Конспект лекцій за курсом "Архітектура комп'ютерів" для студентів за напрямком "Комп'ютерна інженерія"



Скачати 92.38 Kb.
Дата конвертації29.12.2016
Розмір92.38 Kb.


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА КОМП'ЮТЕРНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ

ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ



за курсом "Архітектура комп'ютерів"

для студентів за напрямком “Комп'ютерна інженерія”

Донецьк 2011

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА КОМП'ЮТЕРНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ


ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

за курсом "Архітектура комп'ютерів"

для студентів за напрямком “Комп'ютерна інженерія”

Розглянуто

на засіданні кафедри

комп'ютерної інженерії.

Протокол № 3 від

01. 11. 2010 р.

Затверджено

на засіданні навчально - видавничої

ради ДНТУ.

Протокол № 2 від 21. 03. 2011 р.

Донецьк ДНТУ 2011

УДК 681.3



Опорний конспект лекцій за курсом "Архітектура комп'ютерів" для бакалаврів за напрямком “Комп'ютерна інженерія” / Укл. В. В. Лапко, Ю.В. Губарь. - Донецьк: ДонНТУ, 2011. - 36 с.

У конспекті лекцій у стислій формі розглядаються питання побудови архітектур сучасних комп’ютерів для студентів за напрямком “Комп'ютерна інженерія”. Матеріали посібника дозволяють студентам придбати професійні навички по розробці структурних схем комп'ютерів типових архітектур, навчитися розробляти мікроалгоритми виклику команд, вибірки операндів і виконання основних базових операцій комп’ютерів.


Укладачі проф. Лапко В.В.,

доц. Губарь Ю.В.

Відповідальний

за випуск проф. Святний В.А.

Рецензент проф. Аверін Г. В.



ПЕРЕДМОВА
Даний посібник за курсом “Архітектура комп’ютерів” призначений для бакалаврів за напрямком 0501 - “Комп’ютерна інженерія” спеціальностей 7.091501 “Комп’ютерні системи і мережі” та 7.091502 “Системне програмування”

У посібнику викладені загальні питання функціональної організації центрального пристрою керування комп’ютерів, побудови архітектури і структури програмно – доступних операційних об’єктів складових пристроїв комп’ютерів. Розглянуті питання побудови архітектури сучасних центральних процесорів комп’ютерів із одноступеневим та двоступеневим керуванням, блоків виклику і обробки команд, реалізації команд і режимів роботи комп’ютерів, алгоритмичної організації системи переривань і способи формування вектору переривань у комп’ютерах, архітектурні особливості обчислювальних систем різного призначення. У стислій алгоритмічній формі розглянуто: принцип програмного керування Неймана і принципи програмного керування відмінні від неймановського принципу програмного керування; ефективність набору машинних операцій і команд з акумуляторною та регістровою архітектурою системи команд, команди пересилання даних, команди арифметичних і логічних операцій; команди переходів; команди звертання до підпрограм; способи буферізації суміші команд комп’ютерів; основні режими роботи комп’ютерів; організація одноступеневої і ієрархічної пам’яті у комп’ютерах; адресація і пошук операндів у стековій та кеш – пам’яті; динамичний розподіл і захист пам’яті з використанням і застосуванням базових регістрів, області застосування індексних регістрів; пряма, безпосередня, посередня адресація, регістрово - посередня адресація.

При вивченні дісципліни рекомендується використовувати підручники та посібники вказані в списку літератури.

Автори вдячні рецензенту - завідувачу кафедри “Комп’ютерні системи моніторінгу” доктору технічних наук, професору Г. В. Аверіну за слушні зауваження.




1.ФУНКЦІОНАЛЬНА ТА СТРУКТУРНА ОРГАНІЗАЦІЯ БЛОКУ ЗЧИТУВАННЯ КОМАНД (БЗК) КОМП’ЮТЕРІВ ІЗ РАДІАЛЬНОЮ АРХІТЕКТУРОЮ
1.1.Блок зчитування команд (БЗК) постійного формату
1.1.1.Блок зчитування команд (БЗК) за одинаковими форматами команд і слів оперативної пам'яті (ОП)
У цьому випадку команди програми зберігається в оперативній пам'яті в послідовно розташованих комірках (рис.1.1) і адреса кожної команди збігається з адресою комірки пам'яті. У силу цього лічильник адреси команд (ЛЧАК) безпосередньо визначає номер комірки ОП (рис.1.2).

У зв'язку з цим для виклику команди досить у РАП скопіювати вміст ЛЧАК (рис.1.3) і запустити в ОП операцію зчитування (Пуск ). Після завершення зчитування вмісту заданої комірки у вихідний регістр ОП (у РОП) інформаційний сигнал завершення операції зчитування установлюється в стан “1”.

По сигналу готовності даних у РОП ( ) з використанням індивідуального каналу зв'язки (РОП → РК) поточна команда завантажується в регістр команд (РК), а ЛЧАК просувається на наступну команду (ЛЧАК = ЛЧАК + 1) (рис.1.3).
1.1.2.Блок зчитування команд (БЗК) постійного формату при розширеному форматі слів основної пам’яті
На рис.1.4 наведено тестовий приклад заповнення адресного простору ОП командами програми при довжині комірки ОП (машинного слова) 32 біта (4 байта) і довжині команди 16 біт (2 байта).

В одному слові (С) ОП у цьому випадку розташовуються дві команди за форматом півслова (ПС). Отже, кількість команд (адресний простір команд) у два рази більше кількості комірок пам'яті ОП. У зв'язку із цим розрядність ЛЧАК повинна перевищувати розрядність РАП на один біт (на рис.1.4 довжина ЛЧАК рівна 4 бита). При цьому в ЛЧАК фіксується адреса півслова у поточній комірці ОП ( тобто у слові ОП) і номер активної команди. У зв’язку з цим за ЛЧАК (20) = 0 команда (півслово) викликається із старшої частини слова ( з нульового півслова ОП, тобто з РОП(0)), а за ЛЧАК (20) = 1 - з РОП (1). Розташування команд в ОП у цьому випадку наведено на рис.1.5.

Адреса команди після зчитування із ОП поточної команди повина просуватися на одне півслово (рис.1.6). Тому інкрементування ЛЧАК здійснюється за 20 – м розрядом (ЛЧАК (0 / 20) = ЛЧАК (0 / 20) + 1).

Адресація команд довжиною у півслово (ПС) у комірці пам'яті довжиною чотири півслова наведена на рис.1.7. Структура блоку і модуль “Виклик команди” наведені відповідно на рис.1.8 і рис.1.9.


1.2.Блок зчитування команд (БЗК) “суміші” форматів команд
Формат команди у цьому випадку позначається у старшому розряді як ознака “П” або “С” (рис.1.10). При зберіганні програми в ОП варіанти розташування “суміші” команд “П” і “С” у комірках ОП довжиною два півслова наведені на рис.1.11. Структура блоку і модуль виклику команди за цих умов наведені на рис.1.12 і рис.1.13.

1.3. Блок зчитування “суміші” форматів команд із буферізацією комірок пам'яті
На рис.1.14 наведена структура блоку виклику команд із буферізацією тієї частини комірки пам'яті, яка є пасивною в даному циклі роботи комп'ютера, тобто старшої частини наступної команди при природному адресуванні команд у програмі.

У цьому випадку, якщо поточна команда не є командою безумовного (або умовного) переходу (ТП = 0), у наступному циклі роботи комп'ютера вибірка команди з буферного регістру (БР) відбувається без звертання до ОП (рис.1.15). Якщо перехід на активну команду (викликовану в поточному циклі роботи обладнання керування) пов’язаний із командами умовного або безумовного переходу ( тобто за ТП = 1), вміст буферного регістру (БР) ігнорується, тобто буфер вважається порожнім.

При довжині комірки пам'яті довжиною чотири півслова (вісім байт) і “суміші” команд у півслово (“П”) і слово (“С”) довжина буферного регістру повинна забезпечувати буферизацію у найгіршому випадку трьох півслів комірки пам'яті: РОП1, РОП2 і РОП3 (рис.1.16).

При цьому ЛЧАК повинен забезпечувати адресацію команд до півслова, адреса якого повинна формуватися двома додатковими розрядами ЛЧАК (Лч (20) і Лч (21)). Вибір команди із БР1, БР2 і БР3 за природним порядком виконання програми здійснюється за даними додаткових розрядів ЛЧАК, тобто ЛЧ (20) і ЛЧ (21) (рис.1.17). Можливі варіанти розташування команд у ОП наведені на рис.1.18.







Рисунок 1.1 – Фрагмент розташування програми у ОП при зберіганні кожної команди

(КОМ) у окремій комірки ОП: КОМi - (i – а) команда програми;

α, α+1 - номер (адреса) комірки ОП; (0 ÷ 15) - довжина (розрядність)

комірки ОП (кількість біт у комірці ОП) і кожної команди.





Рисунок 1.2 – Структурна схема блоку виклику команд (рис.1.1) у регістр команд

(РК) з ОП: РАП - регістр адреси пам'яті; РОП – вихідний регістр ОП;

ЛЧАК - лічильник адреси команд; ЕОП – ознака закінчення циклу

роботи ОП (кінець операції зчитування команди з ОП).








Рисунок 1.3 – Модуль мікропрограми “Виклик команди”: СРАП, СРК, СINC, ПускRd

- сигнали керування мікроопераціями у вузлах тракту виклику команди.






Рисунок 1.4 – Адресація слів (С) і команд довжиною у півслово (ПС)





Рисунок 1.5 – Структура блоку виклику команди при зберіганні в одному машинному

слові (С) ОП двох команд довжиною у одне півслово (ПС); ЛЧАК(20) –

адреса команди (півслова (ПС)) у поточній комірці пам'яті (у слові

ОП); ЛЧАК (0 / 19) – адреса слова (комірки) ОП, у якій перебуває

потрібна команда.






Рисунок 1.6 – Модуль мікропрограми “Виклик команди” при зберіганні двох команд

(двох півслів) у одному слові (комірці) ОП.






Рисунок 1.7 – Адресація команд довжиною півслово у комірці ОП довжиною чотири

півслова (подвійного слова).




Рисунок 1.8 – Структура блоку виклику команди довжиною півслово (ПС) із комірки

пам'яті довжиною чотири півслова (00, 01, 10, 11 - номера півслів

у комірці пам'яті).





Рисунок 1.9 – Модуль мікропрограми “Виклик команди” при зберіганні команд

довжиною півслово (ПС) у комірках пам'яті ОП довжиною чотири ПС

(рис.1.7).







Рисунок 1.10 – Формати команд довжиною півслово (L = 0) і слово (L = 1).




Рисунок 1.11 – Розташування “суміші” команд довжиною півслово (П) і слово (С) в

комірках ОП довжиною слово (чотири байти): П (0), П (1) – команда

типу “П” розташована відповідно в “0” і “1” півслові РОП; 1/2 C (0),

1/2 C (1) – півслово команди типу “С”, які розташовані в “0” і “1”

півслові комірки ОП; С (0) - команда “С” починається з “0” півслова

РОП (нульового півслова комірки ОП).








Рисунок 1.12 – Структура блоку виклику команди довжиною

півслово (П) або слово (С).













Рисунок 1.13 – Модуль мікропрограми “Виклик команди” при обробці “суміші”

команд “П + С” і комірці пам'яті довжиною одне слово (С).








Рисунок 1.14 – Структура блоку виклику команди із буферизацією півслова

комірок пам'яті (РОП1)








Рисунок 1.16 – Структура блоку виклику команди із буферізацією трьох півслів

комірок пам'яті (“П”).








Рисунок 1.15 – Модуль мікропрограми “Виклик команди” із буферізацією півслова

(РОП1) комірки пам'яті (рис.1.14).







Рисунок 1.17 (початок) - Модуль “Виклик команди” із буферізацією трьох

півслів комірок пам’яті (рис.1.16).







Рисунок 1.17 (кінець) – Модуль “Виклик команди” із буферізацією трьох

півслів комірок пам'яті (рис.1.16).









Рисунок 1.18 – Розташування“суміші”команд (П+С) у комірці пам'яті довжиною два слова.




База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка