Информатика и программное обеспечение ПЭВМ (стр. 28 из 48)

В аккумуляторе МП могут выполняться некоторые действия непосредственно над данными. Это операции очистки или установки всех единиц, инверсии и сдвигов. Данные в него поступают с внутренней шины данных МП. Количество разрядов аккумулятора соответствует разрядности МП. Однако в ряде случаев аккумуляторы имеют двойную длину разрядов. Дополнительные разряды используются для размещения данных, появляющихся при выполнении некоторых арифметических операций. Так, при умножении двух 8-битовых слов результат – 16-битовый, он полностью размещается в аккумуляторе.

Счетчик команд – один из наиболее важных регистров МП.

Программа – это последовательность команд, хранимых в памяти ЭВМ и предназначенных для управления действиями машины. Для корректного выполнения программы команды должны поступать в строго определенном порядке. Когда МП начинает работать, то по команде начальной установки в счетчик команд загружаются данные из памяти – адрес, указывающий на первую команду программы. Этот адрес посылается по адресной шине к схемам управления памятью, откуда считывается команда по данному адресу и пересылается в регистр команд.

Регистр команд хранит команду во время ее дешифрования и выполнения. Входные данные поступают в этот регистр из памяти по мере последовательной выборки команд. Кроме того, в регистр команд данные могут быть записаны с помощью пульта управления ЭВМ.

Регистр адреса памяти указывает адрес в области памяти, подлежащей использованию микропроцессором. Выход этого регистра называется адресной шиной и используется для выбора области памяти или порта ввода-вывода.

В течение выборки команды из памяти регистры адреса памяти и счетчика команд имеют одинаковое содержимое. После декодирования команды счетчика команд в нем производится приращение в отличие от регистра адреса.

Буферный регистр предназначен для временного хранения данных.

Регистр состояния предназначен для хранения результатов некоторых проверок, осуществляемых в ходе выполнения программы. Его разряды содержат информацию, по которой проверяется естественная последовательность выполнения программы после выполнения команд условных переходов. Регистр состояний предоставляет программисту возможность организации работы МП так, чтобы при определенных условиях менять порядок выполнения команд.

Регистры общего назначения (РОН) имеют в своем составе набор регистров для запоминания данных. АЛУ может выполнять операции с содержимым РОН (инверсия, сдвиг и т. д.) без выхода на внешнюю магистраль адресов и данных, чем обеспечивается высокое быстродействие.

Указатель стека. Стек – это набор регистров МП или ячеек оперативной памяти, откуда данные выбираются "сверху", т. е. по принципу "последним пришел – первым вышел". При записи в стек очередного слова все записанные ранее слова смещаются на один регистр вниз, как патроны в магазине автомата при его снаряжении.

3. Схемы управления обеспечивают поддержание требуемой последовательности функционирования всех звеньев МП.

По сигналам схем управления очередная команда извлекается из регистра команд. При этом определяется, что необходимо делать с данными, а затем обеспечивается само действие.

Главной функцией схем управления является декодирование команды, находящейся в регистре команд, с помощью дешифратора команд, который в результате выдает сигналы, необходимые для ее выполнения.

4. Система шин МП.

Система шин обеспечивает связь устройств микропроцессора между собой и с внешней средой.

2.3.1.3 Программно-логическая модель центрального

процессора

На рисунке 2.11 показана логическая организация МП Intel 8086 (КР1810ВМ86). Он широко применяется в ПЭВМ семейств IBM PC, IBM PC/XT, PCjr, PS/2 (модели 25, 30). Некоторые из перечисленных машин построены на базе МП Intel 8088, который отличается количеством внешних линий данных (имеются и другие отличия, например сокращение длины очереди команд, но они не могут считаться принципиальными).

В составе МП имеется 14 программно-доступных регистров. Он манипулирует логическими адресами, содержащими 16-раз-рядный сегментный (базовый) адрес и 16-разрядное внутрисегментное смещение. Сегментные адреса находятся в одном из четырех регистров: CS – код (программа); DS – данные, SS – стек; ES – экстракод (дополнительные данные).

В состав блока регистров общего назначения (РОН) входят восемь 16-разрядных регистров, из них четыре (SP, BP, SI, DI) предназначены для хранения внутрисегментных смещений. Все РОН участвуют в выполнении арифметических и логических операций, представляя операнды и фиксируя результат.

Регистр адреса команд (счетчик адреса) IP используется для выбора команд программы в текущем сегменте кода CS.

Особо необходимо отметить назначение регистра признаков (флагов).

Как уже отмечалось, регистр признаков (флагов) предназначен для хранения данных о различных ситуациях, возникающих в программе. Младший байт регистра признаков устанавливается арифметическими или логическими операциями МП:

− признак SF принимает единичное значение при отрицательном и нулевое значение при положительном результате;

− флаг ZF принимает значение "1" при нулевом результате последней операции;

− PF устанавливает "1", если результат последней операции имеет четное число единиц;

− признак CF используется для различных целей. Он устанавливает "1" при сложении 16-битовых чисел в случае возникновения переноса и при вычитании аналогичных чисел для указания необходимости заема "1" из старшего разряда. Программа может использовать этот флаг для определения соотношения двух чисел:

и . Если выполняется операция и CF = 1, то (если CF = 0, то );

− признак AF позволяет МП выполнять операции десятичной арифметики, когда данные хранятся в двоично-десятичном коде;

− флаг переполнения OF показывает, что результат арифметической операции вышел за пределы диапазона чисел, представленных в дополнительном коде.

Остальные признаки регистра устанавливаются программистом:

− если IF = 0, то никакие внешние прерывания (за исключением немаскируемых) не смогут возникнуть;

− после занесения в TF единицы при завершении каждой команды возникает прерывание работы МП. Это помогает на этапе отладки программы;

− когда IF = 1, МП будет реагировать на внешние прерывания;

− признак DF используется при обработке блоков данных.

Для указания объектов (байтов или слов) в каждом блоке применяются индексные регистры. После обработки объекта МП изменяет содержимое индексных регистров для выбора следующего элемента данных:

− если DF = 0, то команды, работающие с блоками, увеличивают содержимое индексных регистров, при DF = 1 содержимое этих регистров уменьшается.

Рис. 2.11. Логическая организация МП Intel 8086

Шесть 8-разрядных регистров очереди команд являются программно-недоступными. Они организованы по принципу "первый пришел – первый вышел".

Схемы управления координируют работу МП.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметически и логические операции над различными операндами.

2.2.1.4 Особенности процессоров фирмы Intel

В 1969 г. компания Biscom заключила контракт с тогда еще малоизвестной фирмой Intel на разработку комплекта микросхем для калькуляторов. Разработчики применили новый подход и спроектировали универсальную микросхему – процессорный элемент, который заменил собой большое количество дискретных компонентов. Он составил основу созданного набора из четырех микросхем. Фирма Intel выкупила у Biscom права на эту микросхему и, немного усовершенствовав, в 1971 г. выпустила ее под индексом i4004. С этого скромного 4-разрядного процессорного элемента, содержавшего на кристалле 2 300 транзисторов и имевшего производительность 60 тыс. операций в секунду, началась эпоха микропроцессоров. Позже появилось устройство под номером i8008. Оно имело 8 линий данных и по производительности превосходило i4004 в несколько раз.

Первым микропроцессором, на базе которого был построен компьютер, стал i8080. Он был выпущен в 1974 г., имел 8-раз-рядную шину данных и 16-разрядную шину адреса. Для него была разработана простая и удобная система команд на 256 операций.

В целях построения на его основе компактной компьютерной системы был разработан целый комплект сопутствующих микросхем и специализированных программируемых периферийных контроллеров. Каждая из этих микросхем заменяла целый компьютерный блок, и их применение при разработке вычислительных устройств позволило резко уменьшить их размеры.

В 1979 г. фирма Intel открыла следующую страницу в истории микропроцессоров. Она предложила на суд пользователей процессор i8086, значительно отличавшийся от предшественников, которому суждено было стать родоначальником целого направления среди микропроцессоров.

МП i8086 имел 16-разрядную внутреннюю архитектуру, внешнюю шину данных той же разрядности, 20-разрядную шину адреса, позволявшую работать с адресным пространством в 1 Мбайт. В нем была реализована новая система команд, не совместимая с набором МП 8080.

Для обеспечения функционирования МП i8086 фирма выпустила набор сопутствующих микросхем и программируемых контроллеров, продолжая серию, начатую для МП 8080.

Через год фирма представила модель процессора i8088 с той же 16-разрядной архитектурой, но с 8-разрядной внешней шиной данных. Начальные модификации МП работали с частотой 4,77 МГц, у последующих она была повышена до 8 МГц. Знаменитым этот кристалл сделало то, что фирма IBM выбрала его для создания своего первого компьютера массового применения PC, а позднее и PCXT.