Какие уровни иерархии соответствуют организации памяти современных ЭВМ?

В иерархической структуре можно выделить следующие уровни памяти

 

Сверхоперативные ЗУ (СОЗУ) или местная память. Они имеют быстродействие, соизмеримое с быстродействием процессора. Емкость СОЗУ обычно составляет от нескольких десятков до нескольких тысяч слов, а период обращения - десятые или сотые доли микросекунды. Они предназначаются для хранения ряда чисел, используемых некоторой текущей последовательностью команд программы. Сверхоперативные ЗУ применяют в том случае, если быстродействие процессора ограничивается быстродействием ОЗУ.

Оперативные ЗУ (ОЗУ) или основная память, предназначены для хранения данных и программ текущих вычислений, а также программ, к которым следует быстро перейти, если в ходе вычислительного процесса возникло прерывание. ОЗУ может быть связано с процессором как непосредственными связями, так и через СОЗУ.

Постоянные ЗУ (ПЗУ) или односторонние ЗУ, предназначены только для хранения и считывания информации, которая не изменяется в процессе вычислений, например, постоянно используемые программы, различные константы, таблицы функций, микропрограммы и т.п. В ПЗУ информация записывается один раз при изготовлении, а при работе только считывается. Такие ПЗУ имеют меньшую аппаратную сложность, чем ОЗУ.

Буферные ЗУ (БЗУ). Эти ЗУ используются для промежуточного хранения данных при обмене между устройствами с разным быстродействием, например, между ОЗУ и ВЗУ. По емкости и быстродействию БЗУ занимают промежуточное место между ОЗУ и ВЗУ.

Внешние ЗУ (ВЗУ). Они предназначены для хранения больших массивов информации. Данные, хранящиеся во внешних ЗУ, непосредственно не используются в вычислительном процессе, а передаются из ВЗУ в ОЗУ.

 

Какие микрооперации модифицируют содержимое счетчика команд центрального процессорного устройства ЭВМ?

Счетчик команд—это специализированный внутренний регистр процессора, в котором хранится адрес текущей выполняемой команды.

Этот регистр не доступен для программиста в том смысле, что не существует команд прямой записи или чтения его содержимого. После сброса центрального процессора в счетчик команд записывается ноль.

Затем процессор переходит в режим выполнения программы. В процессе выполнения программы счетчик всегда указывает на текущую выполняемую команду. При считывании кода команды значение счетчика увеличивается на один или два (в зависимости от длины команды). При выполнении команд безусловного и условного переходов содержимое счетчика резко меняется. В него записывается новое значение адреса.

Определение. Новое значение адреса называется адресом перехода.

Если команда условная, то она сопровождается указанием состояния, которое должно быть предварительно проверено.

Безусловный переход (код 06.PZ.A). Выполняет переход к адресу ОЗУ, указанному непосредственно в команде, независимо от признака PZ (СТАК:= А) – команда jmp.

Переход по знаку результата (код 07.PZ.А). Выполняет условный переход к адресу программной памяти (СТАК:= А) по знаку результата в зависимости от кода PZ и значения признака ZNAK, формируемого при обращении к АЛУ. Если код PZ совпадает со значением признака ZNAK, то выполняется переход к команде с адресом А. В противном случае сохраняется естественный порядок следования команд, то есть СТАК:= СТАК + 1.

Переход по нулевому признаку (код 07.PZ.A). Выполняет условный переход к адресу ОЗУ (СТАК:= А), если результат итогового регистра АЛУ совпадает со значением признака PZ. Осуществляется переход к команде с адресом А (СТАК:= А), иначе – СТАК:= СТАК + 1.

Таким образом, перечень всех операций:

Инкремент счетчика

Сброс

Запись данных в счетчик

 

 

12. Какие варианты аппаратного решения управляющего автомата центрального процессорного устройства (CPU) ЭВМ вам известны?

Объем оборудования управляющего автомата зависит от сложности реализуемого алгоритма и от структуры этого автомата, которую можно выполнить в трех вариантах.

1. УА с жесткой (схемной, произвольной) логикой, при которой переключательные функции, необходимые для формирования заданной последовательности управляющих сигналов V, реализуются с помощью логических элементов с произвольными связями (обычно с применением схем с малой и средней степенями интеграции). Здесь используется аппаратный подход к реализации устройства.

2. УА с хранимой в памяти (гибкой, программной) логикой, при которой сигналы V вырабатываются на основе совокупности управляющих слов, хранимых в памяти автомата. В этом случае составленные микропрограммы используются в явной форме и обычно записываются в постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), выполненные на основе полупроводниковых БИС большой емкости, что позволяет обеспечить регулярность структуры УА и его компактность; здесь используется аппаратно-программный подход к реализации устройства.

3. УА на основе программируемых логических матриц (ПЛМ), в которых заданные функции реализуются с помощью БИС ПЛМ, что позволяет сочетать многие достоинства первых двух вариантов.

К основным узлам центрального процессорного устройства относятся: управляющее устройство (УУ) с регистром команд (РК) и дешифратором команд (ДШК); арифметико-логическое устройство (АЛУ) с аккумулятором (А), который является основным рабочим регистром; блок регистров общего назначения (РОН) со счетчиком команд (СК).

Жесткую логику можно реализовать с использованием дешифраторов.

Аппаратный способ формирования управляющих сигналов основывается на использовании автомата управления и реализации его схематичным образом;

Микропрограммный способ основан на том, что входные сигналы автомата управления можно представить как единая область памяти, ячейки которой содержат требуемые комбинации входных сигналов.

Процессор как два конечных автомата