Структура моделируемой ЭВМ

Введение

Для начального изучения основ организации ЭВМ и вычислительных систем использование современных операционных систем и процессоров представляется достаточно сложной задачей.

Одним из решений этой проблемы является использование программных моделей учебных ЭВМ, которые, с одной стороны, должны быть достаточно просты для освоения базовых понятий организации вычислений (система команд, командный цикл, способы адресации, уровни памяти, способы взаимодействия процессора с внешними устройствами), с другой стороны – архитектурные особенности модели должны соответствовать тенденциям развития современных вычислительных средств.

Такая программная модель, предложенная в [1], используется в цикле лабораторных работ по изучаемой дисциплине.

Структура моделируемой ЭВМ

Моделируемая ЭВМ включает процессор, оперативную (ОЗУ) и сверхоперативную память, устройства ввода (УВв), устройства вывода ((УВыв). Процессор состоит из центрального устройства управления (УУ), арифметического устройства (АУ) и системных регистров (СR, PC, SP и др.). Структурная схема ЭВМ приведена на рис 1.1

В ячейках ОЗУ хранятся команды и данные. Емкость ОЗУ составляет 1000 ячеек. По сигналу MWr выполняется запись содержимого регистра данных (MDR) в ячейку памяти с адресом, указанным в регистре адреса (MAR). По сигналу MRd происходит считывание- содержимое ячейки памяти с адресом, содержащимся в MAR поступает в MDR.

Сверхоперативная память с прямой адресацией содержит 10 регистров общего назначения R0 – R9. Доступ к ним осуществляется через регистры RDR, RAR (аналогично доступу к ОЗУ).

АУ выполняет одну из арифметических операций, которая определяется кодом команды (СОР), над содержимым аккумулятора (Асс) и регистра операнда (DR). Результат операции всегда размещается в аккумуляторе. При завершении операции АУ вырабатывает сигналы признаков полученных результатов: Z (равен 1, если результат операции равен 0), S (равен 1, если результат операции отрицательный), OV (равен 1, если произошло переполнение разрядной сетки). Иначе эти сигналы (флаги) равны 0.

В модели ЭВМ предусмотрены внешние устройства двух типов. Во- первых, это регистры IR и OR, которые могут обмениваться с аккумулятором с помощью безадресных команд: IN (Асс: = IR) и OUT (OR: =Acc). Во- вторых, это набор моделей внешних устройств, которые могут подключаться к системе и взаимодействовать с ней в соответствии с заложенными в моделях алгоритмами.

Каждое внешнее устройство имеет ряд программно- доступных регистров.

УУ осуществляет выборку команд из ОЗУ в последовательности, определенной естественным порядком выполнения команд или командами передачи управления, выборку из ОЗУ операндов, задаваемых адресами операндов; инициирование выполнения операции, предписанной командой, останов или переход к выполнению следующей команды.

В качестве сверхоперативной памяти в модель включены регистры общего назначения - РОН [0-9], и может подключаться модель кэш- памяти.

В состав УУ входят:

· РС – счетчик команд, содержит адрес текущей команды;

· RC – регистр команды, содержит код команды;

· RB - регистр базового адреса;

· SP – указатель стека, указывает адрес верхушки стека;

· RA – регистр адреса, содержащий исполнительный адрес операнда при косвенной адресации.

Регистры Асс, DR, IR, OR, CR и все ячейки ОЗУ имеют длину 6 десятичных разрядов, регистры РС, SP, RA, RB – 3 разряда.