Функциональная и структурная организация ЭВМ.

Существует два взгляда на построение и функционирование ЭВМ:

1. взгляд пользователя, не интересующегося технической реализацией ЭВМ, а озабоченным только некоторым набором функций и услуг, обеспечивающие эффективное решение задач;

2. взгляд разработчика ЭВМ, усилия которого направлены на рациональную реализацию необходимых функций пользователю.

Функциональная организация – абстрактная модель описания функциональных возможностей ЭВМ и предоставляемых ею услуги. Она определяется предъявляемыми к ЭВМ требованиями, типом решаемых задач, потребностями в ресурсах ЭВМ (емкость ЗУ, разрядность, состав ЭВМ).

Структурная организация – физическая модель, устанавливающая состав, порядок, принципы взаимодействия функциональных основных частей ЭВМ без изменения технической детализации. По степени детализации структурные схемы ЭВМ могут составляться на уровне устройств, блоков, узлов, элементов. Важные характеристики ЭВМ, определяющие её функциональную и структурную организацию, являются системы и форматы команд, способы адресации, т.е. внутренний язык ЭВМ.

Формат и структура команд.

Формат и структура команд. ЭВМ работает под управлением программы, реализуемой в виде последовательности машинных команд алгоритма решения задачи. Под командой понимают совокупность информации (в виде двоичных кодов), занимающие определенные места в команде (поля) и необходимые П для выполнения требуемых действий. Это сведения о типе операций и адресной информации об операндах, месте хранения результата. Команда – код, определяющий операцию и данные в ней участвующие. Формат команды – оговоренная структура полей, её кода. В общем случае она состоит из операционной и адресной части. В первой из этих частей содержится код операции, вторая – задает вид операции.

[ Код операции, А1, А2, А3, А4 ]

А1 – адрес первого операнда, А2 – адрес второго операнда, А3 – адрес хранения результата, А4 – адрес следующей команды.

Структура команды определяется составом, назначением и расположением полей в команде. По числу адресов команды делят на трех-, двух-, одно- и безадресные. Число двоичных разрядов, отводимых под код операции, должно быть таким, чтобы можно было представить все выполняемые машиной операции. Число команд теоретически не ограничено, практически их число невелико: примерно около 200-250 команд

. N – число команд, которое м.б. реализовано, nоп – код операции.

Совокупность всех выполняемых Процессором команд, называется системой команд. Она должна быть полной, т.е. содержать все команды необходимые для реализации выполнения заданного алгоритма в машинных кодах.

Команды подразделяются на группы:

1. обработки данных;

2. перемещения/пересылки данных;

3. передачи управления;

4. дополнительные

5. прочие

Для упрощения аппаратуры и повышения быстродействия длина формата команды должна быть согласована с выбираемой, исходя из требований точности измерений, с длиной обрабатываемых машинных слов, составляющих обычно 16-32-64 бита. Формат команды должен быть короче и укладываться в машинное слово или полуслово.

Способы адресации ЭВМ

Существует два принципа поиска операндов в ЗУ: ассоциативный и адресный.

Ассоциативный поиск – поиск по содержанию – просмотр содержимого всех ячеек для выявления кодов содержащих заданной командой ассоциативных признаков. Эти коды выбираются в качестве искомых операндов.

Адресный поиск – искомый операнд извлекается из ячейки памяти, номер которой формируется на основе информации в адресном поле команд.

Исполнительный адрес Аисп – двоичный номер ячейки памяти, которая является источником или приемником операнда. Этот код направляется в регистр адреса памяти и по нему происходит фактическое обращение к указанной ячейке.

Адресный код команды – информация об адресе операнда, содержится в адресном поле команды. Как правило, адресный и исполнительный коды не совпадают.

Способ адресации – способ формирования Аисп из адресного кода. Одни из способов позволяют увеличивать объем адресуемой памяти без удлинения команды, другие ускоряют операции над массивами, упрощают работу с подпрограммами. Для указанного способа адресации в некоторых системах команд выделяют специальное поле – указатель адресации.

[КОП, Ак ]

[КОП, УА, Ак]

Классификация способов адресации:

ü Явная и неявная. Явная адресация – в команде присутствует Ак. Неявная адресация – Ак отсутствует. Применяется при стековой адресации.

ü Непосредственная, прямая и косвенная. Прямой называется такая адресация, при которой Ак совпадает с Аисп. Недостатком способа является – нерациональное использование памяти, т.к. при большом объеме адресного поля требуется длинное адресное поле команды. Достоинство состоит в том, что обеспечивается простота программирования. Непосредственная адресация – в адресном поле команды располагается операнд. В этом случае не производится обращение к памяти и время выполнения сокращается. Способ используется для задания констант длиной меньше адресного поля команды. Косвенная адресация – Ак команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда. Адрес указателя может быть неизменным, а косвенный адрес может меняться, что упрощает обработку массивов и списковых структур данных, упрощает передачу параметров в подпрограмму. Используется в ЭВМ с коротким машинным словом.

ü Абсолютная и относительная. Абсолютная адресация – преобразование кода адреса (Аисп) не производится. Относительный способ адресации – код адреса ячейки памяти образуется из нескольких составляющих (кода базы, кода индекса, кода смещения). Схемы формирования относительных адресов способами суммирования (рис. 14.1), совмещения (рис. 14.2), при индексной адресации и базировании (рис. 3).

Относительная адресация. Адрес указывается не абсолютно, а относительно некоторого числа записанного в специальном регистре – регистре базового адреса или просто базе, само число при этом называется базовым. Для хранения базового адреса в ЭВМ может быть предусмотрены специальные регистры или специально выделенные ячейки памяти. Относительная адресация позволяет при меньшей длине адресного кода получить доступ к любой ячейке. С помощью такого метода адресации удается получить перемещаемый программный модуль, который одинаково выполняется П независимо от адресов, в которых он расположен. Индексная адресация эффективна

для организации однотипных операций над элементами массива. Применяется в мини и ПЭВМ, является сочетанием косвенной и индексной адресации, содержание РегП увеличивается/уменьшается до и после выполнения операции с О на постоянную величину. При небольших аппаратных затратах этот способ высоко эффективен при обработке массивов.

Стековая адресация. Стек реализуется аппаратно или программно. При первом способе реализации стека он представляет собой группу последовательных регистров или ячеек памяти. Для чтения и записи доступен один регистр – вершина стека. Стек реализует правило: «последний пришел, первый обслуживается». Практическая реализация производится на основе обычной памяти с использованием указателя стека и автоиндексной адресации. Записи в стек производятся с увеличением индекса на единицу, а считывание с уменьшением. В отладочном устройстве «Электроника - 580» - наоборот, используется перевернутый стек.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 Следующая ⇒