Счетчик команд ( Program Counter - программный счётчик)

Цифровой логический уровень

1. Компьютер работает в двоичной системе счисления.

2. Все цифровые устройства компьютера строятся с помощью пяти базовых цифровых логических элементов (вентилей), которые выполняют пять логических операций И, ИЛИ, НЕ, НЕ-ИЛИ, НЕ И.

3. Вентили состоят из нескольких аналоговых компонентов, таких как транзисторы.

4. Несколько вентилей формируют 1 бит памяти (триггер), который может хранить 0 или 1.

5.  Биты памяти, объединенные в группы, например, по 8, 16, 32 или 64, формируют регистры.

6. Регистр —логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел.

7. Каждый регистр может содержать одно двоичное число до определенного предела.

8. Из вентилей также строятся сложные логические схемы из которых состоит сам компьютер (процессор, память и др.).

Уровень микропрограмм

1. Каждая машинная команда, выполняемая процессором, разбивается внутри процессора на последовательность элементарных операций (микрокоманд), управляющих аппаратными устройствами процессора.

2. Такая последовательность микроопераций называется микропрограммой.

3. Каждой машинной команде соответствует своя микропрограмма процессора.

4. Микропрограммы записывается в управляющую память микропрограмм процессора фирмой изготовителем.

6. Уровневая архитектура компьютера с точки зрения программиста (уровень машинных команд, уровень ОС, уровень ассемблера)

Уровень машинных команд

§ Каждый изготовитель процессора предлагает свой набор машинных команд, который данный процессор может выполнять;

§ Чтобы процессор выполнял программу она должна быть представлена в виде последовательности его машинных команд;

§ Этот уровень является связующим звеном между программным и аппаратным обеспечением;

§ Код операции несет информацию о том какую операцию надо совершить над данными, находящимися по адресам памяти или регистров;

§ Машинная команда, хранится в двоичном коде и представляет собой комбинацию нулей и единиц.

 

Уровень операционной системы

§ С точки зрения программиста, операционная система — это программа, добавляющая ряд новых команд к командам предлагаемым уровнем машинных команд;

§ Новые команды называются системными вызовами. Они вызывают определенную службу операционной системы. Системные вызовы образуют интерфейс прикладного программирования (API - Application Program Interface);

§ Все команды уровня операционной системы доступны для прикладных программистов;

§  Каждый системный вызов операционной системы в свою выполняются с помощью последовательности машинных команд.

Уровень ассемблера

§ Язык ассемблера — это язык, в котором каждый оператор соответствует ровно одной машинной команде. Из ассемблерной программы размером в n строк получится программа на машинном языке из n слов;

§ Язык ассемблера больше всех похож на машинный язык;

§ Достоинство программы на языке ассемблера: минимальный объем занимаемой памяти и высокая скорость работы;

§ Примеры команд

• ADD - (add) сложить

• SUB - (subtract) вычесть

• MUL - (multiply) умножить

• DIV - (divide) делить;

§ Компилятор, который переводит программу с языка Ассемблер на машинный язык называется Ассемблером.

7. Обобщённая архитектура 8-разрядного микропроцессора. Назначение основных узлов.

 

Арифметико -логическое устройство (АЛУ)

• АЛУ выполняет обработку данных. Типичными операциями, выполняемыми АЛУ являются сложение, инвертирование, сдвиг, а также операции инкремента и декремента.
• Результат выполнения команды запоминается в аккумуляторе
• Так как в АЛУ нет запоминающих регистров, то информация в него поступает из:

•  буферных регистров, служащих для временного хранения данных;

•  аккумулятора.

Аккумулятор

• Аккумулятор – главный регистр МП при различных манипуляциях с данными.
• Для выполнения любой операции над данными прежде всего их необходимо поместить в аккумулятор.
•  Данные поступают в аккумулятор с:

•  АЛУ;

•  внутренней шины данных МП.

Счетчик команд ( Program Counter - программный счётчик)

• Для корректного выполнения программы её команды должны поступать в строго определённом порядке.
• После извлечения команды из памяти процессор автоматически даёт приращение содержимому счетчика команд. С этого момента СК содержит, адрес следующей команды.
• Адрес следующей выполняемой команды хранится на протяжении всего времени выполнения текущей (предыдущей)команды.
• Для начала выполнения программы в счетчик команд необходимо загрузить адрес первой команды программы.

Регистр команд

• В ходе извлечения команды из памяти её первый байт (КОП код операции) передаётся в регистр команд.
• Регистр команд предназначен для хранения текущей выполняемой машинной команды.

Регистр состояния

• Предназначен для хранения признаков выполнения операций в АЛУ при выполнении команд программы.
• Содержимое битов регистра поступает в устройство управления и используется для управления ходом выполнения программы.
• В этом регистре находятся биты управления приоритетом ЦП, задающие режим выполнения текущей программы (пользовательский - или ядра).