Структура компьютера, принцип функционирования. Выполнение арифметических операций на компьютере - Программирование, компьютеры и кибернетика контрольная работа

Главная

Программирование, компьютеры и кибернетика
Структура компьютера, принцип функционирования. Выполнение арифметических операций на компьютере

Изучение структуры компьютера и принципов его функционирования. Центральный процессор и основной цикл его работы. Выполнение арифметических операций в ЭВМ. Разработка программы реализации арифметического выражения и отладка ее с помощью отладчика TD.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

«Структура компьютера, принцип функционирования. Выполнение арифметических операций на компьютере»
1. Изучение структуры компьютера и принципов его функционирования
2. Выполнение арифметических операций в ЭВМ
3. Разработка программы реализации арифметического выражения и отладка ее с помощью отладчика TD
1.1 Структурная организация компьютера
На рис. 1 представлена структурная схема ЭВМ Дж. фон Неймана, включающая устройство ввода-вывода (УВВ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), центральное устройство управления (ЦУУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ). Все устройства совместно функционируют на основе принципа программного управления.
Рис. 1. Структура ЭВМ Дж. Фон Неймана.
Процесс решения любой задачи на ЭВМ определяется алгоритмом - однозначным предписанием последовательности операций, обеспечивающих решение задачи.
Устройство ЭВМ, непосредственно осуществляющее процесс переработки цифровой информации и управление им в соответствии с заданным алгоритмом, называется центральным процессором (ЦП). Для ЦП алгоритм представляется программой - последовательностью команд, реализующих алгоритм решаемой задачи. Команда имеет операционную (КОП) и адресную (А) части (рис.2).
Адресная часть (А) указывает адрес ячеек ОП, в которых хранятся операнды (данные); операционная часть содержит код операции, характеризующий соответствующий тип операции, которую должен выполнить процессор.
Структура ПК приведена на рис. 3 и является типовой для микропроцессорных систем и ПК на базе 16-разрядного МП Kl810BM86 (аналог Intel 8086).
Рис. 3. Типовая структура ПК на базе МП К1810ВМ86
Микросистема содержит ЦП на основе МП К1810ВМ86, память, подсистему ввода-вывода, системную шину (СШ), включающую шину адреса (ША), шину данных (ШД) и шину управления (ШУ).
1.3 Логическая организация памяти
Физически память ЭВМ - Это набор ячеек, каждая из которых имеет размер 1 байт. Номер ячейки - это её адрес. Общее количество ячеек называется адресным пространством. Диапазон значений физических адресов зависит от разрядности шины адреса микропроцессора.
Логически адресное пространство памяти разбито на сегменты по 64 Кбайт. Сегменты могут перекрывать друг друга. Каждый сегмент начинается с адреса, значение которого кратно шестнадцати, например 0000h, 0010h, 0FF0h.. Физическое значение адреса вычисляется с использованием регистра сегмента, в котором хранится номер сегмента, и одного из регистров, где находится смещение (номер ячейки, отсчитываемый от начала сегмента). Число в регистре сегмента умножается на 16 и складывается со смещением.
Для хранения однобайтовых данных в памяти отводится одна ячейка. Для хранения машинных слов в памяти выделяется две ячейки. При этом младший байт слова хранится в ячейке с меньшим значением адреса, старший - с большим значением адреса. В качестве адреса слова указывается адрес младшего байта. [2],[4,5 стр.] Принцип «младшее по младшему адресу» сохраняется и для представления других единиц данных: двойных слов, многобайтных команд и т. д.
МП К18010 обеспечивает адресацию памяти емкостью 2 20 = 1 Мбайт. На программном уровне память представляют как линейную последовательность из 1 Мбайт = 2 20 байт (рис. 4).
Рис. 4 Логическая организация памяти.
1.4 Центральный процессор (ЦП) и основной цикл его работы
ЦП - основной блок ЭВМ (рис. 5). В нём можно выделить две основные части: управляющую (УЧ) и операционную (ОЧ). Операционная часть, в которой происходит преобразование информации (выполняются элементарные операции из функционального полного набора), содержит необходимые для этого средства, и в частности арифметико-логическое устройство (АЛУ) и различные регистры. Операции двоичной арифметики и булевой алгебры реализуются: в АЛУ на уровне регистровых передач между регистрами-источниками операндов и регистром результата. Эти операции осуществляются за счёт пересылки через комбинационную схему (КС), настроенную на определённую арифметическую операцию. УЧ формирует управляющие сигналы (УС) для настройки и коммутации узлов ОУ (см. рис. 5) в соответствии с выполняемой операцией, а также УС, необходимые для организации обмена информацией с ОП и внешними устройствами. Процессор реализует программное управление вычислительным процессом. Необходимую для этого управляющую информацию он получает в виде команд, хранимых в ОП. Программы вместе с исходными данными вводятся в ОП ЭВМ с помощью УВВ.
Рис. 5. Обобщенная структура процессора
ЦП управляет процессом решения задачи на основе программы, команда за командой, считываемых из ОП с последующим исполнением закодированных в них операций.
Выборка команд программы для исполнения, выборка операндов по адресам, указанным в команде, запуск операции на исполнение и запись результата в ОП поручаются устройству управляющей части процессора, называемому центральным устройством управления (ЦУУ).
При обработке i-й команды программы ЦУУ реализует следующую последовательность действий:
- выдачу и сохранение результата исполнения команды;
В состав ЦУУ входят счётчик команд (СК), хранящий адрес очередной команды, и регистр команд (РК). По адресу, содержащемуся в СК, из ОП извлекается очередная i+1 команда и записывается в РК.
Исполнение команды начинается с анализа двух полей команды - КОП и А. Код операции настраивает АЛУ на выполнение заданной операции. Адреса поступают в ОП, где по ним считываются операнды, участвующие в операции, и записывается результат. Заканчивается цикл, как правило, увеличением содержимого СК на количество байтов (длину) команды, подготавливая адрес следующей, i+1, команды. Результат операции в зависимости от типа команды может храниться в одном го регистров ЦП либо передаваться в ОП.
Способ адресации команд может быть естественным -- адрес следующей команды формируется в СК путем увеличения адреса на длину текущей команды l , т.е. СКСК+ l , либо принудительным (произвольным). При нарушении естественного порядка следования команд (разветвления, объединения, циклы) используют специальные команды управления переходами, в которых имеется адрес перехода.
Понятие «микропроцессор» (МП) в функциональном отношении совпадает с понятием ЦП и отражает лишь особенности, связанные с использованием технологии СБИС при его реализации.
В МП К1810ВМ86 (рис. 6) основные этапы выполнения команды распределены внутри МП по двум сравнительно независимым устройствам - УС и ОУ. компьютер процессор арифметический выражение
Операционное устройство (ОУ) содержит 16-битные регистры данных AX,BX,CX,DX, указатели памяти SP,BP,SI,DI, арифметико-логическое устройство АЛУ и регистр признаков F (регистр флагов). Когда ОУ занято выполнением текущей команды, устройство сопряжения УС осуществляет опережающую выборку очередных команд из памяти. Команды хранятся во внутренней регистровой памяти, называемой очередью (буфером) команд, по существу выполняющей функцию регистра команд (РК ) ЦП. В состав УС входят 16-битные регистры CS,DS,SS,ES и сумматор СМ, которые формируют 20-битный физический адрес памяти из двух 16-битных логических адресов: адреса сегмента (базы) и смещения, называемого также эффективным (исполнительным) адресом ЕА. Это реализуется путем суммирования ЕА с содержимым сегментного регистра, сдвинутого относительно ЕА влево на 4 бита, как показано на рис. 7.
Если, например, содержимое сегментного регистра данных (DS)=248Ah, а указателя памяти (SI)=143Bh, то физический адрес будет равен 25CDBh.

Рис. 6. Структурная схема МП К1810ВМ86
Рис. 7. Вычисление физического адреса
В программной модели МП (рис. 8) можно выделить четыре группы регистров: регистры данных, регистры сегментов, регистры указателей SP,BP и индексов SI, DI, регистр признаков F. Регистры указателей и регистры данных относят к регистрам общего назначения (РОН).
Рис. 8. Программная модель МП К1810ВМ86
В зависимости от того, чем оперирует команда: словами или байтами регистры данных можно рассматривать как четыре 16-битных (АХ, В.Х. СХ, DX) или как восемь 8-битных регистров (АН, ВН, CH, DH, AL, BL,CL,DL). L и Н означают младшие (Low) и старшие (High) байты 16-битных регистров. Каждый из них помимо общих выполняет и специализированные функции: АХ, AL-аккумулятор, ВХ - базовый регистр и т.д.
Память микросистемы па базе МП К1810ВМ86 содержит сегменты по 64 Кбайт. МП может иметь дело одновременно с четырьмя типами сегментов: кода (команд) CS, данных DS, стека SS и дополнительного сегмента данных ES.
Регистр CS указывает на сегмент, содержащий текущую выполняемую команду. Для вычисления адреса следующей (с учетом очереди команд) исполняемой команды МП добавляет к содержимому CS, умноженному на 2 4 содержимое указателя команд IP.
Регистр SS указывает на текущий сегмент стека, регистр сегмента данных DS - на текущий сегмент данных, обычно содержащий используемые в программе данные, а регистр ES - на текущий дополнительный сегмент, который используется для выполнения операций над цепочками.
Регистры указателей SP,ВР и индексов SI, DI предназначены для хранения внутрисегментных смещений и обеспечивающих косвенную адресацию данных в пределах текущего сегмента, но могут использоваться и как регистры данных.
Указатель команд IP адресует следующую команду программы (с учётом очереди команд) и сегменте кода CS (ведет себя как счетчик команд СК).
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Х X X X OF DF IF TF SF ZF X AF X PF X CF
управления Вспомогательный перенос
Регистровая модель МП для выполнения операции приведена на рис. 10.



Программа вычисления выражения приведена в таблице 1, трасса программы - в таблице 2.
Таблица 1. Программа вычисления выражения M=2K-2R+N-10.
1. Организация ЭВм и систем: Методические указания к курсовой работе /Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост. Г.А. Новиков, А.Г. Шевяков. Рязань, 2002. 60 с.
2. Информатика, ч.I: Методические указания к лабораторным работам / Сост. Н.И. Иопа. - Рязань: РГРТА 2002.
3. Информатика. Базовый курс / С.В. Симонович и др. СПб.: Питер, 2001, стр.114-120.
4. Шафрин Ю.А. Информационные технологии. М.: Лаборатория Базовых знаний, 1998, стр. 164-179.
Запоминающие устройства компьютера. Создание системы памяти. Характеристика микросхем динамических запоминающих устройств. Выполнение арифметических, логических или служебных операций. Ярусно-параллельная форма алгоритма. Степень и уровни параллелизма. презентация [2,4 M], добавлен 28.03.2015
Понятие и функции комплексных чисел. Правила выполнения арифметических операций с комплексными числами. Действия с комплексными числами: сложение, вычитание, произведение, деление. Программная реализация решения задачи. Пример выполнения программы. курсовая работа [398,8 K], добавлен 01.02.2010
Создание программы ввода с клавиатуры двух чисел в 9-ричной системе счисления размером с слово, выполнение над ними деления и вывода результата в исходной системе счисления. Программа предусматривает контроль вводимой информации и результат операции. лабораторная работа [11,3 K], добавлен 13.02.2009
Как изготавливается процессор. Выбор процессора для офисного, игрового и домашнего компьютеров. Как заменить центральный процессор в компьютере. Повышение быстродействия процессоров, тактовой частоты, быстродействия памяти, понижение таймингов. дипломная работа [1,7 M], добавлен 29.04.2014
Написание модуля на языке Ассемблер для вычисления значения выражения. Составление программы корректного ввода исходных данных в таблицу и вывода результата в виде таблицы. Создание модуля для обработки строк и программы корректного ввода исходных данных. курсовая работа [36,8 K], добавлен 18.09.2010
Сохранение и обработка документов в памяти компьютера с помощью Microsoft Word. Выполнение операций над строками с помощью Excel: ввод формул и текста. Файловые структуры данных, Ethernet и Интернет технологии, язык HTML и топология локальных сетей. дипломная работа [4,2 M], добавлен 12.06.2011
Выполнение арифметических операций с помощью вспомогательных переменных, которые позволяют вычислить искомую переменную. Использование оператора цикла с предусловием и полной формы условного оператора. Примеры решения задач на работу с двумерным массивом. курсовая работа [518,8 K], добавлен 07.03.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Структура компьютера, принцип функционирования. Выполнение арифметических операций на компьютере контрольная работа. Программирование, компьютеры и кибернетика.
Формирование лексических навыков на младшем и среднем этапах обучения иностранному языку
Реферат: Оптимизация ХТП на различных уровнях иерархии
Малые Тела Солнечной Системы Реферат По Астрономии
Отчет по практике по теме Прием, хранение и отпуск нефтепродуктов на нефтескладе ОАО 'Спорово' Березовского района Брестской области
Реферат по теме Реакция арабского мира на вторжение ВС США в Ирак
Отчет по практике по теме Анализ системы мотивации в РУП 'Белпочта'
Дипломная работа по теме Особенности разрешения споров, связанных с гражданско-правовой ответственностью за незаконное использование товарного знака и наименования места происхождения товара в Российской Федерации
Вич Спид Реферат
Курсовая работа по теме Технология производства сырокопчёных колбас
Реферат по теме История развития Беларуси
Великие Реформы 1860 1870 Эссе
Курсовая работа по теме Правовий режим земель оздоровчого призначення
Военная Безопасность России Реферат
Курсовая работа по теме Совершенствование системы мотивации как инструмент повышения эффективности деятельности организаций
Как Правильно Писать Литературу В Реферате
Пособие по теме Введение в природообустройство
Скифо-сарматская эпоха
Курсовая работа: Рынок труда региона
Реферат: Закон Стефана Больцмана
Демографическая ситуация в России
Теория поведения покупателей, ее место в концепции маркетинга - Маркетинг, реклама и торговля курсовая работа
Дисидентський рух в Україні у 60-70 роки - История и исторические личности презентация
Програмування в середовищі Pascal - Программирование, компьютеры и кибернетика учебное пособие