Информатика 23-24гг Тема 4. Автоматическое выполнение программы процессором

 Тема 4. Автоматическое выполнение программы процессором

Выполнение программы состоит из следующих этапов работы ПК:

- чтение процессором из ОЗУ очередной команды,

- последующее чтение процессором из ОЗУ операнда и, при необходимости,- второго,

- исполнение в процессоре закодированной в команде операции,

- запись результата операции, при необходимости, в ОЗУ или в порт,

- формирование адреса следующей команды и обращение за ней в ОЗУ.

При каждом чтении из ОЗУ процессор выставляет на ША (шина адреса) адрес ячейки памяти, на ШУ(шина управления) - сигнал ”читать”, в ответ на которые ОЗУ выставляет на ШД (шина данных), а процессор принимает содержимое ячейки памяти как очередную команду или операнд(данные, которые обрабатываются командой). При каждой записи в ОЗУ (например, при сохранении результата операции), процессор выставляет на ША адрес ячейки памяти, на ШУ - сигнал ”записать”, в ответ на которые ОЗУ принимает с ШД в указанную шиной адреса ячейку.

Как следует из принципа адресности, если команды программы расположены в ячейках памяти с последовательно возрастающими адресами, для перехода к следующей команде достаточно в процессоре увеличить адрес предыдущей команды и выставить его на ША. Это автоматическое изменение адресов команд и составляет основу автоматического управления ходом вычислительного процесса в ЭВМ.

Структурная организация процессора.

Процессор является основным «мозговым» узлом, в задачу которого входит исполнение находящегося в памяти программного кода, который получается в результате трансляции текста программы на каком-либо языке программирования. В настоящее время под словом процессор обычно подразумевают МП – микросхему, которая, помимо соответственно процессора, может содержать и другие узлы.

Простейший МП с одной внутренней шиной состоит из следующих блоков:

• УУ - устройства управления - управляет работой ЭВМ по заданной программе.
• АЛУ - арифметико-логического устройства - для выполнения закодированных в команде операций.
• РОН - регистры общего назначения - для временного хранения операндов и результатов выполненных операций.
• БФД - буфера данных, обеспечивающего двунаправленные передачи по ШД.
• Управляющих регистров, таких как:

• Регистр команд - для хранения текущей (исполняемой) команды.
• Счетчик команд - для хранения и модификации адреса текущей команды.
• Регистр флагов - для хранения флагов - признаков результатов операций или состояний МП. Они автоматически формируются в АЛУ и записываются в регистр флагов. Каждый флаг - двоичная переменная, которая хранится в отдельном триггере. Используются для ветвлений в программе.
• Регистр адреса - для хранения адресов команды, операнда, результата операции, т.е. адреса устройства, к которому обращается МП с целью получить или передать данные.

Современные МП имеют гораздо более сложную структуру, однако в них присутствуют все перечисленные выше блоки.

Стадии (этапы) выполнения команды

Упрощенно выполнение команды с участием всех блоков  можно представить следующими этапами:

• выборка (или чтение) очередной команды в регистр команды из ячейки памяти с адресом, указанным в счетчике команд;
• декодирование кода операции с помощью дешифратора в УУ;
• чтение первого операнда из ОЗУ или порта в РОН, если он хранится вне процессора
• чтение второго операнда, если операция выполняется над двумя операндами;
• исполнение операции в АЛУ;
• вывод результата в порт или запись в память;
• автоматическое изменение содержимого счетчика команд для обращения процессора к ОЗУ за следующей командой. Для линейного участка программы содержание счетчика команд после каждой команды увеличивается на число ячеек, хранящих предыдущую команду.