Билет №27 Центральный процессор. Организация, функционирование. Выполнение машинных команд. Слово состояния программы.

Вычислительная машина состоит из системы соединенных между собой процессоров, устройств памяти и устройств ввода –вывода.

Процессором наз. Устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных и программное управление этим процессом. Процессоры бывают: центральные – обеспечивают обработку данных; периферийные – обеспечивают ввод-вывод информации.

Функции ЦП:

• Выполнение заданной программой преобразования информации

• Осуществление управления всем вычислительным процессом.

Основные части:

• Обрабатывающее устройство – АЛУ

• Устройство у правления УУ. Функции УУ:

  • определяет последовательность выборки команд из памяти;

  • вырабатывает управляющие сигналы;

  • координирует работу устройств ЭВМ;

  • обрабатывает сигналы;

  • осуществляет диагностику ЭВМ.

Структурная схема ЦП и ОП представлена на рис 1

Рис 1

Здесь:

1. Арифметико-логическое устройство – АЛУ

2. регистр команд – РК – содержит текущую выполняемую команду

3. регистр адреса команды – РАК – указывает на адрес ячейки ОП, содержащую следующую команду

4. блок устройства управления – БУУ

5. дополнительная память – ЗСМП – может потребоваться для согласования работы ОП и ЦП, представляет собой ряд ячеек и триггеров.

6. регистры для работы с дополнительной памятью – РАМП, РЧМП

АЛУ состоит из:

1. три регистра Р1, Р2, РС, длиной n разрядов, для размещения операндов и результата

2. комбинационный сумматор n – разрядов

3. признаковые триггера Т1, Т2, обеспечивают фиксацию признака результата

   1. нулевой результат Т1 Т2 = 00;

   2. результат < 0 Т1 Т2 = 01

   3. результат > 0 Т1 Т2 = 10

   4. переполнение - 11

Процессор дешифрирует и выполняет команды программы, организует обращение к ОП, в нужных случаях инициирует работу ВУ, воспринимает и обрабатывает запросы, поступающие из устройств машины и из внешней среды (прерывания).

При выполнении каждой команды ЦП выделяют 2 этапа:

1. Этап выборки – осуществляется выборка команды из Оп на регистр команд; при этом в зависимости от ширины выборки ОП и длины команды может быть выбрана ровно 1 команда или часть ее, или несколько. В соответствие с длиной команды изменяется содержимое регистра РАК (оно увеличивается на длину выбранной команды).

2. Этап выполнения – определяется тип команды; в соответствие с типом команды УУ организует определенную последовательность действий, обеспечивающих выполнение команды. Если для выполнения команды требуются операнды, то в зависимости от способа адресации операндов может потребоваться вычисление исполнительного адреса и обращение к ОП.

Тип команды:

• Команды пересылки данных

• Команды преобразования информации

• Команды сравнения

• Команды условных переходов

• Команды управления программными циклами

• Ряд других команд.

По числу адресных полей команды бывают:

• Четырехадресные – два операнда, результата и адрес следующей команды

• Трехадресные – два операнда и результат

• Двухадресные – два операнда, результат записывается на место одного из операндов

• Одноадресные – один операнд, другой находиться в АЛУ.

• Безадресные.

Выполнение команды разделено на более мелкие этапы – микрооперации (микрокоманды), во время которых выполняется определенные элементарные действия. Конкретный состав микрооперации определяется системой команд и логич. структурой данных ЭВМ. Последовательность микрокоманд, реализующих данную операцию, образует микропрограмму операций.

Рассмотрим функционирование машины на примере двухадресной команды)

Формат команды

КОП

А1

А2

А1 и А2 операнды, результат запишем на место второго операнда.

Микропрограмма

При выполнении операции результат сохраняется в РгСм

Словосостояния программы (процессора)

При выполнении процессором программы рослее каждого рабочего такта, а тем более в результате выполнения очередной команды, изменяется содержимое регистров, счетчиков, состояние отдельных триггеров. Можно говорить, что изменяется состояние процессора, или, состояние программы.

Если при выполнении какой либо команды возникает прерывание, то ЦП должен обработать его, а затем снова вернуться к выполнению программы.

Для правильного функционирования машины при прерывании вводиться словосостояние процессора PSW, которое должно содержать:

1. Адрес следующей выполняемой команды (значение счетчика команд)

2. Состояние признаковых триггеров

3. Длина команд

Команды могут иметь разную длину и, если во время выполнения какой-либо команды произошла ошибка, то необходимо обработать ее еще раз. Для получения ее адреса надо из СК вычесть длину.

1. Код прерывания. Существуют различные типы запросов на прерывание.

В этом поле уточняется причина прерывания. Например, при прерывании вв\выв этот код указывает источник запроса прерывания (номер канала, № ВУ), при программном прерывании – причину прерывания (некорректный код операции, адреса, переполнение и др.)

5. Режим управления

а) ЦП может выполнять программу пользователя или системную. Когда машина выполняет системную программу, возможно использование более сложных команд(т.е. изменяется PSW)

б) может указано в каком коде представлена информация

6. Состояние процессора. ЦП может находиться в состоянии ожидания (программа ожидает прерывания, команды не выполняются) и в состоянии счета (команды выполняются обычным образом). Также может кодироваться режим, когда допускается или не допускается выполнение каких-либо команд.

7. Ключ защиты памяти – используется для исключения воздействия одной программы на другие программы пользователя и программ ОС. Память делится на одинаковые блоки (в ЕС ЭВМ по 2048 байт). Каждому блоку память ставится в соответствие код , который наз. ключом защиты памяти или замком, а каждой программе присваивается свой ключ. Доступ программы к блоку памяти разрешен, если коды соответствуют друг другу. Однако должна быть какая-то отмычка – универсальный ключ, например, для системных программ. Для этого можно использовать нулевой ключ(отключ. защиты памяти).

8. Поле маскирования запросов на прерывание – используется для изменения приоритетных соотношений между классами прерываний.

Маска прерываний вв\выв 0 6	Маска внешних прерыв 7	Ключ защиты программы 8 11	режим управления 12	прерав. от системы 13	Состояние процессора 14 15	Код прерывания 16 31
Длина команды 32 33	Код условия 34 35	Маска прогр. преравания 36 39	Адрес команды 40 63

Структура ССП в машинах ЕС ЭВМ

4