ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра систем автоматизированного проектирования

и информационных систем

- 2012

Архитектура и система команд эвм

Методические указания

к лабораторным работам по дисциплинам «Функционально-структурная организация ЭВМ», «Архитектура информационных систем» для студентов по направлению подготовки бакалавров 230100 «Информатика

и вычислительная техника» (профиль «Системы автоматизированного проектирования»),

230400 «Информационные системы и технологии» («Информационные системы и технологии»)

очной формы обучения

Воронеж 2012

Составитель канд. техн. наук А.В. Питолин

УДК 681.3

Архитектура и система команд ЭВМ: методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Функционально-структурная организация ЭВМ», «Архитектура информационных систем» для студентов по направлению подготовки бакалавров 230100 «Информатика и вычислительная техника» (профиль «Системы автоматизированного проектирования»), 230400 «Информационные системы и технологии» («Информационные системы и технологии») очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. А.В. Питолин. Воронеж, 2012. 33 с.

Методические указания содержат теоретические и практические сведения по изучения архитектуры и системы команд ЭВМ, программированию различных алгоритмических структур с использованием программной модели ЭВМ.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word XP и содержатся в файле Архитектура ЭВМ.doc.

Табл. 14. Ил. 9. Библиогр.: 4 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. Е.Н. Королев

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Я.Е. Львович

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет», 2012

Архитектура и система команд эвм

1. Программная модель учебной эвм

1.1. Структура учебной эвм

Под вычислительной машиной понимают комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.

Архитектура вычислительной машины (ВМ) – это логическое построение ЭВМ. Данное понятие включает в себя перечень и формат команд, формы представления данных, механизмы ввода/вывода, способы адресации памяти и т. д.

Понятие структура ВМ включает в себя вопросы физического построения вычислительных средств: состав устройств, число регистров процессора, емкость памяти, наличие блока для обработки чисел в формате с плавающей запятой, тактовая частота центрального процессора и т. д.

Моделируемая ЭВМ включает процессор, оперативную (ОЗУ) и сверхопера­тивную память, устройство ввода (УВв) и устройство вывода (УВыв). Процес­сор, в свою очередь, состоит из центрального устройства управления (УУ), арифметического устройства (АУ) и системных регистров (CR, PC, и др.). Структурная схема ЭВМ показана на рис. 1.

Рис. 1. Общая структура учебной ЭВМ

В ячейках ОЗУ хранятся команды и данные. Емкость ОЗУ составляет 1000 ячеек. По сигналу MWr выполняется запись содержимого регистра данных (MDR) в ячейку памяти с адресом, указанным в регистре адреса (MAR). По сигналу MRd происходит считывание — содержимое ячейки памяти с адресом, содержащимся в MAR, передается в MDR.

Сверхоперативная память с прямой адресацией содержит десять регистров общего назначения R0—R9. Доступ к ним осуществляется (аналогично доступу к ОЗУ) через регистры RAR и RDR.

АУ осуществляет выполнение одной из арифметических операций, определяемой кодом операции (СОР), над содержимым аккумулятора (Асс) и регистра операнда (DR). Результат операции всегда помещается в Асс. При завершении выполнения операции АУ вырабатывает сигналы признаков результата: Z (равен 1, если результат равен нулю); S (равен 1, если результат отрицателен); OV (равен 1, если при выполнении операции произошло переполнение разрядной сетки). В случаях, когда эти условия не выполняются соответствующие сигналы имеют нулевое значение.

В модели ЭВМ предусмотрены внешние устройства двух типов. Во-первых, это регистры IR и OR, которые могут обмениваться с аккумулятором с помощью безадресных команд IN (Acc:= IR) и OUT (OR:= Acc). Во-вторых, это набор моделей внешних устройств, которые могут подключаться к системе и взаимодействовать с ней в соответствии с заложенными в моделях алгоритмами. Каждое внешнее устройство имеет ряд программно-доступных регистров, может иметь собственный обозреватель (окно видимых элементов).

УУ осуществляет выборку команд из ОЗУ в последовательности, определяемо естественным порядком выполнения команд (т. е. в порядке возрастания ад­ресов команд в ОЗУ) или командами передачи управления; выборку из ОЗУ операндов, задаваемых адресами команды; инициирование выполнения опе­рации, предписанной командой; останов или переход к выполнению следую­щей команды.

В качестве сверхоперативной памяти в модель включены регистры общего назначения (РОН) и может подключаться модель кэш-памяти.

В состав УУ ЭВМ входят:

• PC — счетчик адреса команды, содержащий адрес текущей команды;

• CR — регистр команды, содержащий код команды;

• RB — регистр базового адреса, содержащий базовый адрес;

• SP — указатель стека, содержащий адрес верхушки стека;

• RA — регистр адреса, содержащий исполнительный адрес при к венной адресации.

Регистры Асс, DR, IR, OR, CR и все ячейки ОЗУ и РОН имеют длину десятичных разрядов, регистры PC, SP, RA и RB — 3 разряда.