Архитектура ЭВМ с минимальной системой команд

Чулюков В.А., Джахуа Д.К., Володина Н.М.

Вычислительные системы,

Сети и телекоммуникации.

Практикум

Воронеж 2012

УДК681.3-523.8(075.8)

Печатается по решению учебно-методического совета ВГПУ

Чулюков В.А., Джахуа Д.К., Володина Н.М. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Практикум: Учебное пособие. – Воронеж: ВГПУ, 2012. – 71 с.

Пособие содержит необходимый минимум теоретического материала, примеры, методические рекомендации для студентов и преподавателей, варианты заданий для выполнения 11 лабораторных работ по дисциплине «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации», изучаемой в базовой части профессионального цикла дисциплин по направлению «Прикладная информатика». При изучении дисциплины используется авторская программа SIM (программная модель ЭВМ). Пособие удовлетворяет требованиям ФГОС. Пособие может также использоваться при изучении таких дисциплин, как «Архитектура компьютера», «Архитектура вычислительных систем», «Программные и аппаратные средства информатики».

Введение

Лабораторные работы, вошедшие в данное пособие, предназначены для изучения устройства ЭВМ с минимальной системой команд, алгоритма функционирования центрального устройства управления (ЦУУ) при выполнении арифметических и посылочных операций, операций передачи управления и ввода-вывода, а также для ознакомления с различными типами адресации: прямой, непосредственной, косвенной, относительной.

Спецификой данного цикла лабораторных работ является то, что изучение алгоритма работы ЦУУ и различных типов адресации осуществляется на примере функционирования простейшей ЭВМ с минимальной системой команд, программная модель которой реализована IBM-совместимой ЭВМ.

Так же студенты получают базовые знания о составе, классификации и функционировании информационных сетей и телекоммуникаций, на практике прорабатываются методы и способы маршрутизации и коммутации каналов и пакетов.

В результате выполнения лабораторных работ студенты должны изучить устройство ЭВМ с минимальной системой команд, получить навыки программирования ЭВМ для решения простых задач, используя при этом различные типы адресации, изучить алгоритм функционирования ЦУУ, получить навыки определения некоторых видов неисправностей как в арифметическом устройстве и оперативной памяти, так и в ЦУУ, знать состав сети, уметь организовывать и поддерживать её работу, свободно ориентироваться в методах маршрутизации и коммутации.

Архитектура ЭВМ с минимальной системой команд

1.1. Структура ЭВМ

ЭВМ, программная модель которой позволяет изучать устройство машины, состоит из оперативной памяти (ОП), арифметического устройства (АУ), устройства ввода (УВВ), устройства вывода (УВЫВ) и центрального устройства управления (ЦУУ). Структурная схема ЭВМ показана рис. 1.1.

В ячейках ОП хранятся команды и данные. Емкость ОП – 100 ячеек. По сигналу ЗП выполняется запись содержимого регистра слова (РС) в ячейку с адресом из регистра адреса (РА). По сигналу ЧТ содержимое ячейки памяти с адресом, содержащимся в РА, передается в РС.

АУ по сигналу ПУСК АУ осуществляет выполнение одной из арифметических операций, определяемой кодом операции (КОП), над содержимым аккумулятора (АК) и регистра операнда (РО). Результат операции помещается в АК. При завершении выполнения операции, АУ вырабатывает сигналы признаков результата операции: НУЛЬ=1, если результат равен 0; ЗНАК=1, если результат отрицателен; ПП=1, если при выполнении операции произошло переполнение разрядной сетки. В случаях, когда эти условия не выполняются, соответствующие сигналы имеют нулевое значение.

УВВ и УВЫВ в рассматриваемой ЭВМ, представляют собой регистры РВВ (регистр ввода) и РВЫВ (регистр вывода). Содержимое РВВ может быть передано в АК, содержимое АК – в РВЫВ.

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

В состав ЦУУ ЭВМ входят счетчик адреса команды (СЧАК), содержащий адрес команды; регистр команды (РК), содержащий код команды; регистр базового адреса (РБА), содержащий базовый адрес; регистр адреса останова (АО),

регистр номера микрокоманды, перед выполнением которой осуществляется останов (МКО); управляющий автомат (УА), вырабатывающий сигналы управления.

Регистры АК, РО, РС, РВВ, РВЫВ, РК имеют длину 5 разрядов, регистры АО, МКО, РБА, РА и СЧАК – 2 разряда. Регистры АО и МКО показаны на структурной схеме условно (рис.1.1).