Управляющая работой ЭВМ программа перед началом выполнения загружается в основную память. Адрес первой выполняемой команды передается микропроцессору и запоминается в счетчике команд.

Начало работы процессора заключается в том, что адрес из счетчика команд (в котором всегда хранится адрес очередной команды) выставляется на ША системной магистрали. Одновременно на ШУ выдается команда: «Выборка из ОП», которая воспринимается основной памятью. Получив с ШУ системной магистрали команду, основная память считывает адрес с ША, находит ячейку с этим номером и ее содержимое выставляет на ШД, а на ШУ выставляет сигнал о выполнении команды. Процессор, получив по ШУ сигнал об окончании работы ОП, вводит число с ШД на внутреннюю магистраль МП и через нее пересылает введенную информацию в регистр команд.

В регистре команд полученная команда разделяется на кодовую и адресную части. Код команды поступает в блок управления для выработки сигналов, настраивающих МП на выполнение заданной операции, и для определения адреса следующей команды, который сразу заносится в счетчик команд. Адресная часть команды выставляется на ША системной магистрали и сопровождается сигналом «Выборка из ОП» на ШУ. Выбранная из ОП информация через шину данных поступает на внутреннюю магистраль МП, с которой вводится в арифметическое устройство (АУ). На этом заканчивается подготовка МП к выполнению операции, и начинается ее выполнение в АЛУ.

Результат выполнения операции выставляется микропроцессором на ШД, на ША выставляется адрес ОП, по которому этот результат необходимо записать, а на ШУ выставляется команда «Запись в ОП». Получив с ШУ команду, ОП считывает адрес и данные с системной магистрали, организует запись данных по указанному адресу и после выполнения команды выставляет на ШУ сигнал, обозначающий, что число записано. Процессор, получив этот сигнал, начинает выборку очередной команды: выставляет адрес из счетчика команд на шину адреса, формирует команду «Выборка из ОП» на ШУ и т.д.

В каждом цикле, получив команду в регистр команд и выделив код операции, процессор определяет, к какому устройству она относится. Если команда должна выполняться процессором, организуется ее выполнение по описанному циклу. Если же команда предназначена для выполнения в другом устройстве ЭВМ, центральный процессор (ЦП) передает ее соответствующему устройству.

Процесс передачи команды другому устройству предусматривает следующие действия:

  • ЦП выставляет на шину адреса адрес интересующего его устройства.

  • По шинам управления передается сигнал «Поиск устройства». Все устройства, подключенные к системной магистрали, получив этот сигнал, читают номер устройства с шины адреса и сравнивают его со своим номером. Устройства, для которых эти номера не совпадают, на эту команду не реагируют. Устройство с совпавшим номером вырабатывает сигнал отклика по шине управления.

  • ЦП, получив сигнал отклика, в простейшем случае выставляет имеющуюся у него команду на шину данных и сопровождает ее по шине управления сигналом «Передаю команду».

  • Получив сигнал о приеме команды, ЦП переходит к выполнению очередной своей команды, выставляя на шину адреса содержимое счетчика команд.


Случайные файлы

Файл
113740.rtf
56606.rtf
184272.doc
75082-1.rtf
22926.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.