ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Состав и режим работы микроЭВМ МТ1804

12 3

Архитектура ЭВМ

Методические указания к лабораторным работам 6 и 7

Лабораторная работа №6

Организация и функционирование ЭВМ

Цель работы: изучение принципов построения и функционирования ЭВМ, знакомство со структурой, режимами работ, органами управления и контроля учебной микроЭВМ (представлена эмулятором).

Общие сведения и основные определения

Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) является системой, функционально предназначенной для автоматизации вычислений на основе алгоритмов. Под системой понимается совокупность элементов, объединенных в единое целое для достижения определенных целей.

Структура ЭВМ -это совокупность элементов ЭВМ и связей между ними. Функции ЭВМ не являются простой суммой функций, реализуемых отдельными элементами. Объединение нескольких элементов образует логический узел. На основе логических узлов строятся операционные схемы, обрабатывающие потоки цифровых данных (чисел). Принцип, по которому объединение элементов приводит к появлению нового качества, отличного от свойств элементов, называется принципом организации. Архитектура ЭВМ является примером реализации этого принципа.

Функции ЭВМ могут быть описаны в математической и словесной формах или в виде алгоритмов. Различают уровни описания, порожденные видом организации ЭВМ, проявляющиеся в подчинении элементов низшего ранга элементам высшего ранга. При детализации описания элементы, являющиеся простыми на высоком уровне, могут быть разложены на элементарные составляющие нижнего уровня.

Архитектура ЭВМ

Совокупность аппаратных средств образует архитектуру ЭВМ. В состав ЭВМ (рис.1) обычно входят: процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода и внешние устройства.

Для любого устройства обработки цифровой информации справедлив принцип декомпозиции, сформулированный академиком В. А. Глушковым. Суть его состоит в следующем. Устройство в функциональном отношении всегда можно разделить на две части: операционный и управляющий блоки.

Операционный блок (рис. 2) принимает из внешней среды и хранит информационные слова (ИС) - операнды, выполняет над ним заданный набор микроопераций (МО) и выдает во внешнюю среду результат преобразования и в управляющий блок и внешнюю среду осведомительные сигналы (ОС). ОС оповещают о результатах вычисления, логических условиях, знаках операндов и особых значениях промежуточных и конечных результатов операции (равенство нулю, переполнение разрядной сетки и т. д.). Управляющий блок в соответствии с кодом операции (КО) и значениями ОС вырабатывает распределенную во времени последовательность управляющих сигналов (УС), формирующих в операционном блоке нужную последовательность МО.

Рис. 1. Состав ЭВМ

Рис. 2. Декомпозиция цифрового вычислительного устройства

В соответствии с принципом декомпозиции структурную схему процессора (П) можно разбить на четыре блока (рис. 3):

- арифметико-логическое устройство (АЛУ) - операционный блок;

- управляющее устройство (УУ) - управляющий блок;

- интерфейс процессора (ИФП);

- регистровую память (РП) - сверхоперативное запоминающее устройство.

Основными блоками являются первые два устройства. АЛУ производит арифметические и логические операции над поступающими в него машинными словами в соответствии с КО команды. Необходимые команды и операции передаются в АЛУ из ИФП и РП. После выполнения операции на выходе АЛУ формируются ОС, которые необходимы УУ для выбора адреса следующей микрокоманды (МК). УУ формирует УС, используемые при выполнении функций: выбора из оперативной памяти (ОП) очередной МК, дешифрирования КО, формирования адресов операндов, выбора операндов из ОП и передачи их в АЛУ, выполнения АЛУ необходимой операции, передачи полученного результата в ОП, инициирования операций ввода-вывода в ЭВМ, организации обслуживания прерываний и т. д.

Рис. 3. Структурная схема процессора

ИФП организует обмен информацией между процессором и ОП, защиту участков ОП от несанкционированного доступа, связь процессора с внешними устройствами и пультом.

РП процессора может быть отнесена как к самому процессору, так и к одному из уровней памяти ЭВМ (рис. 4). В последнем случае по отношению к процессору память имеет двухуровневую структуру (РП считается элементом ОП). К первому уровню относятся основная память [оперативное запоминающее устройство (ЗУ)]. В оперативной памяти хранится информация, записанная в виде слов и доступная для процессорной обработки. Слово выделяется из множества других слов с помощью адреса.

Рис. 4. Память ЭВМ

Внешняя память (ВП) относится ко второму уровню. Она включает в себя накопители на гибких (Н₁), жестких магнитных (Н₂) и лазерных (Н₃) дисках. Перечисленные носители являются ЗУ с параллельным (прямым, произвольным) доступом. Информация, размещенная в ВП, напрямую недоступна для процессорной обработки.

Обмен информацией между процессором и оперативной памятью осуществляется машинными словами, формат которых задается ОП.

Регистровая память содержит 16…32 регистров общего назначения (РОН). Назначение РП состоит в уменьшении числа обращений к ОП при запоминании промежуточных результатов вычислений. Это позволяет повысить оперативность (быстродействие) ЭВМ.

Устройства ЭВМ соединяются между собой с помощью интерфейса, предназначенного для передачи электрических сигналов.

Состав и режим работы микроЭВМ МТ1804

Структура микроЭВМ

Функциональная схема микроЭВМ МТ1804 приведена на рис. 5. В соответствии с принципом декомпозиции (рис. 2) микроЭВМ функционально делится на узел управления и операционный узел.

Узел управления включает:

- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) МК объемом в 16, 32-разрядных МК, построенное на основе 8 интегральных схем К155РУ2;

- блок микропрограммного управления (БМУ), выполненный на секции секвенсора К1804ВУ1;

- 32-разрядный регистр микрокоманд (РМК), содержащий 8 интегральных схем К1804ИР1;

- переключатели мультиплексора (ПМ), адресов (ПА) и данных (ПД);

- органы управления режимами загрузки в память, работы и синхронизации [блок синхронизации (БС)].

Операционный узелсодержит:

- процессорную секцию (ПС) на основе БИС К1804ВС1;

- регистр состояния процессора (РСП) и коммутатор флагов состояния (КФС);

- регистр выходных данных (РВД);

- мультиплексор сдвига (МСС).

ОЗУ используется для записи и хранения последовательности МК, оформленной в виде микропрограммы (МП). МП должна содержать не более 16 микрокоманд. Запись в ОЗУ МК осуществляется по входам ПМ (рис. 5) группами по 4 разряда. Структура МП показана на рис. 6. В МК можно выделить группы разрядов, каждый из которых управляет определенной функцией. Адрес МК формируется хуй в соответствии с функцией управления адресом, задаваемым по входам Р (рис. 5). При выполнении программы микрокоманды с текущим адресом считываются в РМК, предназначенном для хранения текущей МК в течение времени ее выполнения.

В РВД фиксируется результат выполнения текущей МК, поступающий из ПС по шине Y. В РСП с выходов С₄, OVR, Z, F3 блока ПС заносятся признаки результатов исполнения текущей МК.

Синхронизация всех узлов микроЭВМ осуществляется блоком БС. Он

Рис.6. Распределение и заполнение памяти микропрограммы

включает в себя два генератора одиночных импульсов, управляемых переключателями ЗАГРУЗКА (при записи) и ПУСК (при выполнении).

Для контроля за функционированием микроЭВМ МТ1804 содержит три 4-разрядных светодиодных индикатора (СИ). СИ ОЗУ МК индицирует содержимое любой ячейки памяти. Адрес индицируемой ячейки задается переключателем мультиплексора. СИ ОЗУ МК обозначен надписью ПАМЯТЬ. СИ РМК обозначен надписью МИКРОКОМАНДА. Он индицирует любое поле от 0 до 7 в зависимости от кода переключателя мультиплексора. СИ ДАННЫЕ обеспечивает индикацию результата исполнения МК в восьми различных цепях микроЭВМ. Условный номер цепи задается переключателем мультиплексора. Перечень индицируемых с помощью индикатора данных (Д) СИ Д цепей в зависимости от кода мультиплексора показан в табл. 5, а контролируемые выходы – в табл. 6.

12 3