Wykład_główny.pdf

1. Podstawy funkcjonowania procesora

1.1. Zasada pracy automatu von Neumanna

ony z procesora , pa-

mi ci i modułu wej cia-wyj cia , które współpracuj za po rednic-

twem szyny adresowej, szyny danych i szyny steruj cej , zwany auto-

matem von Neumanna. Jest to układ sekwencyjny sterowany programem.

Jego istot jest pomysł von Neumanna i Turinga z 1945 r., aby pro-

gram steruj cy automatem był przechowywany w pami ci.

Szyna adresowa

Szyna danych

magistrala

systemowa

Szyna sterujaca

procesor

pamiec

modul

wej-wyj

Rys. 1.1. Schemat blokowy automatu von Neumanna

1.1.1. Działanie elementów maszyny von Neumanna

Działanie maszyny oparte jest na nast puj cych regułach działa-

nia procesora, pami ci i modułu wej cia-wyj cia pokazanych na rys.

1.2.

Działanie pami ci. Pami działa w dwóch trybach: odczytu i za-

pisu. W trybie odczytu, gdy na szynie adresowej zostaje wystawiony

ADRES, a na szynie steruj cej pojawia si sygnał odczytu pami ci

MR, pami wystawia na szyn danych DANE spod tego adresu (rys.

1.2a). W trybie zapisu, gdy na szyn adresow zostaje wystawiony

ADRES, na szyn steruj c sygnał zapisu do pami ci MW, a na szyn

- 1 -

Rozpatrzmy automat pokazany na rys. 1.1 zło

danych DANE, wówczas pami zapisuje DANE pod podany ADRES (rys.

1.2b).

(a)

(b)

ADRES

Pamiec

DANE

ADRES

Pamiec

DANE

(c)

(d)

IOW

IOR

ADRES

Modul

we-wy

DANE

ADRES

Modul

we-wy

DANE

(e)

IOR

IOW

ADRES

Procesor

DANE

Rys. 1.2. Działanie pami ci przy (a) odczycie, (b) zapisie,

działanie modułu wej cia-wyj cia przy (c) odczycie, (d) zapisie,

(e) działanie procesora

Działanie modułu wej cia-wyj cia. Moduł działa w dwóch trybach

odczytu i zapisu. W trybie odczytu, gdy na szynie adresowej zosta-

je wystawiony ADRES, a na szynie steruj cej pojawia si sygnał od-

czytu modułu wej cia-wyj cia IOR, moduł ten wystawia na szyn da-

nych DANE spod tego adresu (rys. 1.2c). W trybie zapisu, gdy na

szyn adresow zostaje wystawiony ADRES, na szyn steruj c sygnał

zapisu w module wej cia-wyj cia IOW, a na szyn danych DANE, wów-

czas moduł wej cia-wyj cia zapisuje DANE pod podany ADRES. (rys.

1.2d).

- 2 -

Działanie procesora. Procesor pracuje w trzech trybach: pobiera-

nia, przetwarzania i wysyłania. W trybie pobierania procesor wy-

stawia na szyn adresow ADRES, sygnał steruj cy MR lub IOR na

szyn steruj c , pobiera DANE z szyny danych i przechowuje je w

swoich rejestrach. W trybie przetwarzania procesor wykonuje opera-

cje arytmetyczne na danych zawartych w jego rejestrach i tam te

zapisuje ich wyniki. W trybie wysyłania procesor wystawia ADRES na

szyn adresow , sygnały steruj ce MW lun IOW na szyn steruj c i

DANE na szyn danych (rys. 1.2e).

1.1.2. Przykład

Niech podane w Tablicy 1.1 adresy od 0 do 5 dotycz pami ci. Pod

adresami od 0 do 1 znajduj si dane, natomiast od 2 do 5 program

steruj cy automatem zło

ony z rozkazów. Tutaj rozkazy zapisujemy

słownie. Urz dzeniem wej ciowym nich b dzie klawiatura.

Tablica 1.1

Adres Zawarto pami ci

0 5

2 Pobierz dan spod adresu 0 i zapisz w rejestrze A

3 Pobierz dan z klawiatury i zapisz w rejestrze B

4 Dodaj zawarto rejestru A do zawarto ci rejestru B, a wynik

zapisz w rejestrze A

5 Zawarto rejestru A zapisz w pami ci pod adresem 1

ni obszar danych (adresy od 0 do 1)

i obszar programu (adresy od 2 do 5).

na zatem wyró

W automacie von Neumanna obowi zuj nast puj ce zało

enia.

- 3 -

W pami ci mo

Obszar programu rozpoczyna si od pewnego adresu pocz tkowego (w

naszym przykładzie 2), który jest z góry ustalony. Działanie au-

tomatu wymaga inicjalizacji tego adresu.

· Obszar programu musi zajmowa kolejne miejsca pami ci i kolej-

no ta wyznacza nast pstwo stanów automatu czyli czynno ci wy-

konywanych przez procesor.

Działanie automatu von Neumanna według stanu pami ci podanego w

Tablicy 1.1 przebiega b dzie w sposób nast puj cy:

Pierwszy rozkaz:

1. Procesor umieszcza na szynie adresowej adres pocz tkowy 2 i

ustawia sygnał odczytu pami ci MR.

2. Pami umieszcza na szynie danych rozkaz: „Pobierz dan spod ad-

resu 0 pami ci i zapisz w rejestrze A”.

3. Procesor rozpoznaje adres 0, rodzaj operacji – ładowanie i nazw

rejestru docelowego A.

4. Procesor umieszcza na szynie adresowej adres 0 i ustawia sygnał

odczytu pami ci MR.

5. Pami umieszcza na szynie danych dan 5 spod tego adresu.

6. Procesor pobiera dan 5 z szyny danych i ładuje j do rejestru

Drugi rozkaz:

7. Procesor umieszcza na szynie adresowej adres nast pnego rozkazu:

2+1=3 i ustawia sygnał odczytu.

8. Pami umieszcza na szynie danych rozkaz: „Pobierz dan z kla-

wiatury i zapisz w rejestrze B”.

9. Procesor rozpoznaje rodzaj operacji – czytanie z klawiatury i

nazw rejestru docelowego B.

- 4 -

10. Procesor umieszcza na szynie adresowej adres identyfikuj cy

klawiatur i sygnał odczytu IOR.

11. Klawiatura (po naci ni ciu przez operatora) wysyła na szyn

danych wprowadzon dan , np. liczb 2.

12. Procesor pobiera dan 2 z szyny danych i ładuje do rejestru

docelowego B.

Trzeci rozkaz:

13. Procesor umieszcza na szynie adresowej adres nast pnego rozka-

zu 3+1=4 i ustawia sygnał odczytu pami ci MR.

14. Pami umieszcza na szynie danych rozkaz: „Dodaj zawarto

rejestru A do zawarto ci rejestru B, a wynik zapisz w rejestrze

A”.

15. Procesor dekoduje ten rozkaz: rozpoznaje rodzaj operacji –

dodawanie, nazwy rejestrów - A i B.

16. Procesor dodaje do zawarto ci rejestru A (liczba 5) zawarto

rejestru B (liczba 2), a wynik (równy 7) ładuje do rejestru A.

Czwarty rozkaz:

17. Procesor umieszcza na szynie adresowej adres nast pnego rozka-

zu 4+1=5 i sygnał odczytu pami ci MR.

18. Pami umieszcza na szynie danych rozkaz: „Zawarto rejestru

A zapisz w pami ci pod adresem 1”.

19. Procesor dekoduje ten rozkaz: rozpoznaje rodzaj operacji – za-

pis do pami ci, adres - 2 i nazw rejestru - A.

20. Procesor umieszcza na szynie adresowej adres 2, na szynie da-

nych zawarto rejestru A (liczb 7) i ustawia sygnał zapisu w

pami ci MW.

21. Pami zapisuje liczb 7 z szyny danych pod adresem 2.

- 5 -

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: