Главная страница
Контакты

    Басты бет


Изучение цп пк, его характеристик и условий функционирования

жүктеу 91.86 Kb.



жүктеу 91.86 Kb.
Дата19.09.2018
өлшемі91.86 Kb.

Изучение цп пк, его характеристик и условий функционирования


Дисциплина: «Архитектура аппаратных средств» Практическая работа № 11 Преподаватель: Кравчук А.А. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 11 Тема: Изучение ЦП ПК, его характеристик и условий функционирования. Цель работы: ознакомиться с основными характеристиками центрального процессора, сравнить характеристики текущего процессора с данными сторонних процессоров. Формируемые компетенции: ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития. ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации. ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности. ПК 1.2. Осуществлять выбор технологии, инструментальных средств и средств вычислительной техники при организации процесса разработки и исследования объектов профессиональной деятельности. ПК 2.3. Обеспечивать сбор данных для анализа использования и функционирования программно-технических средств компьютерных сетей. Программное обеспечение: операционная система, текстовый редактор, тестовая программа для центрального процессора. Список литературы: Максимов Н.В., Партыка Т.Л., Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2009. Теоретическая часть: Центральный процессор – это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера. В состав центрального процессора входят: • устройство управления – организует процесс выполнения программ и координирует взаимодействие всех устройств вычислительной системы во время ее работы; • арифметико-логическое устройство – выполняет арифметические и логические операции над данными: сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и др.; • запоминающее устройство – представляет собой внутреннюю память процессора, которая состоит из регистров, при использовании которых, процессор выполняет расчеты и сохраняет промежуточные результаты; для ускорения работы с оперативной памятью используется кэш-память, в которую с опережением подкачиваются команды и данные из оперативной памяти, необходимые процессору для последующих операций; • генератор тактовой частоты – генерирует электрические импульсы, синхронизирующие работу всех узлов компьютера.
Генератор(Generator) - 1) кіріс тілі проблемалы-бағытталған тіл болып табылатын аударғыштың бір түрі; 2) машиналық командаларды генерациялауды орындайтын аударғыштың құрамдас бөлігі. Жазбалар генераторы (Генератор записей; rekord generator) - тестілеуге қажетті жазбаларды құрастыруға арналған машиналык программа.
Центральный процессор выполняет различные операции с данными при помощи специализированных ячеек для хранения ключевых переменных и временных результатов – внутренних регистров. Регистры подразделяются на два вида (рис.2.): • регистры общего назначения – используются для временного хранения ключевых локальных переменных и промежуточных результатов вычислений, включают регистры данных и регистры-указатели; основная функция состоит в обеспечении быстрого доступа к часто используемым данным (обычно без обращений к памяти). • специализированные регистры – используются для контроля работы процессора, наиболее важные из них: регистр команд, указатель стека, регистр флагов и регистр, содержащий информацию о состоянии программы. Регистры данных программист может использовать по своему усмотрению для временного хранения любых объектов (данных или адресов) и выполнения над ними требуемых операций. Индексные регистрытак же, как и регистры данных, могут использоваться произвольным образом; их основное назначение – хранить индексы или смещения данных и команд от начала базового адреса (при выборке операндов из памяти). Адрес базы при этом может находиться в базовых регистрах. Сегментные регистры являются важнейшим элементом архитектуры процессора, обеспечивая адресацию 20-разрядного адресного пространства с помощью 16-разрядных операндов. Основные сегментные регистры: CS – регистр сегмента кода; DS – регистр сегмента данных; SS – регистр сегмента стека, ES – дополнительный сегментальный регистр. Обращение к памяти осуществляется посредствомсегментов – логических образований, накладываемых на любые участки физического адресного пространства. Начальный адрес сегмента, деленный на 16 (без младшей шестнадцатеричной цифры) заносится в один из сегментных регистров; после чего предоставляется доступ к участку памяти, начинающегося с заданного сегментного адреса. Адрес любой ячейки памяти состоит из двух слов, одно из которых определяет расположение в памяти соответствующего сегмента, а другое – смещение в пределах этого сегмента. Размер сегмента определяется объемом содержащихся в нем данных, но никогда не может превышать величину 64 Кбайт, что определяется максимально возможной величиной смещения. Сегментный адрес сегмента команд хранится в регистре CS, а смещение к адресуемому байту – в регистре указателе команд IP. Рис.2. Регистры 32-х разрядного процессора. После загрузки программы в IP заносится смещение первой команды программы. Процессор, считав ее из памяти, увеличивает содержимое IP точно на длину этой команды (команды процессоров Intel могут иметь длину от 1 до 6 байт), в результате чего IP указывает на вторую команду программы. Выполнив первую команду, процессор считывает из памяти вторую, опять увеличивая значение IP. В результате в IP всегда находится смещение очередной команды – команды, следующей за выполняемой. Описанный алгоритм нарушается только при выполнении команд переходов, вызовов подпрограмм и обслуживания прерываний.
Алгоритм, алгорифм (ағылшынша: algorіthm, algorіsmus - Әл-Хорезмидің атынан шыққан) - бастапқы берілген мәліметтермен бір мәнде анықталатын нәтиже алу үшін қай амалды (жұмысты) қандай ретпен орындау қажеттігін белгілейтін есептерді (мәселелерді) шешу (математикалық есеп-қисаптар орындау, техникалық объектілерді жобалау, ғылыми-зерттеу жұмысын жүргізу т.б.)
Сегментный адрес сегмента данных хранится в регистре DS, смещение может находиться в одном из регистров общего назначения. Дополнительный сегментный регистр ES используется для обращения к полям данных, не входящим в программу, например к видеобуферу или системным ячейкам. Однако при необходимости его можно настроить и на один из сегментов программы. Например, если программа работает с большим объемом данных, для них можно предусмотреть два сегмента и обращаться к одному из них через регистр DS, а к другому – через регистр ES. Регистр-указатель стека SP используется как указатель вершины стека. Стеком называют область программы для временного хранения произвольных данных. Удобство стека заключается в том, что его область используется многократно, причем сохранение в стеке данных и выборка их оттуда выполняется с помощью команд push и pop без указания имен. Стек традиционно используется для сохранения содержимого регистров, используемых программой, перед вызовом подпрограммы, которая, в свою очередь, будет использовать регистры процессора в своих личных целях. Исходное содержимое регистров извлекается из стека после возврата из подпрограммы. Другой распространенный прием – передача подпрограмме требуемых ею параметров через стек. Подпрограмма, зная, в каком порядке помещены в стек параметры, может забрать их оттуда и использовать при своем выполнении. Отличительной особенностью стека является своеобразный порядок выборки содержащихся в нем данных: в любой момент времени в стеке доступен только верхний элемент, то есть элемент, загруженный в стек последним. Выгрузка из стека верхнего элемента делает доступным следующий элемент. Элементы стека располагаются в области памяти, отведенной под стек, начиная со дна стека (с его максимального адреса) по последовательно уменьшающимся адресам. Адрес верхнего, доступного элемента хранится в регистре-указателе стека SP. Специальные регистры доступны только в привилегированном режиме и используются операционной системой. Они контролируют различные блоки кэш-памяти, основную память, устройства ввода-вывода и другие устройства вычислительной системы. Существует один регистр, который доступен как в привилегированном, так и в пользовательском режимах. Это регистр PSW (Program State Word - слово состояния программы), который называют флаговым. Флаговый регистр содержит различные биты, необходимые центральному процессору, самые важные –коды условий, которые используются при сравнениях и условных переходах Они устанавливаются в каждом цикле арифметико-логического устройства процессора и отражают состояние результата предыдущей операции. Содержимое флагового регистра зависит от типа вычислительной системы и может включать дополнительные поля, которые указывают: режим машины (например, пользовательский или привилегированный); бит трассировки (который используется для отладки); уровень приоритета процессора; статус разрешения прерываний.
Статус (The status) - объектінің (компьютердің, кұрылғының, арнаның, программаның, мәліметтердің) сипаттамасы. Ол объектінің жұмыс істеу ерекшелігін анықтайды.
Флаговый регистр обычно читается в пользовательском режиме, но некоторые поля могут записываться только в привилегированном режиме (например, бит, который указывает режим). Регистр указатель команд содержит адрес следующей, стоящей в очереди на выполнение команды. После выбора команды из памяти регистр команд корректируется, и указатель переходит к следующей команде. Указатель команд следит за ходом выполнения программы, указывая в каждый момент относительный адрес команды, следующей за исполняемой. Регистр программно недоступен; наращивание адреса в нем выполняет микропроцессор, учитывая при этом длину текущей команды. Команды переходов, прерываний, вызова подпрограмм и возврата из них изменяют содержимое указателя, осуществляя тем самым переходы в требуемые точки программы. Регистр аккумулятор используется в подавляющем числе команд.
Микропроцессор - жүйелік тақтаның ең маңызды құраласы, ол деректерді тікелей өңдейді, атап айтқанда, бөлектелген деректермен арифметикалық және логикалық амалдарды орындайды. Микропроцессор - бір немесе бірнеше үлкен интегралды кестеде орындалған, берілісті өңдейтін бағдарламалық құрылғы; көліктердің автоматты басқару агрегатында қолданылады.
Аккумулятор (лат. accumulator - жинақтауыш) - химиялық реакция энергиясын электр энергиясына айналдыратын аспап; ол электр және су энергиясын гальвани батареяларының көмегімен жинайды. Ол жиналатын энергия түріне сәйкес электр аккумуляторы, гидравликалық аккумулятор, пневматикалық аккумулятор, жылу аккумуляторы, бу аккумуляторы және инерциялық аккумулятор болып бөлінеді.
Часто применяемые команды, использующие данный регистр, имеют укороченный формат. Для обработки информации обычно организовывается передача данных из ячеек памяти в регистры общего назначения, выполнение операции центральным процессором и передача результатов в основную память. Программы хранятся в виде последовательности машинных команд, которые должен выполнять центральный процессор. Каждая команда состоит из поля операции и полей операндов – данных, над которыми выполняется данная операция.
Формат (фр. format - формаға келтіру) полиграфияда дайын басылымның мөлшері (мысалы 170 • 260 мм) немесе баспа қағазының мөлшері (60x90 см); полиграфияда теру форматы терілген жолдың ұзындығы мен биіктігі; басу қағазының форматы - қағаз рулонының ені немесе парақ қағаздың ені мен ұзындығы.
Команда (command, instruction) - 1) программалау тілдерінде - кез келген операцияны орындауды және оған керекті мәліметтерді (операндыны) бейнелейтін өрнек; компьютер атқаруға тиіс операция сипаты; 2) ақпаратты өңдеу процесіне байланысты атқару құрылғысында жүйенің белгілі бір операцияны орындауын талап ететін басқару сигналы; 3) программа орындау процесінің адымын анықтайтын ұйғарым.
Набор машинных команд называется машинным языком. Выполнение программ осуществляется следующим образом. Машинная команда, на которую указывает программный счетчик, считывается из памяти и копируется в регистр команд, где она декодируется, после чего исполняется. После ее выполнения программный счетчик указывает на следующую команду и т.д. Эти действия называются машинным циклом. Большинство центральных процессоров имеют два режима работы: режим ядра и пользовательский, который задается битом слова состояния процессора (флагового регистра). Если процессор запущен в режиме ядра, он может выполнять все команды из набора инструкций и использовать все возможности аппаратуры. Операционная система работает в режиме ядра и предоставляет доступ ко всему оборудованию. Программы пользователей работают в пользовательском режиме, который разрешает выполнение множества команд, но делает доступным только часть аппаратных средств. Для связи с операционной системой пользовательская программа должна сформировать системный вызов, который обеспечивает переход в режим ядра и активизирует функции операционной системы. Командаtrap (эмулированное прерывание) переключает режим работы процессора из пользовательского в режим ядра и передает управление операционной системе. После завершения работы управление возвращается к пользовательской программе, к команде, следующей за системным вызовом. В компьютерах, помимо инструкций для выполнения системных вызовов имеются прерывания, которые вызываются аппаратно для предупреждения об исключительных ситуациях, например, попытка деления на ноль или переполнение при операциях с плавающей точкой. Во всех подобных случаях управление переходит к операционной систем, которая должная решить, что делать дальше. Иногда нужно завершить программу с сообщением об ошибке, иногда можно проигнорировать (например, при потере значимости числа его можно принять равным нулю) или передать управление самой программе для обработки некоторых видов условий. Задания к работе: Осуществить тестирование процессора при помощи специализированного программного обеспечения Порядок выполнения работы: Установить программу CPU-z и протестировать процессор. СPU-Z определит процессор, материнскую плату, оперативную память, видеокарту, установленную в системе. Скачать CPU-Z программу можно http:cpuz.rucpuz_download.htm, Программа бесплатна. Записать данные процессора установленного на вашем компьютере. Степпинг ядра и техпроцесс. Корпусировка. Напряжение ядра. Внутренняя и внешняя частоты, множитель процессора. Поддерживаемые наборы инструкций. Информация о кеш-памяти. Отчет Отчет должен содержать: наименование работы; цель работы; задание; последовательность выполнения работы; ответы на контрольные вопросы; вывод о проделанной работе. Вопросы для самоконтроля: 1. В чем особенности структурной организации IBM совместимых компьютеров 2. Поясните алгоритм выполнения команд процессором. 3. Когда ЦП может начать программу обслуживания прерывания 4. Какой из регистров входит в состав АЛУ 5. Чем определяется разрядность регистра


жүктеу 91.86 Kb.