Методические указания к выполнению курсового проекта «Проектирование процессора эвм» по курсу «Организация эвм, комплексов и систем» для студентов дневного отделения специальности 2201 Ижевск 2001г (стр. 3 из 12)

2- принудительная с одним адресом;

3- естественная.

2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ

2.1. Состав устройств ЭВМ

ЭВМ состоит из процессора, основной (оперативной) памяти (ОП), регистровой (сверхоперативной) памяти (РП) и средств ввода-вывода информации (рис.1).

Процессор выбирает из ОП команды и выполняет все операции за исключением операций ввода-вывода (ОВВ). ОВВ инициируются процессором и выполняются средствами ввода-вывода (на рис.1 не показаны).

ОП обеспечивает хранение байтов информации, предельное число которых (предельная емкость ОП) равна 2²⁴=16777216 байт. Различные модели ЭВМ имеют разную емкость ОП: от 2¹⁶=64 Кбайта (1 Кбайт =2¹⁰ байт=1024 байт) до 4096 Кбайт в старших моделях.

Рис. 1. Структурная схема ЭВМ

В ЭВМ адресуется каждый байт ОП. За одно обращение к ОП записываются или читаются несколько байтов информации (слово ОП): 1, 2 или 4 - в младших моделях, 4 или 8 - в старших.

РП используется для увеличения быстродействия процессора и состоит из 16 регистров общего назначения РОН[0:15](0:31), каждый из которых обеспечивает хранение 32-разрядного слова, и из четырех регистров с плавающей запятой РПЗ[к](0:63), где к=0,2,4,6, каждый из которых обеспечивает хранение 64-разрядного слова. РОН идентифицируются номерами регистров - 0,1,...,15, а РПЗ - номерами 0,2,4,6.

Каждому РОН соответствует одна ячейка РП, каждому РПЗ - две ячейки РП, т.е. РОН[0:15] = РП[0:15], РПЗ[0] = РП[16].РП[17], РПЗ[2] = РП[18].РП[19] и т.д.

РОН используются в качестве индексных регистров, базовых регистров, а также для хранения слов и полуслов, участвующих в операциях общего назначения. РПЗ хранят только числа с плавающей запятой.

2.2. Элементы информации и их адресация

В ЕС ЭВМ основным элементом информации, адресуемым и обрабатываемым как целое, является байт (рис.2).

Рис. 2. Машинные элементы информации фиксированной длины

Двоичные разряды байта нумеруются слева направо значения-
ми 0,1,..,7. На основе байтов строятся полуслова (2 байта), слова (4 байта), двойные слова (8 байтов), называемые элементами информации фиксированной длины. Тип элемента информации (операнда) указывается кодом операции (КОП), который одновременно определяет и длину операндов (1,2,4 или 8 байтов).

Байты, хранимые в ОП, адресуются двоичными числами от 0 до 2^К-1, где 2^К- емкость ОП. Адрес элемента информации, состоящего из нескольких байтов, определяется адресом самого левого байта. Емкость ОП не должна превышать 2²⁴ байтов (емкость ОП указана в задании на проект). Адрес, выходящий за пределы фактической емкости ОП, (что может быть результатом ошибки в программе), рассматривается как неправильная адресация (А) и выполнение программы прекращается. Элементы информации фиксированной длины должны располагаться в ОП с адреса, кратного числу байтов в элементе (правило целочисленной границы). Из этого следует, что адрес байта может быть произвольным, адрес полуслова должен быть четным, адрес слова - кратен четырем, а адрес двойного слова - восьми (рис.3). Нарушение изложенного правила рассматривается как неправильная спецификация адреса (S) и обращение к ОП блокируется.

Рис. 3. Адресация элементов информации

2.3. Форматы данных и команд

В ЭВМ обрабатываются данные следующих типов: целые двоичные числа, числа с плавающей запятой, десятичные числа, логические значения.

Целые двоичные числа могут быть представлены в коротком и длинном форматах (рис. 4а). Нулевой разряд - знак числа. Целые числа хранятся в памяти в двоичном дополнительном коде. Числа с плавающей запятой могут быть представлены в коротком и длинном форматах (рис.4б). Нулевой разряд - знак числа. Характеристика Х(1:7) равна порядку числа, увеличенному на 64, и определяет значение порядка в диапазоне от -64 до +6З. Мантисса чисел представляется в прямом коде в шестнадцатеричной системе счисления и является числом меньше 1. Числа с плавающей запятой могут храниться в памяти ненормализованными.

Рис. 4. Форматы элементов информации:

а) целые числа;

б) числа с плавающей запятой;

в) логическая информация

Логические значения (логические величины) могут иметь длину 1, 4 или 8 байтов (рис. 4в). Логическая величина передается и обрабатывается как одно целое.