Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ (2006)
Описание файла
Документ из архива "Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ (2006)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "техника и элементная база средств цифровой обработки сигналов (тэбс цос)" из 11 семестр (3 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ (2006)"
Текст из документа "Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ (2006)"
I
SBN 5-94157-719-2
K 681.3(075.8) IK 32.973-02я73 Ж77Жмакин А. П.
Ж77 Архитектура ЭВМ. — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. — 320 с: ил. ISBN 5-94157-719-2
Пособие объединяет в одном издании теоретическую часть одноименной дисциплины и лабораторный практикум. Рассмотрены базовые вопросы организации ЭВМ: функциональная организация ЭВМ, системы команд и командный цикл. Большое внимание уделено арифметическим основам ЭВМ, принципам построения различных усройств и их взаимодействию. Обсуждаются вопросы построения микропроцессорных систем. Лабораторный практикум проводится на программной модели ЭВМ, представленной на прилагаемом компакт-диске. Также пособие содержит материалы для выполнения курсового проектирования.
Для студентов и преподавателей технических вузов
УДК 681.3(075.8) ББК 32.973-02я73
Группа подготовки издания:
Главный редактор Екатерина Кондукова
Зам. главного редактора Людмила Еремеевская
Зав. редакцией Григорий Добин
Редактор Анна Кузьмина
Компьютерная верстка Ольги Сергиенко
Корректор Зинаида Дмитриева
Дизайн серии Игоря Цырульникова
Оформление обложки Елены Беляевой
Зав. производством Николай Тверских
Рецензенты:
Терехов А. #., д. ф.-м. н., профессор, заведующий кафедрой системного программирования Санкт-Петербургского государственного университета Костин В. А., к. ф.-м. н., доцент кафедры информатики Санкт-Петербургского государственного университета
Лицензия ИД Ns 02429 от 24.07.00. Подписано в печать 12.12.05. Формат 70x100'/,». Печать офсетная. Усл. печ. л. 25,8. Тираж 3000 экз. Заказ № 4499 "БХВ-Петербург", 194354, Санкт-Петербург, ул. Есенина, 5Б.
Санитарно-эпидемиологическое заключение на продукцию No 77.99.02.953.Д.006421.11.04 от 11.11.2004 г. выдано Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.
Отпечатано с готовых диапозитивов
в ГУЛ "Типография "Наука" 199034, Санкт-Петербург, 9 линия, 12
О Жмакин А. П., 2006
О Оформление. иэлдтслютю "БХВ-Петербург", 2006
Оглавление
Предисловие...........................................................................................................9
ЧАСТЬ I. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭВМ..........................................11
Глава 1. Начальные сведения об ЭВМ...........................................................13
1.1. История развития вычислительной техники.............................................................13
1.2. Цифровые и аналоговые вычислительные машины.................................................15
1.3. Варианты классификации ЭВМ.................................................................................16
1.4. Классическая архитектура ЭВМ................................................................................20
1.5. Иерархическое описание ЭВМ..................................................................................21
Глава 2. Функциональная организация ЭВМ...............................................25
2.1. Командный цикл процессора.................................................................................25
2.2. Система команд процессора.......................................................................................27
2.2.1. Форматы команд.....................................................................................................27
2.2.2. Способы адресации................................................................................................28
2.2.3. Система операций...................................................................................................30
Глава 3. Арифметические основы ЭВМ.........................................................33
3.1. Системы счисления.....................................................................................................34
3.2. Представление чисел в различных системах счисления..........................................37
3.2.1. Перевод целых чисел из одной системы счисления в другую..........................37
Преобразование Zp -» Z\ -> Z,.........................................................................37
Преобразование Zp-> ZW-*Z4.........................................................................38
3.2.2. Перевод дробных чисел из одной системы счисления в другую......................41
3.2.3. Перевод чисел между системами счисления 2 <-» 8 <-» 16.................................43
3.2.4. Понятие экономичности системы счисления......................................................45
3.3. Представление информации в ЭВМ. Прямой код...................................................47
3.4. Алгебраическое сложение/вычитание в прямом коде............................................48
3.5. Обратный код и выполнение алгебраического сложения в нем.............................50
3.5.1. Алгебраическое сложение в обратном коде........................................................51
3.6. Дополнительный код и арифметические операции в нем.......................................56
3.6.1. Алгебраическое сложение в дополнительном коде............................................57
3.6.2. Модифицированные обратный и дополнительный коды..................................61
3.7. Алгоритмы алгебраического сложения в обратном и дополнительном коде........62
3.8. Алгоритмы умножения...............................................................................................64
3.8.1. Умножение в дополнительном коде.....................................................................66
3.8.2. Методы ускорения умножения..............................................................................66
3.9. Алгоритмы деления....................................................................................................70
3.9.1. Деление без восстановления остатка....................................................................71
3.10. Арифметические операции с числами, представленными в формате с плавающей запятой............................................................................................................72
3.10.1. Сложение и вычитание.........................................................................................74
3.10.2. Умножение и деление..........................................................................................77
3.11. Арифметические операции над десятичными числами.........................................78
3.11.1. Кодирование десятичных чисел..........................................................................78
3.11.2. Арифметические операции над десятичными числами...................................79
3.12. Машинная арифметика в остаточных классах........................................................83
3.12.1. Представление чисел в системе остаточных классов.......................................83
3.12.2. Арифметические операции с положительными числами................................84
3.12.3. Арифметические операции с отрицательными числами.................................87
Глава 4. Организация устройств ЭВМ...........................................................89
4.1. Принцип микропрограммного управления...............................................................89
4.2. Концепция операционного и управляющего автоматов..........................................90
4.3. Операционный автомат..............................................................................................91
4.3.1. Пример проектирования операционного автомата АЛУ...................................92
Определение форматов данных..........................................................,............92
Разработка алгоритма деления........................................................................93
Разработка структуры операционного автомата............................................95
4.4. Управляющий автомат...............................................................................................99
4.4.1. Управляющий автомат с "жесткой" логикой......................................................99
Пример проектирования УАЖЛ....................................................................100
4.4.2. Управляющий автомат с программируемой логикой......................................107
Принципы организации..................................................................................107
Адресация микрокоманд................................................................................109
Кодирование микроопераций........................................................................114
Пример проектирования УАПЛ....................................................................117
Глава 5. Организация памяти в ЭВМ...........................................................125
5.1. Концепция многоуровневой памяти........................................................................125
5.2. Сверхоперативная память.....................................................■...................................127
5.2.1. СОЗУ с прямым доступом...................................................................................128
5.2.2. СОЗУ с ассоциативным доступом......................................................................128
5.3. Виртуальная память..................................................................................................136
5.3.1. Алгоритмы замещения.........................................................................................137
5.3.2. Сегментная организация памяти.........................................................................139
ЧАСТЬ II. АРХИТЕКТУРА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ.....141
Глава 6. Базовая архитектура микропроцессорной системы..................147
6.1. Процессорный модуль..............................................................................................148
6.1.1. Внутренняя структура микропроцессора...........................................................148
6.1.2. Командный и машинный циклы микропроцессора..........................................150
6.1.3. Реализация процессорных модулей и состав линий системного интерфейса.....................................................................................................................152
6.2. Машина пользователя и система команд................................................................154
6.2.1. Распределение адресного пространства.............................................................155
6.2.2. Система команд J8086.......................................................................................... 156
6.3. Функционирование основных подсистем МПС.....................................................158
6.3.1. Оперативная память............................................................................................160
Диспетчер памяти...........................................................................................160
6.3.2. Ввод/вывод............................................................................................................161
Параллельный обмен......................................................................................161
Последовательный обмен..............................................................................166
6.3.3. Прерывания.................................................................................•..........................168
Обнаружение изменения состояния внешней среды...................................170
Идентификация источника прерывания........................................................170
Приоритет запросов........................................................................................171
Приоритет программ......................................................................................171
Обработка прерывания...................................................................................172
6.3.4. Прямой доступ в память......................................................................................175
Глава 7. Эволюция архитектур микропроцессоров и микроЭВМ..........177
И, 1. Защищенный режим и организация памяти............................................................178
7.1.1. Сегментная организация памяти.........................................................................178
7.1.2. Страничная организация памяти.........................................................................183
7.1.3. Защита памяти.......................................................................................................186
Защита памяти на уровне сегментов.............................................................187
Защита доступа к данным..............................................................................189
