Календарь
Август
Пн   7 14 21 28
Вт 1 8 15 22 29
Ср 2 9 16 23 30
Чт 3 10 17 24 31
Пт 4 11 18 25  
Сб 5 12 19 26  
Вс 6 13 20 27  

Архитектура технических средств персональных компьютеров



Скачать: Архитектура технических средств персональных компьютеров

Содержание реферата

1. Общее описание

2. Основные микросхемы

3. Специальные свойства микропроцессора 286

4. Память и порты, регистры

Литература

1. Общее описание

Центром вычислительной системы является ее процессор. Именно он выполняет команды, составляющие компьютерную программу. Микропроцессор, использованный в IBM/PC, был разработан и создан фирмой "Интел".

В IBM/PC используется микропроцессор 8088, 80286, 80386, 80486 фирмы "Интел", Лишь немногие компоненты IBM/PC были специально разработаны для нее, - большая часть системы составлена из стандартных компонентов. Особенность персонального компьютера фирмы "IBM" состоит в оригинальном способе организации известных компонентов в единую функционирующую систему.

Составляющие IBM/PC можно рассматривать с трех различных точек зрения: по тому где они размещаются, как они функционируют, и как они взаимодействуют друг с другом. Рассмотрим вопрос пространственного размещения этих составляющих.

Физически составляющие IBM/PC можно разделить на компоненты системного блока и компоненты блока расширения. Все основные платы, входящие в состав любой модели IBM/PC, размещаются в большом блоке, по лучившем название системного. Системный блок включает все необходимые компоненты, позволяющие компьютеру работать без каких-либо дополнений. Здесь находятся микропроцессор, первые 64К памяти и "встроенные" программы, такие как интерпретатор языка Бейсик, записанный в микросхемах ПЗУ.

Системный блок расположен в основании IBM/PC и заключен в корпус. Системный блок имеет пять свободных разъемов, предназначенных для подключения дополнительного оборудования, которое может быть введено в состав компьютера. Блоки расширения вставляются в эти разъемы, располагаясь над системным блоком.

Блоки расширения или карты, как их иногда называют - могут использоваться для обслуживания устройств, подключаемых к IBM/PC. Они могут использоваться для двух основных целей: для увеличения объема памяти и подключения дополнительных устройств.

Системный блок разработан фирмой "IBM", а блоки расширения могут разрабатывать все желающие, при условии что они будут соблюдать основные правила, касающиеся размеров, электрических параметров соединений, теплового режима и так далее.

Любые дополнительные устройства подключаются к IBM/PC с помощью одного из разъемов расширения, каждый из которых имеет 62 соедини тельных провода. Эти 62 линии позволяют передавать все сигналы, необходимые для управления любым оборудованием, которое может быть подключено к IBM/PC. Все линии работают параллельно, так что устройства можно подключать к любому из пяти разъемов. Любой сигнал, посылаемый одному из блоков расширения, передается и всем остальным, поскольку они подключены к параллельным линиям. Здесь имеет место расширение идеи общей шины данных: все блоки расширения используют общее 62-про водное соединение. называемое каналом ввода/вывода.

По характеру использования все линии можно разделить на четыре категории. Во-первых, восемь линий используются для подвода питания к блокам расширения с различными номиналами напряжений.

Далее, еще восемь линий используется для передачи восьми бит данных на/с шины данных. Все данные проходят по этой шине, независимо от направления передачи.

Еще двадцать линий предназначены для адресации. При работе с па мятью используются все 20 линий, это позволяет передать адрес одной из 1024К ячеек памяти. Для устройств ввода/вывода используется только девять линий, что позволяет адресовать 512 различных устройств.

Остальные линии канала используются для передачи различных сигналов управления. Примерами таких сигналов могут служить команды чтения из памяти, записи в память или команды чтения/записи для периферийных устройств.

Внутри корпуса IBM/PC спрятаны два набора переключателей. Их называют переключателями конфигурации системы (они выполнены в виде корпуса с двумя рядами выводов, т.е. корпуса типа DIP). Установка этих переключателей указывает какое оборудование подключено к IBM/PC, например, количество дисководов, объем доступной памяти и т.д. Эти переключатели ничем реально не управляют - они используются только для удобства. После включения IBM/PC программы запуска считывают положение этих переключателей и затем устанавливают содержимое определенных ячеек памяти в соответствии с их положением. Затем, если какой-либо программе необходимо узнать , какой объем памяти установлен, проверяется содержимое этих ячеек.

Одним из основных элементов компьютера, позволяющим ему нормально функционировать, является память. Внутренняя память компьютера является временным рабочим пространством; в отличие от нее внешняя па мять, такая как файл на дискете, предназначена для долговременного хранения информации. Информация во внутренней памяти не сохраняется при выключении питания.

Каждая ячейка памяти имеет адрес, который используется для ее нахождения. Поскольку адреса - это те же числа, компьютер может использовать арифметические операции для вычисления адресов памяти.

IBM/PC использует возможности адресации микропроцессора 8088 полностью. Адреса в 8088 имеют длину 20 бит, следовательно, процессор позволяет адресовать два в двадцатой степени байта или 1024 К.

1.2. Основные микросхемы

Главной микросхемой является сам микропроцессор. Рядом с микропроцессором предусмотрено место для микросхемы 80287, числового сопроцессора, или процессора числовых данных, с его специальными возможностями по выполнению очень быстрых (и с повышенной точностью) вычислений над числами с плавающей точкой. Числовой сопроцессор устанавливается сравнительно небольшое количество РС, однако почти все члены семейства предусматривают гнездо для его установки.

Рассмотрим микросхемы, которые предназначены для выполнения операций синхронизации в компьютере. Одна из них называется генератором тактовых (или синхронизирующих) сигналов и используется, прежде всего, для получения тактов, которые управляют основным рабочим циклов компьютер в АТ номером его идентификации является 88248. В любом случае эта микросхема дает синхронизирующий сигнал, используемый в других компонентах компьютера для установки основного рабочего темпа. В микросхеме генератора тактовых сигналов используется кварцевый кристалл в качестве точной основы для синхронизации. Наш генератор тактовых сигналов подразделяет сверхбыстрые такты кристалла в быстрые такты, требующиеся компьютеру, и преобразует их в форму, приемлемую для использования другими компонентами схемы.

С генератором тактовых сигналов близко связана микросхема программируемого таймера, идентифицируемая номером 8253. Программируемый тай мер может порождать другие сигналы синхронизации. Можно изменять скорость выдачи сигналов, что делает эту микросхему "программируемой". Для осуществления регулировки этим потоком информации в компьютерах предусмотрен микропроцессор контроллера шины. В РС эта микросхема имеет номер 8288, а в АТ - 82288. Задача контроллера шины состоит в том, чтобы обеспечить нормальную работу шины.

Некоторые компоненты компьютера (в частности, дисководы) могут обмениваться данными непосредственно через компьютерную память, без про хождения данных микропроцессора для выполнения другой работы. Такой процесс называется прямым доступом к памяти. Имеется специальная микросхема, предназначенная для управления этим процессом, которая называется контроллером прямого доступа к памяти (номер микросхемы - 8237).

Прерывания контролируются специальной микросхемой (8259). В компьютерах прерывания поступают с различной степенью важности и одной из задач контроллера прерываний 8259 является отслеживания их в порядке приоритетов, а также фиксация каких-либо задержанных прерываний.

К другим основным микросхемам относится микросхема программируемо го интерфейса периферийных устройств (номер - 8255). Эта микросхема следит за работой некоторых из более простых периферийных устройств  компьютера, таких как порт кассетной ленты. Однако большинство периферийных устройств компьютера являются слишком сложными для того, чтобы они могли регулироваться простой обычной схемой.

К таким сложным устройствам относятся приводы гибких дисков. Основной микросхемой, предназначенной для управления работой компьютера с приводами гибких дисков, является контроллер гибкого диска PD765. Для дисплея обычно используется микросхема, называемая контроллером электронно-лучевой трубки 6845.

1.3. Специальные свойства микропроцессора 286

В реальном режиме специальные возможности и характеристики микропроцессора 286 не проявляются, поэтому компьютер с микропроцессором 286, функционирующем в реальном режиме, может быть полностью совместимым с обычным РС. Для того, чтобы воспользоваться дополнительными возможностями, следует переключиться на защищенный режим.

В защищенном режиме микропроцессор 286 обладает рядом дополнительных возможностей, позволяющих ему наращивать количество программ, с которыми компьютер может работать одновременно. Это достигается за счет четырех основных средств: защиты (которая определяет наименование данного режима), расширенной памяти, виртуальной памяти и мультизадачности.

Защита позволяет операционной системе воздвигать барьеры для защиты программы от воздействия функционирования других программ или самой операционной системы. В стандартном РС ими при работе микропроцессора 286 в реальном режиме отдельная программа может испортить работу операционной системы или какой-либо другой программы, использующей компьютер, либо даже заблокировать весь компьютер, остановив его функционирование. Защищенный режим работы микропроцессора 286 позволяет операционной системе предотвращать порчу компьютера и даже порчу какой-либо части памяти любой из программ. Когда мы используем наши компьютеры для одновременной работы только с одной программой, то неправильная работа программы и блокировка ею машины не играет столь уж большой роли. Одна ко, если нам нужно выполнять на компьютере одновременно несколько программ, намного возрастает важность защиты функционирования компьютера от некорректно работающих программ. Средство защиты делает это возможным.

Защищенный режим работы микропроцессора 286 предоставляет больший объем памяти, причем это достигается двумя путями. Во-первых, за счет расширенной памяти: микропроцессор 286 позволяет устанавливать в компьютер до шестнадцати миллионов байтов рабочей памяти. Во-вторых, за счет виртуальной памяти: микропроцессор 286 может имитировать (или иметь) даже большее количество памяти, чем имеется в фактическом наличии. Виртуальная память позволяет компьютеру предоставлять каждой программе до одно го биллиона байтов (один гигабайт) для работы с ними. Это очень большой
объем памяти.

Наконец, используя поддерживаемую аппаратными средствами мультизадачность, микропроцессор 286 может быстро и надежно осуществлять переключение между программами, которые выполняются одновременно. Мультизадачность применяется в случае, если компьютер одновременно работает с более чем одной программой (задачей)  Фактически, в каждый момент времени компьютер выполняет команды лишь одной программы, однако в процессе мультизадачной работы обрабатываться все программы - это можно сравнить с жонглером, который может одновременно работать с множеством ша ров. Любой компьютер может попытаться работать в режиме мультизадачнности, однако такую работу он не в состоянии выполнять на должном уровне, не обладая определенными специальными аппаратными средствами (таки ми, например, как защита памяти). Защищенный режим микропроцессора 286 предусматривает множество средств, которые практически обеспечивают возможность выполнения компьютером мультизадачной работы.

1.4. Память и порты, регистры

Регистры представляют собой разновидность памяти специального назначения, которую микропроцессор использует для определенных конкретных целей.

     ________________________________________________________________
! Флаги _____________________________________ !
! |____________________________________| !
! _____________________________________ !
! AX |_______AH_______|______AL___________| !
! BX |_______BH_______|______BL___________| !
! CX |_______CH_______|______CL___________| !
! DX |_______DH_______|______DL___________| !
! _____________________________________ !
! SP |____________________________________| !
! BP |____________________________________| !
! SI |____________________________________| !
! DI |____________________________________| !
! PC |____________________________________| !
! _____________________________________ !
! CS |____________________________________| !
! DS |____________________________________| !
! SS |____________________________________| !
! ES |____________________________________| !
!______________________________________________________________!

Регистрами является набор из четырнадцати 16-битовых мест, в которых можно хранить числа. каждое из них является неотъемлемой, внутренней частью микропроцессора.

Первая группа регистров называется универсальными регистрами, Имеется четыре таких регистра, которые именуются AX, BX, CX и DX. Если для работы требуется применение лишь половины емкости любого из этих регистров поскольку они делятся на половины старшего и младшего порядка, которые обозначаются AH и AL, BH и BL и т.д. В этих универсальных регистрах выполняется значительная часть работы, поступающей в наши компьютеры.

Следующая группа состоит из четырех регистров, используется для оказания помощи микропроцессору в отыскании пути в памяти компьютера.

Регистры из этой группы называются регистрами сегментов. Каждый из них используется для оказания помощи в получении доступа к разделу (или сегменту) памяти объемом 64 К. Сегмент кода (или регистр CS) указывает, в каком месте памяти располагается программа. Сегмент данных (или регистр DS) определяет местонахождение данных, используемых программой, а дополнительный сегмент (или регистр ES) дополняет сегмент данных. Сегмент стека (или регистр SS) определяет местонахождение стека компьютера, который вкратце будет описан. Более полное представление о применении этих регистров мы получим в главе 7, когда более детально будет рассматриваться память.

В то время как регистры сегментов используются для получения дос тупа к большим разделам (по 64 К)памяти, последняя группа регистров используется для оказания помощи в отыскании пути к определенным байтам в памяти. Они применяются совместно с регистром сегмента для указания на точное место в памяти. имеется пять таких регистров, каждый из которых используется для конкретной цели. Указатель команды (инструкции) IP, который называют также программным счетчиком, РС, сообщает микропроцессору только о месте, где выполняется программа. Указатель стека, SР, и указатель базы, BP, используются для оказания помощи в отслеживании выполняющейся работы. Индекс источника, SI, и индекс место назначения (вы хода), DI, используются для оказания помощи нашим программам в перемещении больших объемов данных из одного места в другое.

Наконец имеется еще один регистр, называемый регистром флагов, который используется для фиксации флагов состояния, о которых шла речь ранее. Различные флаги сообщают нашим программам только о том, в каком состоянии находится компьютер: результаты арифметических операций, разрешены ли прерывания и другие аналогичные состояния.

Микропроцессоры РС в основном управляются посредством последовательности 1-битовых флагов, каждый из которых отмечает или устанавливает определенное состояние в компьютере. Флаги действуют независимо друг от друга, однако, для удобства, они собраны вместе в регистр флагов.

Отдельные флаги могут проверяться и устанавливаться посредством специальных команд, а вся группа флагов может считываться или устанавливаться посредством пары команд, которые считывают или устанавливают весь регистр флагов. Всего имеется девять стандартных флагов. Шесть из ним используются для индикации результатов арифметических и подобных им операций: флаг нуля, ZF, указывает на нулевой результат (или равенство при сравнении), флаг знака, SF, указывает на отрицательный результат, флаг переноса, CF, означает перенос в следующую позицию, флаг дополни тельного переноса, AF, указывает на перенос из первых четырех битов (что требуется для моделирования десятичных операций), флаг переполнения, OF, отмечает получение слишком большого результата и, наконец, флаг четности, PF, отмечает четность или нечетность результата.

Три оставшихся флага используются для управления. Флаг направления, DF, управляет направлением повторения операций (например, при по байтовом перемещении данных): справа налево или наоборот. Флаг прерываний, IF, контролирует возможность прерываний: разрешены они или времен но запрещены. Флаг захвата, TF, вызывает генерацию компьютером специального прерывания "захвата" после выполнения одной команды. Это делает возможным пошаговое выполнение программы с трассировкой результатов каждой отдельной команды.

Помимо этих девяти флагов, усовершенствованный микропроцессор 286, используемый в ветви АТ семейства РС, допускает применение двух весьма специальных флагов. Один из них, называемый, NT, используется для вложенных задач, а другой, двух битовый флаг IOPL, управляет уровнем привилегии ввода/вывода.

                                                             ----------¬
                                                             ¦         ¦
                                                             ¦ УУПДП   ¦
                                                             ¦         ¦
                                                             L----------


---------¬       -------------¬        -------¬        -------¬
¦ ЗУ     ¦       ¦ ПРОЦЕССОР  ¦        ¦СИСТ. ¦        ¦      ¦     --------¬
¦        ¦       ¦            ¦        ¦КОНТР.¦        ¦КОНТР.¦     ¦ПЕРЕФ. ¦
¦        ¦       ¦            ¦        ¦В/В   ¦        ¦      ¦     ¦УСТР.  ¦
¦        ¦       ¦            ¦        ¦      ¦        ¦      ¦     ¦       ¦
¦        ¦       ¦            ¦        ¦      ¦        ¦      ¦     ¦       ¦
L---------       L-------------        L-------        L-------     L--------

                                                             ----------¬
                                                             ¦СИСТЕМА  ¦
                                                             ¦ПРЕРЫВАН.¦
                                                             ¦         ¦
                                                             L----------

 

Литература:

1. Джордан Справочник программиста персональных компьютеров

2. Нортон Архитектура персональных компьютеров фирмы IBM

3. Бэк Введение в системное программирование



  © Реферат плюс


Поиск

  © REFERATPLUS.RU  

Яндекс.Метрика