Процессор с программным и микропрограммным управлением. Элементарные преобразования, неразложимые на более простые, выполняются в течение одного такта сигналов синхронизации и называются микрооперациями

Элементарные преобразования, неразложимые на более простые, выполняются в течение одного такта сигналов синхронизации и называются микрооперациями.

 

В аппаратных (схемных) устройствах управления каждой операции соответствует свой набор логических схем, вырабатывающих определенные функциональные сигналы для выполнения микроопераций в определенные моменты времени. При этом способе построения устройства управления реализация микроопераций достигается за счет однажды соединенных между собой логических схем

 

Принцип же микропрограммного управления (ПМУ) включает следующие позиции:

1) любая операция, реализуемая устройством, является последовательностью элементарных действий - микроопераций;

2) для управления порядком следования микроопераций используются логические условия;

3) процесс выполнения операций в устройстве описывается в форме алгоритма, представляемого в терминах микроопераций и логических условий, называемого микропрограммой;

4) микропрограмма используется как форма представления функции устройства, на основе которой определяются структура и порядок функционирования устройства во времени.

 

ПМУ обеспечивает гибкость микропроцессорной системы и позволяет осуществлять проблемную ориентацию микро- и миниЭВМ.

Микропрограммный способ формирования управляющих сигналов

Микропрограммный способ формирования УС основан на том, что входные сигналы автомата

управления можно представлять как адреса некоторой памяти, ячейки которой содержат требуемые

комбинации выходных сигналов. Поэтому формирование сигналов управления в текущий момент

времени можно представить как выборку по n-битному адресу, каждый бит которого соответствует

текущему значению одного из n входных сигналов Xi, одного из 2n слов памяти, содержащего требуемую m-битную комбинацию, соответствующую текущим значениям каждого из m выходных

сигналов Yj. Тогда проблема формирования сигналов управления выполнением команд процессора

сводится к организации последовательности выборок слов из памяти по адресам, соответствующим

последовательности комбинаций входных сигналов, которая обеспечит требуемую

последовательность комбинаций значений управляющих сигналов. Поскольку набор микроопераций, выполняемых в текущем такте с помощью сформированных в этом такте управляющих сигналов, называется микрокомандой, а последовательность микрокоманд образует микропрограмму выполнения машинной команды, то память, хранящая набор микропрограмм для выполнения каждой команды процессора, называется микропрограммной памятью, а данный способ управления выполнением команд –микропрограммным управлением (МПУ).

22) Функции и структура операционного устройства

Функциональная и структурная организация операционных устройств (ОУ) базируется на принципе микропрограммного управления, сформулированном Уилксои. Согласно этому принципу любая машинная операция разделяется на последовательность элементарных действий по обработке информации – микроопераций. Порядок следования микроопераций определяется специальными логическими условиями (ЛУ), которые в зависимости от значений обрабатываемой информации принимают значение «истина» (1) или «ложь» (0). Алгоритм выполнения операций в ОУ, записанный в терминах микроопераций и логических условий и отражающий порядок следования микроопераций во времени, называется микропрограммой.

Для упорядочения процесса синтеза ОУ академик В.М. Глушков предложил представлять их в виде композиции двух автоматов:

Операционный автомат (ОА) служит для хранения слов информации, выполнения номера микроопераций Y = { y₁,...,y_n} и вычисления значений логических условий X = {x₁,...,x_n}. В результате выполнения микроопераций ОА преобразовывает данные D в результаты R.

Управляющий автомат (УА) формирует последовательность МО Y на основе анализа кода операции F и значения ЛУ X в каждом такте функционирования. Таким образом, УА является «интеллектуальной» частью ОУ, определяющей порядок обработки информации операционным автоматом.

23) Программа отладчик. Процесс отладки. Дисассемблер.

Отла́дка — этап разработки компьютерной программы, на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки. Чтобы понять, где возникла ошибка, приходится:

узнавать текущие значения переменных;выяснять, по какому пути выполнялась программа.

 

Отладчик — программа, которая включают в себя пользовательский интерфейс для пошагового выполнения программы: оператор за оператором, функция за функцией, с остановками на некоторых строках исходного кода или при достижении определённого условия(это так же и процесс отладки).

 

Дизассе́мблер — транслятор, преобразующий машинный код, объектный файл или библиотечные модули в текст программы на языке ассемблера.

По режиму работы с пользователем делятся на

· Автоматические

· Интерактивные

 

Примером автоматических дизассемблеров может служить Sourcer. Такие дизассемблеры генерируют готовый листинг, который можно затем править в текстовом редакторе. Пример интерактивного — IDA. Он позволяет изменять правила дизассемблирования и является весьма удобным инструментом для исследования программ.

 

Основная трудность при работе дизассемблера — отличить данные от машинного кода. Чаще всего дизассемблер используют для анализа программы (или ее части), исходный текст которой неизвестен — с целью модификации, копирования или взлома. Реже — для поиска ошибок (багов) в программах и компиляторах, а также для анализа и оптимизации создаваемого компилятором машинного кода.

24) Программирование арифметико-логических устройств.

Арифметико-логическое устройство в зависимости от выполнения функций можно разделить на две части:

· микропрограммное устройство (устройство управления), задающее последовательность микрокоманд (команд);

· операционное устройство, в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд (команд).

25) Организация АЛУ с фиксированной запятой

2. В ЭВМ применяют две формы представления чисел: с фиксированной запятой (точкой) и с плавающей запятой (точкой). Эти формы называют также соответственно естественной и полулогарифмической. В ЭВМ используются двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.

3. При представлении чисел с фиксированной запятой положение запятой фиксируется в определенном месте относительно разрядов числа. Обычно подразумевается, что запятая находится или перед старшим разрядом, или после младшего. В первом случае могут быть представлены только числа, которые по модулю меньше 1, во втором – только целые числа. Используют два варианта представления целых чисел: со знаком и без знака. В последнем случае все разряды разрядной сетки служат для представления модуля числа. При представлении числа со знаком для кода знака выделяется «знаковый» разряд (обычно крайний слева). В этом разряде 0 соответствует положительному числу, а 1 – отрицательному числу.

4. По сложившейся в вычислительной технике традиции нумерация разрядов (бит) в разрядной сетке микропроцессоров персональных компьютеров (ПК) и микро-ЭВМ ведется справа налево, а в машинах общего назначения (ЕС ЭВМ) – слева направо.

5. На рис. 1.1,а,в показаны примеры форматов данных для представления двоичных чисел со знаком и без знака с фиксированной точкой для 32-разрядных микропроцессоров (МП) семейства x86, а на рис. 1.1,б,г - представление чисел в машинах общего назначения. На разрядной сетке вверху указаны веса разрядов, а внизу – нумерация разрядов.

6. Знак 2³⁰ 2²⁹... 2¹ 2⁰ Знак 2³⁰ 2²⁹ ... 2¹ 2⁰

7.

 

8. 31 30 29... 1 0 0 1 2... 30 31

9. а) б)

10. 2³¹ 2³⁰ 2²⁹ ... 2¹ 2⁰ 2³¹ 2³⁰ 2²⁹ ... 2¹ 2⁰

11.

 

12. 31 30 29... 1 0 0 1 2... 30 31

13. в) г)

14. Рис. 1.1. Форматы данных для представления целых двоичных чисел в процессорах:

15. а) – формат 32-разрядного знакового слова МП семейства х86; б) – формат 32-разрядного знакового слова процессора ЕС ЭВМ; в) – формат 32-разрядного беззнакового слова МП семейства х86; г) – формат 32-разрядного беззнакового слова процессора ЕС ЭВМ.

16. Если запятая фиксирована справа от младшего разряда, то в n-разрядной сетке знаковых целых чисел можно представлять положительные и отрицательные целые двоичные числа, модуль которых

17. 1≤ ∣ X∣ ≤ 2 ^n-1 – 1,

18. что при n=32 соответствует диапазону абсолютных десятичных чисел от 1 до 2,1´10⁹.

19. Числа (правильные дроби могут быть с точностью до 2 ^-(n-1) представлены в диапазоне:

20. 2 ^-(n-1) ≤ ∣X∣ ≤ 1 – 2 ^-(n-1).

21. Формат дробных чисел представлен на рис. 1.2.

22.

23. Первые ЭВМ были машинами с фиксированной запятой, причем запятая фиксировалась перед старшим разрядом числа.

24. В настоящее время в ПК, как правило, форму с фиксированной запятой применяют для представления целых чисел (запятая фиксирована после младшего разряда).

25. Существуют следующие форматы представления чисел с фиксированной запятой: байт со знаком (8 бит), байт баз знака (8 бит), слово со знаком (16 бит), слово без знака (16 бит), двойное слово со знаком (32 бита), двойное слово без знака (32 бита), учетверенное слово со знаком (64 бита), учетверенное слово без знака (64 бита).

26) Выполнение операций с плавающей запятой.

26. В машинах, предназначенных для решения широкого круга вычислительных задач, основным является представление чисел с плавающей запятой.

27. Представление числа с плавающей запятой в общем случае имеет вид:

28.; ê m_X ú < 1,

29. где m_X – мантисса числа X;

30. p_X – порядок;

31. S – основание характеристики (обычно целая степень числа 2).

32. Форма представления числа с плавающей запятой называется также полулогарифмической, так как часть числа – характеристика – выражена в логарифмической форме.

33. Мантисса (правильная дробь со знаком) и порядок (целое число со знаком) представляются в системе счисления с основанием, равным S (в соответствующей двоично-кодированной системе). Знак числа совпадает со знаком мантиссы.

34. Порядок p, который может быть положительным или отрицательным целым числом, определяет положение запятой в числе X.

35. Арифметические действия над числами с плавающей запятой требуют выполнения, помимо операций над мантиссами, определенных операций над порядками (сравнение, вычитание и др.). Для упрощения операций над порядками их сводят к действиям над целыми положительными числами (целыми числами без знаков), применяя представление чисел с плавающей запятой со «смещенным порядком».

36. В случае представления числа с плавающей запятой со смещенным порядком к его порядку p прибавляется целое число – смещение N = 2 ^q, где q – число двоичных разрядов, используемых для модуля порядка.

37. Для удобства выполнения операций над порядками они обычно кодируются следующим образом. Если для размещения кодов порядков в разрядной сетке отводится q+1 разряд, то отрицательные и положительные порядки представляются увеличенными на 2 ^q, т.е. p_см = p + 2 ^q.

38. В результате порядки в диапазоне:

39. -2 ^q £ p £ 2 ^q –1

40. преобразуются в p_см, диапазон которых:

41. 0 £ p_см £ 2 ^q+1 –1

42. (происходит увеличение порядка на 2 ^q).

43. Диапазон представимых в машине чисел с плавающей запятой зависит от основания системы счисления и числа разрядов, выделенных для изображения порядка. В двоичной системе счисления для 32-разрядных чисел для кодировки порядка используется семь битов: шесть битов – на значение порядка, один бит – на знак порядка. Коды отрицательных порядков будут иметь бит 0 в старшем разряде 7-разрядного двоичного кода, положительных – бит 1; нулевому порядку будет соответствовать код 1000000 b. Во избежание путаницы смещенный порядок называют характеристикой числа.

44. Знак Смещеннный Модуль мантиссы

45. числа порядок

46.

47. p_см

48. m

49. 0 1 7 8 31

50. Рис. 1.3. Пример машинного кода числа в форме

51. с плавающей запятой со смещенным порядком

52. Значения модулей порядков для 32-разрядных чисел лежат в диапазоне – 64 (1000000 b) ¸ + 63 (0111111 b). Тогда в смещенном виде (порядок увеличивается на 64 разряда) порядки будут кодироваться положительными числами, причем значению порядка – 64 будет соответствовать код 0000000 b, а значению + 63 – код 1111111 b. Таким образом, при кодировании положительных порядков и нуля в старшем разряде порядка всегда будет присутствовать 1.

53. Например: порядку + 2 будет соответствовать код 1000010 b.

54. Точность вычислений чисел с плавающей запятой определяется числом разрядов мантиссы. С увеличением числа разрядов мантиссы увеличивается точность вычислений, но увеличивается и время выполнения арифметических операций.

55. Любое число в формате с плавающей запятой должно быть представлено в ЭВМ в нормализованном виде для повышения точности отображения числа. Числоназывается нормализованным, если мантисса m_Х удовлетворяет условию:

56. ≤ ê m_X ú < 1,

57. т.е. в двоичной системе счисления старший разряд мантиссы отличен от нуля. В процессе вычислений может получиться ненормализованное число. В этом случае ЭВМ, если это предписано командой, автоматически нормализует его («нормализация результата» операции).

58. Пусть мантисса S -ричного числа содержит в r старших разрядах нули. Тогда нормализация заключается в сдвиге мантиссы на r разрядов влево и уменьшении порядка на r единиц, при этом в младшие r разрядов мантиссы записывается 0. При нулевой мантиссе нормализация невозможна.

 

27) Логические операции.

Логическая операция (логический оператор, логическая связка, пропозициональная связка) — операция над высказываниями, позволяющая составлять новые высказывания путем соединения более простых

Среди логических операций наиболее известны НЕ, И, ИЛИ,Искл. ИЛИ,Эквив, Не экв, Другие