Устройство ввода загружает программы в память, ЦП извлекает программные инструкции из памяти и генерирует данные перед выводом этих данных на устройство вывода. Эта компьютерная система была предложена Джоном фон Нейманом в 1940-х годах.

Персональный компьютер

Часы - это настоящие часы, которые контролируют всю систему.

Системная шина - это набор проводов, которые позволяют частям компьютера передавать данные по проводам, а другая часть считывает эти данные.

Процессор

ЦП выбирает и выполняет инструкции из основной памяти. Выполняемые им инструкции очень простые, такие как простое сложение и вычитание.

Работа процессора синхронизирована по часам.

Системная шина

Системная шина - это набор проводов, используемых для передачи данных между различными частями компьютера. Отправитель помещает сообщение в шину, а получатель снимает данные с шины.

Системная шина состоит из 3 компонентов:

  • Адресная шина
  • Шина данных
  • Шина управления

Адресная шина используется для указания того, к каким ячейкам памяти необходимо обращаться, шина данных используется для передачи значений, а шина управления сообщает получателю, что делать с данными и адресами.

На самом деле автобусов, соединенных между собой, обычно несколько.

Должен быть один обмен данными на шину за цикл, иначе произойдет конфликт шины.

Устройства ввода / вывода

При выполнении операций ввода-вывода ЦП должен знать, когда устройство готово. Есть два способа сделать это:

При опросе ЦП периодически проверяет, готово ли устройство ввода-вывода, завершило ли его выполнение или имеет ли он ввод.

Прерывание - это когда устройство ввода-вывода прерывает работу ЦП, не позволяя ему завершить то, что он в настоящее время делает для обработки действий ввода-вывода.

объем памяти

Все программы и данные перед обработкой должны быть преобразованы в двоичную форму и сохранены в основной памяти.

Есть 3 типа памяти:

  • RAM (оперативная память) для чтения и записи, энергозависимая. Формирует большую часть основной памяти.
  • ROM (постоянное запоминающее устройство) Только чтение. Энергонезависимая. Используется для хранения системного загрузочного кода.
  • Флэш-чтение и запись. Энергонезависимая. Используется в флеш-накопителях и твердотельных накопителях.

Память можно представить как последовательность слов, каждое из которых имеет свой уникальный адрес. Большинство современных систем имеют байтовую адресацию и часто используют 8-битные.

Упрощенный пример памяти:

Нулевой бит называется первым элементом адреса памяти (0-й элемент) и часто называется наименее значимым битом. Старший бит - это самый высокий элемент в списке памяти.

Единицы памяти

Слово формируется из одного или нескольких байтов. Отдельные биты имеют нулевую индексацию справа налево, как и большинство вещей в информатике. Нулевой бит может называться младшим значащим битом (LSB), поскольку он обычно имеет наименьшее влияние на общую сумму, поскольку представляет собой наименьшую единицу.

1 полубайт = 4 бита

1 байт = 8 бит

1 КБ (килобайт) = 210 (1024) байтов

1 МБ (мегабайт) = 210 КБ

1 ГБ (гигабайт) = 210 МБ

1 ТБ (терабайт) = 210 ГБ

Обратите внимание, что производители часто используют коэффициент 1000, а не 1024.

Инструкции машинного кода

Весь машинный код использует эти основные команды:

  • Обмен данными
  • Арифметика - сложение, вычитание, умножение, деление и т. Д.
  • Логический - И, или нет, сдвиг, поворот
  • Проверить и сравнить
  • Поток управления - условный переход, безусловный переход, вызов подпрограммы и возврат

Формат инструкции

Самая простая инструкция может быть представлена ​​одним байтом, в то время как другие могут потребовать много байтов.

‹Opcode› ‹Длина данных› ‹Спецификаторы операндов›

Код операции: указывает операцию, которую нужно выполнить (см. Предыдущий заголовок).

Data Len: Определяет длину данных, с которыми мы работаем.

Спецификаторы операндов: расположение исходных операндов и места назначения результатов. Часто один операнд действует и как источник, и как место назначения.

Режимы адресации

Расположение операндов указывается с использованием режимов адресации:

  • Немедленно - значение операнда кодируется непосредственно в инструкции.
  • Регистр - операнд находится в регистре ЦП.
  • Прямой - операнд находится в основной памяти, инструкция кодирует его адрес
  • Прямой регистр - инструкция определяет регистр, в котором хранится адрес основной памяти операнда.

ЦП

CPU управляется блоком управления. Управляющий модуль снабжает ALU операндами (операциями).

Блок артиметики и логики (ALU) выполняет сложение, вычитание, деление и умножение.

Регистры - это места хранения во внутреннем процессоре. Регистры быстрее ОЗУ. Регистры имеют индивидуальные имена.

регистр

Регистры очень быстрые.

IP называется указателем инструкции (иногда программным счетчиком), и он всегда содержит местоположение следующей инструкции.

IR называется Регистром инструкций. Регистр инструкций содержит текущую инструкцию для выполнения.

Некоторые регистры напрямую взаимодействуют с основной памятью, например:

  • MAR - Регистр адреса памяти - Используется для хранения адреса элемента в основной памяти.
  • MDR - Регистр данных памяти - хранит данные.

Цикл "выборка-выполнение"

Блок управления направляет цикл Fetch & Execute.

  1. Скопируйте адрес, содержащийся в IP, и переместите его в MAR. Отправьте запрос на чтение.
  2. Увеличить IP, чтобы указать на следующую инструкцию - мы увеличиваем здесь, поэтому нам не нужно ждать
  3. В MDR приходит инструкция - копируй в IR.
  4. Расшифруйте ИК, чтобы выяснить, что требуется
  5. Получите операнды и любые данные для работы с
  6. Осуществить казнь
  7. Перейти к шагу 1

Не стесняйтесь связаться со мной

LinkedIn