Базовые компоненты компьютера

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Базовые компоненты компьютера

Содержание

2. КОМПОНЕНТЫ КОМПЬЮТЕРА На верхнем уровне компьютер состоит из центрального процессора (CPU), памяти и устройств ввода -
3. Концепция фон Неймана Практически все современные компьютеры следуют концепции, выработанной фон Нейманом. Эта концепция включает три
4. Концепция фон Неймана - к отдельным элементам данных, хранящимся в памяти, можно обращаться по адресу, характеризующему
5. Базовые компоненты компьютера Существует небольшой набор базовых логических элементов, комбинируя которые разными способами, можно создавать средства
7. Центральный процессор ЦП должен обмениваться с памятью данными и извлекать из нее команды программы Для этого
8. Центральный процессор - БРгП буферный регистр памяти (MBR), который служит для временного хранения данных, записываемых в
9. Центральный процессор РгА В/В регистр адреса внешнего устройства (I/O AR) служит для хранения адреса устройства ввода-вывода
10. Устройство оперативной памяти Содержит множество ячеек Каждая ячейка имеет свой числовой идентификатор - адрес В каждой
11. Модуль ввода-вывода Передает данные от внешнего устройства в ЦП или в память и обратно В состав
12. Выполнение программы Выполнение последовательности элементарных шагов Каждый шаг - это выполнение арифметической, логической операции или операции
13. Выполнение программы Каждая команда имеет уникальный код например Add, Move и т.д. Аппаратный сегмент принимает код
14. Командный цикл Два цикла: - Загрузка - Выполнение Схема основного цикла обработки команды
15. Цикл загрузки Программный счетчик (PC) содержит адрес следующей команды Процессор загружает команду из памяти по адресу,
16. Цикл выполнения Процессор распознает команду и выполняет необходимые действия Часть битов кода команды представляет собой код
17. Цикл выполнения Процессор - память Данные перемещаются между ЦП и памятью Процессор – модуль ввода/вывода Данные
18. Цикл выполнения Обработка данных Процессор выполняет заданную арифметическую или логическую операцию над данными Управление Изменение естественной
19. Постановка задачи Выполнить пошаговое сложение кодов двух чисел 3 и 2, расположенных в ячейках 940 и
20. Форматы команд и данных
21. Форматы команд и данных Как команды, так и данные представлены 16-разрядными словами Формат команды позволяет представить
22. Набор регистров ЦП Счетчик команд PC, в котором формируется адрес очередной команды Регистр команды IR, в
23. Набор команд 0001 - загрузка АС из памяти (1)h; 0010 - сохранение содержимого АС в памяти
24. Распределение памяти Данные
25. Распределение памяти Программа
27. Пошаговое выполнение команд 1 В счетчике команд PC содержится число 300 — адрес первой команды фрагмента
28. Пошаговое выполнение команд 2 Первые 4 разряда в IR — код операции — указывают ЦП, что
29. Пошаговое выполнение команд 4 Первые 4 разряда новой команды задают сложение содержимого АС с числом, считанным
30. Цикл команды - диаграмма состояний
31. Этапы диаграммы состояний Вычисление адреса команды При естественном порядке выполнения команд программы адрес следующей команды образуется
32. Вычисления адреса команды Если же оперативная память организована таким образом, что адресуемой единицей данных является 8-разрядный
33. Этапы диаграммы состояний Загрузка команды Считывание команды из ячейки памяти по адресу, заданному в PC, в
34. Этапы диаграммы состояний Вычисление адреса операнда Если в операции используются операнды, хранящиеся в памяти или передаваемые
36. Скачать презентацию

Слайд 2

КОМПОНЕНТЫ КОМПЬЮТЕРА
На верхнем уровне компьютер состоит из центрального процессора (CPU), памяти

и устройств ввода - вывода, с одним или более модулями каждого типа
Эти компоненты связаны некоторым способом, чтобы реализовать основную функцию компьютера - выполнить программы

Слайд 3

Концепция фон Неймана
Практически все современные компьютеры следуют концепции, выработанной фон

Нейманом. Эта концепция включает три основных момента:
- данные и команды хранятся совместно в единой подсистеме памяти, способной выполнять операции чтения и записи;

Слайд 4

Концепция фон Неймана
- к отдельным элементам данных, хранящимся в памяти,

можно обращаться по адресу, характеризующему её положение в общем массиве, независимо от смысла затребованных данных, т.е. независимо от того, являются ли эти данные командой или операндами;
- заданный алгоритм решения задачи реализуется последовательным выполнением элементарных команд в порядке их расположения в памяти, если только иное не будет указано явно.

Слайд 5

Базовые компоненты компьютера
Существует небольшой набор базовых логических элементов, комбинируя которые разными

способами, можно создавать средства хранения данных и их логической обработки, в том числе и выполнения арифметических операций

Слайд 6

Слайд 7

Центральный процессор
ЦП должен обмениваться с памятью данными и извлекать из

нее команды программы
Для этого в составе ЦП имеются два регистра (внутренних элемента памяти)
- РгАП регистр адреса памяти (MAR), в котором формируется адрес очередной ячейки памяти для выполнения записи или чтения

Слайд 8

Центральный процессор
- БРгП буферный регистр памяти (MBR), который служит для

временного хранения данных, записываемых в память или считанных из памяти
ПСч программный счетчик (PC) хранит адрес очередной команды
РгК регистр команд (IR) служит для временного хранения выполняемой команды

Слайд 9

Центральный процессор
РгА В/В регистр адреса внешнего устройства (I/O AR) служит для

хранения адреса устройства ввода-вывода
БРг В/В регистр данных внешнего устройства (I/O BR) — для хранения данных, передаваемых в устройство ввода-вывода или получаемых из него

Слайд 10

Устройство оперативной памяти
Содержит множество ячеек
Каждая ячейка имеет свой числовой идентификатор

- адрес
В каждой ячейке хранится слово, которое может быть интерпретировано или как элемент данных, либо как команда

Слайд 11

Модуль ввода-вывода
Передает данные от внешнего устройства в ЦП или в

память и обратно
В состав модуля ввода-вывода входят внутренние буферы для временного хранения передаваемых данных

Слайд 12

Выполнение программы
Выполнение последовательности элементарных шагов
Каждый шаг - это выполнение арифметической, логической

операции или операции обмена данными
Для каждой операции требуется индивидуальный набор управляющих сигналов

Слайд 13

Выполнение программы
Каждая команда имеет уникальный код
например Add, Move и т.д.
Аппаратный

сегмент принимает код и формирует сигналы управления
Процесс обработки отдельной команды принято называть циклом обработки команды

Слайд 14

Командный цикл
Два цикла:
- Загрузка
- Выполнение
Схема основного цикла обработки команды

Слайд 15

Цикл загрузки
Программный счетчик (PC) содержит адрес следующей команды
Процессор загружает команду из

памяти по адресу, указанному в программном счетчике
Инкремент программного счетчика, если не указан адрес перехода
Команда загружается в регистр команд (РгК) процессора

Слайд 16

Цикл выполнения
Процессор распознает команду и выполняет необходимые действия
Часть битов кода команды

представляет собой код операции, определяющий, какая именно операция должна быть выполнена процессором
Выполняя заданную операцию, процессор будет производить элементарные действия, которые можно разделить на четыре категории

Слайд 17

Цикл выполнения
Процессор - память
Данные перемещаются между ЦП и памятью
Процессор –

модуль ввода/вывода
Данные перемещаются между ЦП и модулем в/в

Слайд 18

Цикл выполнения
Обработка данных
Процессор выполняет заданную арифметическую или логическую операцию над

данными
Управление
Изменение естественной последовательности команд программы
Например, условный или безусловный переход

Слайд 19

Постановка задачи
Выполнить пошаговое сложение кодов двух чисел 3 и 2, расположенных

в ячейках 940 и 941 оперативной памяти. Результат разместить в ячейке 941. Набор команд следует разместить в последовательности ячеек памяти, начиная с адреса 300

Слайд 20

Форматы команд и данных

Слайд 21

Форматы команд и данных
Как команды, так и данные представлены 16-разрядными словами

Формат команды позволяет представить множество 24 = 16 различных кодов инструкций и 212 = 4096 (4K) слов памяти при прямой адресации

Слайд 22

Набор регистров ЦП
Счетчик команд PC, в котором формируется адрес очередной команды
Регистр

команды IR, в который считывается и в котором хранится в процессе выполнения очередная команда
Аккумулятор АС - рабочий регистр для временного хранения данных

Слайд 23

Набор команд
0001 - загрузка АС из памяти (1)h;
0010 - сохранение содержимого

АС в памяти (2)h;
0101 - добавление к содержимому АС числа, считанного из памяти (5)h.

Слайд 24

Распределение памяти
Данные

Слайд 25

Распределение памяти
Программа

Слайд 26

Слайд 27

Пошаговое выполнение команд
1 В счетчике команд PC содержится число 300 —

адрес первой команды фрагмента
Эта команда на фазе извлечения считывается в регистр команд IR
При считывании команды одновременно выполняется приращение адреса в PC

Слайд 28

Пошаговое выполнение команд
2 Первые 4 разряда в IR — код операции

— указывают ЦП, что нужно выполнить чтение ячейки памяти по адресу, заданному в остальной части команды (940), и результат записать в аккумулятор АС
3 Следующая команда извлекается из ячейки памяти, заданной содержимым PC, а само содержимое PC увеличивается

Слайд 29

Пошаговое выполнение команд
4 Первые 4 разряда новой команды задают сложение содержимого

АС с числом, считанным из ячейки памяти, адрес которой указан в адресной части команды. Вычисленная сумма остается в АС.
5 Извлекается следующая команда.
6 Содержимое АС записывается в память по адресу, указанному в адресной части команды — в ячейку 941.

Слайд 30

Цикл команды - диаграмма состояний

Слайд 31

Этапы диаграммы состояний
Вычисление адреса команды
При естественном порядке выполнения команд

программы адрес следующей команды образуется в результате прибавления константы к адресу текущей команды
Если, например, длина команды 16 разрядов, и такую же разрядность имеют слова в памяти, то адрес каждой очередной команды отличается от адреса предыдущей на 1.

Слайд 32

Вычисления адреса команды
Если же оперативная память организована таким образом, что адресуемой

единицей данных является 8-разрядный байт, то следует адрес в PC увеличивать на 2.

Слайд 33

Этапы диаграммы состояний
Загрузка команды
Считывание команды из ячейки памяти по

адресу, заданному в PC, в регистр процессора
Дешифрация кода операции
Анализ кода операции и выяснение типа затребованной операции, количества и типов участвующих в ней операндов (или операнда)

Слайд 34

Этапы диаграммы состояний
Вычисление адреса операнда
Если в операции используются операнды,

хранящиеся в памяти или передаваемые через подсистему ввода-вывода, то на этой фазе определяются их "физические" адреса
Загрузка операнда
Считывание операнда из заданной ячейки памяти или из модуля ввода-вывода

Базовые компоненты компьютера

Содержание

КОМПОНЕНТЫ КОМПЬЮТЕРАНа верхнем уровне компьютер состоит из центрального процессора (CPU), памяти

Концепция фон Неймана Практически все современные компьютеры следуют концепции, выработанной фон

Концепция фон Неймана - к отдельным элементам данных, хранящимся в памяти,

Базовые компоненты компьютераСуществует небольшой набор базовых логических элементов, комбинируя которые разными

Центральный процессор ЦП должен обмениваться с памятью данными и извлекать из

Центральный процессор - БРгП буферный регистр памяти (MBR), который служит для

Центральный процессорРгА В/В регистр адреса внешнего устройства (I/O AR) служит для

Устройство оперативной памяти Содержит множество ячеекКаждая ячейка имеет свой числовой идентификатор

Модуль ввода-вывода Передает данные от внешнего устройства в ЦП или в

Выполнение программыВыполнение последовательности элементарных шаговКаждый шаг - это выполнение арифметической, логической

Выполнение программыКаждая команда имеет уникальный код например Add, Move и т.д.Аппаратный

Командный циклДва цикла: - Загрузка - ВыполнениеСхема основного цикла обработки команды

Цикл загрузкиПрограммный счетчик (PC) содержит адрес следующей командыПроцессор загружает команду из

Цикл выполненияПроцессор распознает команду и выполняет необходимые действияЧасть битов кода команды

Цикл выполненияПроцессор - память Данные перемещаются между ЦП и памятьюПроцессор –

Цикл выполненияОбработка данных Процессор выполняет заданную арифметическую или логическую операцию над

Постановка задачиВыполнить пошаговое сложение кодов двух чисел 3 и 2, расположенных