Архитектура компьютера
|
Теоретическая частьАрхитектура компьютераАрхитектура компьютера (АК) - абстрактное представление компьютера, которое отражает его схемотехническую, логическую и функциональную организацию. В понятие архитектуры компьютера входят:
где МП - микропроцессор, АЛУ - арифметико-логическое устройство, УУ - устройство управления, ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, ША - шина адреса, ШД - шина данных, ШУ - шина управления.
При рассмотрении общей схемы ЭВМ под интерфейсами подразумевают шины обмена информацией (на схеме ША - шина адреса, ШД - шина данных, ШУ - шина управления). Посредством этих шин организован интерфейс (связь, взаимодействие) между МП и другими частями компьютера. Для ПК на базе процессора i8086 эти шины имеют следующие разрядности: шина адреса - 20; шина данных - 8; шина управления - 1.
Регистр — 16ти-разрядная ячейка памяти, расположенная непосредственно в МП. Доступ к таким ячейкам осуществляется намного быстрее, чем к ячейкам памяти в ОЗУ. МП содержит большое количество регистров, и каждый из них имеет собственное название. Не все регистры доступны для практического использования. Ниже приведена классификация по функциональному назначению доступных регистров. а). Регистры общего назначения
Особенностью данной группы регистров является то, что они могут использоваться при различных арифметико-логических операциях (регистры арифметико-логического устройства). Для регистров ax, bx, cx, dx можно получить доступ отдельно к старшему или младшему байту слова. Старший байт обозначается h (high), младший - l (low). Так регистр ax может использоваться и целиком, и по частям: ah - старший байт регистра ax, al - младший байт регистра ax (см. Рис 2). Регистры si и di называют индексными регистрами, их можно использовать по своему усмотрению, но официально они предназначены для поддержки цепочечных команд. Регистры sp и bp лучше не использовать без особой необходимости на начальном этапе изучения ассемблера. Данные регистры используются при работе со специальной областью памяти - стеком, неправильное их использование может внести в программу труднообнаруживаемые ошибки. б). Сегментные регистрыНазвание "сегментные" данные регистры получили от применяемого в МП Intel способа адресации памяти. Этот способ состоит в поблочном использовании памяти, блоки называются сегментами. Каждая программа может одновременно использовать 4 сегмента (блока) памяти:
Для задания местоположения этих сегментов в памяти (для адресации) и применяются сегментные регистры. В данную группу входят 4 регистра:
в). Регистры состояния и управленияРегистры данной группы предоставляют доступ к некоторой дополнительной информации о состоянии МП и о результате выполнения последней арифметико-логической операции.
В регистре ip содержится адрес команды, которая будет выполняться следующей. Фактически этот адрес содержится в паре регистров cs:ip. cs содержит адрес сегмента кода, а ip - смещение (положение относительно начала сегмента) нужной команды (см организация памяти).
Флаговый регистр особо выделяется среди всех остальных. У этого регистра каждый бит (для флагового регистра биты именуется флагами) имеет определённое назначение и собственное название. Флаги отражают состояние микропроцессора и особенности результата выполнения последней арифметической или логической операции. Флаг либо установлен, либо сброшен (0, 1).
Флаги состояния:
Флаг управления:
Системные флаги:
Физическая память, к которой МП имеет доступ, называется оперативной памятью (ОП) или оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). Память можно условно представить в виде простой последовательности пронумерованных байт. Порядковый номер байта называется его физическим адресом. Доступ а любому байту ОЗУ осуществляется по шине адреса, которая, как мы уже говорили, является 20-разрядной (для i8086). Разрядность шины ограничивает объём доступной памяти, так 20 разрядов шины позволяют записать адреса от 0 до 220-1 (1 Мбайт). Все адреса удобнее записывать в шестнадцатеричном виде (диапазон физических адресов от 00000h до FFFFFh). Для записи любого физического адреса необходимо 20 разрядов. Но все регистры МП 16-разрядные. Для получения 20-разрядного адреса используется следующий механизм:
Такой механизм называется сегментацией, он поддерживается на аппаратном уровне (мы не можем его заменить или изменить). В МП имеются специальные сегментные регистры, которые содержат адреса сегментов в памяти. Так как под адресом сегмента понимается номер параграфа, с которого он начинается, то для получения физического адреса начала сегмента необходимо умножить его на 16. Например, сегмент 0032h имеет физический адрес 0032h x 10h = 00320h. Для определения адреса конкретной ячейки памяти недостаточно знать адрес сегмента, в котором она находится. Необходимо знать позицию этой ячейки относительно начала сегмента. Этот относительный адрес называют эффективным адресом или смещением. Поскольку максимальный размер сегмента ограничен 64 килобайтами, то смещение будет записываться 16-разрядным значением. Таким образом, от 20-разрядного физического адреса мы перешли к адресу, состоящему из двух 16-разрядных частей: адрес сегмента и смещение. Такие составные адреса называются логическими и записываются так:
Механизм сегментации служит не только для перехода от 20-разрядных физических адресов к 16-разрядным логическим, он необходим для защиты программ от взаимного влияния.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
© Истомин А.С.
ЗабГГПУ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
