Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004) (1186255), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Каждыйпорт имеет адрес — номер порта; по существу это адрес ячейки памяти,являющейся частью устройства ввода-вывода, использующего этот порт,а не частью основной па компьютера.Порту устройства соответствуют аппаратура сопряжения и дварегистра памяти — для обмена данными и управляющей информацией.Некоторые внешние устройства используют и основную память дляхранения больших объемов информации, подлежащей обмену. Многиестандартные устройства (НЖМД, НГМД, клавиатура, принтер,сопроцессор и т. д.) имеют постоянно закрепленные за ними портыввода-вывода.Схема управления шиной и портами выполняет следующиефункции:- формирование адреса порта и управляющей информации для него(переключение порта на прием или передачу и т.
д.);- прием управляющей информации от порта, информации о готовностипорта и его состоянии;- организация сквозного канала в системном интерфейсе для передачиданных между портом устройства ввода-вывода и МП.Схема управления шиной и портами использует для связи спортами кодовые шины инструкций, адреса и данных системной шины.При доступе к порту МП посылает сигнал по кодовой шине инструкций(КШИ), который оповещает все устройства ввода-вывода, что адрес накодовую шину адреса (КША) является адресом порта, а затем посылаети сам адрес порта. Устройство с совпадающим адресом порта дает ответо готовности. После чего по кодовой шине данных (КШД)осуществляется обмен данными.Процессоры IntelС развитием микроэлектронной технологии и увеличениемстепени интеграции элементов размещенный в одной электронной схеме(чипе) "процессор" стал называться "микропроцессором» (МП) По мереразвития МП его состав, архитектура и параметры естественноменялись.
Стержнем материнской (системной) платы ПК является именно МП, который и называется центральным процессорным устройством-CPU. Во время работы он все время находится в постоянном434взаимодействии с другими элементами. Какими же основнымипараметрами характеризуется МП? Этими параметрами являются:— степень интеграции микросхемы (сколько транзисторов содержится вчипе);— внутренняя разрядность данных (количество бит, которые МП можетобрабатывать одновременно);— внешняя разрядность данных (количество одновременно передаваемых бит в процессе обмена данными CPU с другими элементами);— тактовая частота (элементы, расположенные на материнской плате,работают строго в определенные моменты времени, в соответствии стактовой частотой, чтобы координировать друг с другом отдельныешаги работы и синхронизировать весь процесс — в общем, обработкаинформации происходит тем быстрее, чем выше тактовая частота);— адресуемая память (зависит от числа адресных бит).Этапы развития МП, соответствующие достижения, их основныеархитектурные и иные характеристики естественно рассмотреть наоснове МП фирмы Intel (INTegrated ELectronics), создавшей более 25 леттому назад первый полупроводниковый прибор, который сфантастической скоростью превратил компьютер в повседневныйрабочий инструмент десятков миллионов людей и оказал большоевлияние практически на все сферы человеческой деятельности.Intel 4004 (1971г.)Этот прибор послужил отправной точкой абсолютно новомуклассу полупроводниковых устройств.
Чип представлял 4-разрядныйпроцессор с классической архитектурой ЭВМ гарвардского типа (название «гарвардская архитектура» связано с компьютером "Марк-I, который имел отдельную память для команд — 1950 г.), насчитывал 2300транзисторов и работал на тактовой частоте 750 КГц (длительностьцикла команды 10,8 мкс).Чип имел адресный стек, содержащий счетчик команд и трирегистра стека типа LIFO (Last In - First Out — последним поступил —первым выводится, специальная память с ограниченной емкостью суказанной дисциплиной обслуживания); блок регистров общегоназначения — РОН (регистры сверхоперативной памяти илирегистровый файл); 4-разрядное параллельное АЛУ; аккумулятор;регистр команд; дешифратор команд; схему управления; схему связи спериферийнымиустройствами.Этифункциональныеузлыобъединялись 4-разрядной внутренней шиной данных.
Блок РОН-овсостоял из шестнадцати 4-разрядных регистров, которые можно былоиспользовать и как восемь 8-разрядных регистров. Такая организацияРОН сохранилась и в последующих МП фирмы Intel. Система команд435содержала 46 универсальных инструкций. Цикл команды МП состоял из8 тактов задающего генератора (так как чип монтировался в корпусе с 16выводами и имел узкий интерфейс с "внешним миром", то приходилосьприменять мультиплексирование шины адреса и данных, причем 12разрядный адрес выдавался порциями по 4 разряда, а прием командытребовал еще двух тактов,на выполнение самой инструкциизатрачивалось всего три такта).
Адресуемая память команд достигала 4Кбайт (для сравнения: объем памяти миниЭВМ в начале 70-х годовредко превышал 16 Кбайт).Недостатки были в скором времени устранены МП 4040, вкотором количество РОН было доведено до 24, причем они былиразделены на две области, выбираемые при помощи специальныхкоманд, т.е. процессор теперь мог обращаться к двум блокам памятикоманд емкостью 4 Кбайт, и за каждым из них можно было закрепитьсвою область регистров (8 РОН были всегда доступны дляиспользования). Можно было разрабатывать самостоятельныепрограммные модули, способные взаимодействовать через общую частьрегистрового файла. Но самое главное — это обработка одноуровневыхпрерываний, что превратило МП в прибор, применяемый в системахреального масштаба времени.
"Остановка" создала возможностьсинхронизации МП с некоторыми внешними событиями. 60 инструкций,8 Кбайт памяти команд, обработка прерываний стали достоинствомэтого МП и вывели его на первое место на рынке МП. Тем не менее,специальных команд работы со стеком пока не было.Intel 8008 (1972 г.)Первый 8-разрядный МП. Чип содержал уже 3500 транзисторов,работал на частоте 500 кГц при длительности машинного цикла 20 мкс(10 периодов задающего генератора) и в отличие от предшественниковимел архитектуру ЭВМ принстонского типа (компьютер с единойпамятью для команд и данных — архитектура Джона фон Неймана). Внем допускалось применение комбинаций постоянной и оперативнойпамяти. Значительные изменения (кроме увеличения разрядности) произошли и в регистровом файле. Из-за ограниченных возможностей применяемой технологии в качестве блока РОН была применена динамическая память, которая требовала производить регенерацию (быливведены дополнительные аппаратные средства).
МП большинствокоманд выполнял за 1-3 машинных цикла. Для работы с медленнодействующими устройствами был введен сигнал готовности (READY).Система команд содержала в общем 65 инструкций и отличаласьзначительным количеством команд условного перехода, логическихкоманд и команд сдвигов. Теперь МП мог адресоваться к памятиобъемом 16 Кбайт. Однако объем и организация стека осталисьпрежними, реализация операций со стеком по-прежнему возлагались на436программиста, узкий интерфейс с "внешним миром" требовалприменения около 20 схем средней интеграции для сопряженияпроцессора с памятью и устройствами ввода-вывода.Был выпущен усовершенствованный вариант МП 8008-1, работающий на частоте 800 КГц при длительности машинного цикла 12,5 мкс(производительность увеличилась в 1,5 раза).
Но системщики с трудоммогли обходиться без надлежащей периферии, программноеобеспечение уже с трудом вписывалось в 16 Кбайт и т.д. Требовалосьразработать более эффективную систему команд, рассчитанную наширокий круг задач (с сохранением программной совместимости спредыдущей моделью), расширение объема адресуемой памяти,поддержку интенсивного ввода-вывода без существенной потерипроизводительности, совершенствование подсистемы обработкипрерываний и т.д.Intel 8080 (1974 г.)Этот микропроцессор практически по всем статьям разительноотличался от своих предшественников.
Он работал с тактовой частотой2 МГц, циклом команды 2 мкс. Адресуемый объем памяти достиг 64Кбайт, был внедрен эффективный механизм обработки прерываний, врезультате использования корпуса с 40 выводами удалось разделитьадресную и информационную шины процессора.В регистровый файл МП были введены указатель стека (активноиспользовался при обработке прерываний) и два программнонедоступных регистра для внутренних пересылок.
В систему командбыли включены инструкции, адресующие память с использованием трехпар регистров. Блок РОН-ов был построен на основе статической, а нединамической памяти (экономия площади). Аккумулятор изрегистрового файла был перенесен в состав АЛУ. В результатеупростиласьсхемауправлениявнутреннейшиной(отпаланеобходимость использования этой шины для передачи данных междусверхоперативной памятью и АЛУ при выполнении арифметических илогических операций).Новым в архитектуре МП стало использование многоуровневойсистемы прерываний по вектору (общее число источников прерыванийдостигло 256). Но здесь для реализации прерываний пока требовалосьприменить до 10 дополнительных чипов (это требование отпало послепоявления специализированных БИС контроллеров прерываний). Вкачестве стека можно было использовать отдельную память емкостьюдо 64 Кбайт и тем самым повысить эффективность использованияоперативной памяти (экономия памяти).Из универсальных ЭВМ в 8080 был перенесен механизм прямогодоступа к памяти (ПДП-DMA), произошло освобождение CPU от управления внешними устройствами и обменом данными между памятью и437периферией (минуя CPU).
ПДП дал возможность применять в микроЭВМ накопители на магнитных дисках и лентах, дисплеи на ЭЛТ, и всеэто превратило микроЭВМ в полноценную вычислительную систему.МП был окружен целым семейством новых микросхем (БИС контроллера ПДП, контроллера прерываний и др.). В результате этогопроектирование микроЭВМ на базе семейства БИС значительноупростилось. МП стал стандартом де-факто.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
