Принцип программного управления

Память машины можно представлять себе как длинную страницу, состоящую из отдельных строк. Каждая такая строка называется ячейкой памяти, и в свою очередь, разделяется на разряды. Содержимым любого разряда может быть либо 0, либо 1. Значит, в любую ячейку памяти записывается некоторый набор нулей и единиц машинное слово. Все ячейки памяти занумерованы. Номер ячейки называют её адресом.

Наличие у каждой ячейки адреса позволяет отличать ячейки друг от друга, обращаться к любой ячейке, чтобы записать в неё новую информацию или извлечь ту информацию, которая в ней хранится.

Все ЭВМ работают в принципе одинаково. Когда бы вы ни заглянули в память ЭВМ, в её ячейках хранятся наборы нулей и единиц. ЭВМ выполняет без участия человека не только одну команду, но и длинную последовательность команд (программу) . В этом и состоит один из основных принципов работы ЭВМ - принцип программного управления.

Каждая команда кодируется некоторой последовательностью из нулей и единиц и помещается, как и число, в одной ячейке оперативной памяти. Команда состоит из двух частей: кодовой и адресной. Кодовая часть команды указывает, какое действие должно быть выполнено, а адресная определяет расположение в памяти компьютера исходных данных и результата.

Общий вид команды машины может быть таким: К А1 А2 А3, где К - код действия, а А1, А2, А3 - адреса ячеек памяти (на каждый адрес отводится по три разряда) . Для выполнения команд служит специальное арифметико-логическое устройство (АЛУ) . Оно состоит из двух особых ячеек - счётчика команд и регистра команд, а также сумматора. При выполнении ЭВМ программы в счётчик команд последовательно заносятся номера ячеек, где содержатся исполняемые команды, сами команды помещаются в регистр команд, а в сумматоре происходят арифметические действия. Сумматор также имеет свою ячейку - для промежуточных результатов вычислений. Отметим, что команды современных ЭВМ могут занимать несколько ячеек памяти.

КОМАНДЫ ПРОЦЕССОРА.

1. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ - это такие операции, как сложение, вычитание, умножение, деление и другие.

2. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ - это такие операции, как сравнение, отредактировать и отметить, логическое И и логическое ИЛИ, исключение, проверка по маске и прочее.

3. ОПЕРАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА - это такие операции, как начать, остановить, опросить устройства ввода-вывода, опросить каналы и так далее.

4. ОПЕРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СОСТОЯНИЯ - это такие операции, как проверить и установить, загрузить реальные адреса и так далее.

МИКРОПРОЦЕССОР. ОСНОВНОЙ АЛГОРИТМ РАБОТЫ ПРОЦЕССОРА.

Микропроцессор - это процессор, выполненный в виде большой интегральной схемы(БИС) и заключённый в герметический корпус. В основе любой ПЭВМ(персональной ЭВМ) лежит использование микропроцессоров. Микропроцессор является "мозгом" компьютера. Он осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой остальных устройств компьютера.

Основными характеристиками микропроцессора являются быстродействие и разрядность. Быстродействие - это число выполняемых операций в секунду. Разрядность характеризует объём информации, который микропроцессор обрабатывает за одну операцию: 8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8 бит информации, 32-разрядный - 32 бита. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. В IBM PC используются микропроцессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм.

Любую задачу компьютер разбивает на отдельные логические операции, производимые над двоичными числами, причем в одну секунду осуществляются сотни тысяч или миллионы таких операций. Сложение, вычитание, умножение и деление элементарные операции, выполняемые А Л У ЭВМ. Полный набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют основу А Л У. Помимо арифметического устройства АЛУ включает и логическое устройство, предназначенное для операций, при осуществлении которых отсутствует перенос из разряда в разряд. Иногда эти операции называют логическое И и логическое ИЛИ. Все операции в АЛУ производятся в регистрах специально отведенных ячейках АЛУ. Время выполнения простейших операций определяется минимальным временем сложения двух операндов, находящихся в регистрах. В случае, если одно или оба слагаемых находятся не в регистра, а в запоминающем устройстве (ЗУ) , учитывается также время пересылки слагаемых в регистры и время записи полученной суммы в ЗУ. В большинстве современных микропроцессоров это время составляет от нескольких сотен наносекунд до нескольких микросекунд.

У У - устройство управления, управляет процессом обработки и обеспечивает связь с внешними устройствами.

РЕГИСТРЫ внутренние носители информации микропроцессора. Это внутренняя память процессора. Регистров - три. Один хранит команды или инструкции, два других данные. В соответствии с командами процессор может производить сложение, вычитание или сопоставление содержимого регистров данных.

Основной микропроцессор определяет быстродействие компьютера. Исходный вариант компьютера IBM PC и модель IBM PC XT используют микропроцессор Intel-8088. Модель IBM PC AT использует более мощный микропроцессор Intel-80286 и ее производительность приблизительно в 5-6 раз больше, чем у IBM PC XT. Модели серии PC/2 используют более мощный микропроцессор Intel-80386. Их производительность приблизительно в 3-4 раза больше, чем у IBM PC AT, однако это увеличение производительности существенно, в основном, для решения задач, требующих большого об'ема вычислений.

Характеристики микропроцессоров. Микропроцессоры отличаются друг от друга двумя характеристиками: типом(моделью) и тактовой частотой. Наиболее распространены модели Intel-8088,80286,80386SX, 80386(DX) , 80486(SX, SX2, DX, DX2, DX4 и т.д.) и Pentium, они приведены в порядке возрастания производительности и цены. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность и цена микропроцессора.

Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду.

Тактовая частота измеряется в мегагерцах(МГц) . Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.

Поэтому микропроцессор Intel-80386 работает в два раза быстрее Intel-80286 с такой же частотой.

Сопроцессоры. Микропроцессоры 8088,80286,80386 сконструированы так, что они позволяют использовать арифметические сопроцессоры 8087,80287,80387 фирмы "Intel"-соответственно.

Специализация сопроцессоров состоит в быстрой обработке чисел с плавающей запятой. Они могут выполнять как обычные операции сложения, вычитания, умножения и деления, так и более сложные операции, такие как вычисление тригонометрических функций Конструктивно заложенные в микропроцессор сигналы, позволяют передавать работу сопроцессору и затем получать результаты обработки. Чтобы использовать арифметический сопроцессор, находящийся в составе компьютера, необходимы программы, которые могут выдавать специальные коды, необходимые для запуска сопроцессора.

Основной алгоритм работы процессора.

Процессор начинает работу после того, как программа записана в память ЭВМ, а в Счетчик Команд записан адрес первой команды программы. Работу процессора можно описать следующим циклом: НЦ | чтение команды из памяти по адресу, записанному в СК | увеличение СК на длину прочитанной команды | выполнение прочитанной команды КЦ Обратите внимание, что после чтения очередной команды процессор увеличивает СК на длину команды. Поэтому при следующем выполнении тела цикла процессор прочтет и выполнит следующую команду программы, потом еще одну и т.д. Цикл закончится, когда встретится и будет выполнена специальная команда "стоп".

В итоге ЭВМ автоматически, без участия человека, команда за командой выполнит всю команду целиком.

Автоматизм работы процессора, возможность выполнения длинных последовательностей команд без участия человека - одна из основных отличительных особенностей ЭВМ как универсальной машины обработки информации.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. А. Г. Кушниренко, Г. В. Лебедев, Р. А. Сворень. "ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. " МОСКВА "ПРОСВЕЩЕНИЕ" 1990

2. А. Г. Гейн, В. Г. Житомирский, Е. В. Линецкий, М. В. Сапир, В. Ф. Шолохович. "ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ. " МОСКВА "ПРОСВЕЩЕНИЕ" 1994.

3. А. М. Кенин, Н. С. Печенкина. "РАБОТА НА IBM PC. " МОСКВА "КНИГА, ЛТД" 1993

4. В. Э. Фигурнов. "IBM PC ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ. " САНКТ-ПЕТЕРБУРГ АО "КОРУНА" 1994

5. О. Е. Вершинин. "ЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКА ИНФОРМАТИКИ. " МОСКВА "ПРОСВЕЩЕНИЕ" 1992

6. Р. В. Дробышевский, А. П. Лифенко. "ПК ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ" ЛЕНИНГРАД ИМА-пресс, АПН 1990