Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ (2006), страница 2

Защита сегментов кода...................................................................................189

Защита памяти на уровне страниц.................................................................191

7.2. Мультизадачность.....................................................................................................'92

7.2.1. Сегмент состояния задачи...................................................................................193

7.2.2. Переключение задачи...........................................................................................196

11рсрывания и особые случаи...................................................................................198

7.3.1. Дескрипторная таблица прерываний..................................................................202

7.3.2. Учет уровня привилегий......................................................................................204

7.3.3. Код ошибки...........................................................................................................204

7.3.4. Описание особых случаев....................................................................................205

7.4. Средства отладки......................................................................................................209

7.4.1. Регистры отладки..................................................................................................211

Регистрация нескольких особых случаев.....................................................215

7.5. Увеличение быстродействия процессора................................................................215

7.5.1. Конвейеры.............................................................................................................216

7.5.2. Динамический параллелизм................................................................................219

7.5.3. VLIW-архитектура................................................................................................223

Выводы............................................................................................................225

7.6. Однокристальные микроЭВМ.................................................................................227

ЧАСТЬ III. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

И КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ...........................................................233

Глава 8. Описание архитектуры учебной ЭВМ..........................................235

8.1. Структура ЭВМ.........................................................................................................235

8.2. Представление данных в модели.............................................................................238

8.3. Система команд.........................................................................................................238

8.3.1. Форматы команд...................................................................................................238

8.3.2. Способы адресации..............................................................................................239

8.3.3. Система операций.................................................................................................240

8.4. Состояния и режимы работы ЭВМ..........................................................................240

8.5. Интерфейс пользователя..........................................................................................241

8.5.1. Окна основных обозревателей системы.............................................................242

Окно Процессор..............................................................................................242

Окно Память..................................................................................................244

Окно Текст программы..................................................................................245

Окно Программа.............................................................................................246

Окно Микрокомандный уровень.'...................................................................248

Окно Кэш-память..........................................................................................248

8.6. Внешние устройства.................................................................................................248

8.6.1. Контроллер клавиатуры.......................................................................................250

8.6.2. Дисплей..................................................................................................................253

8.6.3. Блок таймеров.......................................................................................................255

8.6.4. Тоногенератор.......................................................................................................257

8.7. Подсистема прерываний...........................................................................................257

8.8. Программная модель кэш-памяти...........................................................................259

8.9. Вспомогательные таблицы.......................................................................................262

Глава 9. Лабораторные работы......................................................................267

9.1. Лабораторная работа № 1. Архитектура ЭВМ и система команд.........................267

9.1.1. Общие положения.................................................................................................267

9.1.2. Пример 1................................................................................................................268

9.1.3. Задание 1................................................................................................................269

9.1.4. Содержание отчета...............................................................................................270

9.1.5. Контрольные вопросы..........................................................................................270

9.2. Лабораторная работа № 2. Программирование разветвляющегося процесса.....271

9.2.1. Пример 2................................................................................................................271

9.2.2. Задание 2................................................................................................................273

9.2.3. Содержание отчета...............................................................................................275

9.2.4. Контрольные вопросы.................................................................•........................275

9.3. Лабораторная работа № 3. Программирование цикла с переадресацией............275

9.3.1. ПримерЗ................................................................................................................275

9.3.2. Задание 3................................................................................................................277

9.3.3. Содержание отчета...............................................................................................278

9.3.4. Контрольные вопросы..........................................................................................278

9.4. Лабораторная работа №4. Подпрограммы и стек.............................................279

9.4.1. Пример 4................................................................................................................280

9.4.2. Задание 4................................................................................................................282

9.4.3. Содержание отчета...............................................................................................283

9.4.4. Контрольные вопросы,.........................................................................................283

9.5. Лабораторная работа № 5. Командный цикл процессора......................................283

9.5.1. Задание 5.1.............................................................................................................284

9.5.2. Задание 5.2...............................................................................•.............................284

9.5.3. Контрольные вопросы..........................................................................................284

9.6. Лабораторная работа № 6. Программирование внешних устройств....................286

9.6.1. Задание 6................................................................................................................286

9.6.2. Задания повышенной сложности........................................................................288

9.6.3. Порядок выполнения работы..............................................................................289

9.6.4. Содержание отчета...............................................................................................289

9.6.5. Контрольные вопросы..........................................................................................289

9.7. Лабораторная работа № 7. Принципы работы кэш-памяти...................................290

9.7.1. Задание 7................................................................................................................290

9.7.2. Порядок выполнения работы..............................................................................291

9.7.3. Содержание отчета...............................................................................................292

9.7.4. Контрольные вопросы..........................................................................................292

9.8. Лабораторная работа № 8. Алгоритмы замещения строк кэш-памяти.................292

9.8.1. Задание 8................................................................................................................293

9.8.2. Порядок выполнения работы..............................................................................293

9.8.3. Содержание отчета...............................................................................................294

9.8.4. Контрольные вопросы..........................................................................................294

Глава 10. Курсовая работа..............................................................................295

10.1. Цель и содержание работы.....................................................................................295

10.2. Задания.....................................................................................................................295

10.3. Этапы выполнения работы.....................................................................................298

10.4. Содержание пояснительной записки.....................................................................300

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................................... ₃₀₃

Приложение 1. Список сокращений, используемых в тексте.............1....305

Приложение 2. Описание компакт-диска.....................................................307

Литература.........................................................................................................₃₀₉

Предметный указатель..............................................................................311

Предисловие

Эта книга создавалась как учебное пособие по архитектуре процессоров и ЭВМ. Материал книги ориентирован на студентов инженерных специально­стей, обучающихся в области разработки программного обеспечения и ин­формационных систем, для которых "компьютерное железо" не является ос­новным предметом изучения, но которые хотят (и должны) знать основы по­строения процессоров, организацию взаимодействия основных устройств ЭВМ, программирование на низком уровне. Книга может быть полезной и студентам педагогических специальностей, в учебных планах которых преду­смотрены курсы по изучению архитектуры ЭВМ (физика, математика, ин­форматика).

Читателям необходимо владеть начальными знаниями в области цифровой схемотехники (булева алгебра, логические элементы, триггеры, операцион­ные элементы).

В основу книги положены материалы курсов лекций, читаемых автором на кафедре вычислительной техники Курского государственного технологиче­ского университета (КГТУ) и кафедре программного обеспечения и админи­стрирования информационных систем КГУ. Книга объединяет в себе теоре­тический материал, цикл лабораторных работ и задания на курсовое проекти­рование.

Пособие состоит из трех частей.

В части I рассматриваются общие принципы организации ЭВМ, включая их функциональную и структурную организацию. Достаточно подробно рас­смотрены арифметические основы ЭВМ, представление чисел в различных кодах и алгоритмы выполнения арифметических операций. Уделено внима­ние кодированию десятичных чисел и десятичной машинной арифметике, а также системам счисления в остаточных классах. Далее рассматриваются принципы построения устройств ЭВМ — концепция операционного и управ­ляющего автоматов, подходы к их синтезу. Рассмотрены управляющие авто­маты с жесткой и программируемой логикой. Отдельная глава посвящена ор­ганизации многоуровневой памяти ЭВМ, вопросам взаимодействия уст­ройств памяти разных уровней.

Часть II посвящена обсуждению базовой архитектуры систем на основе микропроцессоров д:86. Кроме внутренней структуры микропроцессора и его интерфейса рассматривается организация ввода/вывода, прерываний, прямо­го доступа в память. Кратко рассмотрена эволюция архитектуры процессоров семейства *86.

Часть III включает лабораторный практикум и курсовое проектирование. В лабораторном практикуме описывается структура и система команд разра­ботанной под руководством автора программной модели учебной ЭВМ (при­лагается компакт-диск с моделью) и предлагается к выполнению ряд работ с этой моделью. Для каждой работы сформулирована цель, индивидуальные задания, требования к оформлению отчета и контрольные вопросы; для неко­торых заданий приведены примеры выполнения. Содержанием курсовой работы является разработка арифметико-логического устройства, реализую­щего заданный набор операций с учетом ограничений на код выполнения операций и способ построения управляющего автомата. Сформулированы индивидуальные задания, определены этапы выполнения работы и содержа­ние пояснительной записки.

Автор выражает искреннюю признательность заведующему кафедрой сис­темного программирования СПбГУ профессору, докт. физ.-мат. наук А. Н. Терехову и доценту, канд. физ.-мат. наук В. А. Костину за ценные заме­чания, сделанные при рецензировании книги.