Презентация 5_Архитектура современных персональных компьютеров

1.

Архитектура современных
персональных компьютеров
Автор курса лекций:
кандидат технических наук, доцент
доцент кафедры информатики
Извозчикова Вера Васильевна

2.

1 Структура 32-х разрядных МП фирмы Intel
2 Назначение блоков и функционирование 32-х
разрядных МП фирмы Intel
3 Классификация регистров

3. 1 Структура 32-х разрядных МП фирмы Intel

Внутреннее строение устройства процессора

4.

В структуре микропроцессора можно выделить шесть
блоков:
1) центральный процессор (ЦП);
2) блок процессора с плавающей точкой;
3) устройство управления (УУ);
4) диспетчер памяти;
5) блок предвыборки команд и данных;
6) интерфейс магистрали.

5. 2 Назначение блоков и функционирование 32-х разрядных МП фирмы Intel

1. ЦП включает в себя:
– АЛУ;
– Восемь 32-разрядных регистров общего назначения;
– Многоразрядный сдвигатель, который используется при логических и
арифметических сдвигах, операциях умножения и деления.
2. Блок процессора с плавающей точкой по своей структу-ре
соответствует арифметическому сопроцессору 80387. Он имеет собственные
регистры данных и управления, работает параллельно с ЦП, обеспечивая
обработку данных с плавающей точкой.

6.

3. Устройство управления (УУ) включает дешифратор ко-манд, которые
поступают из блока предварительной выборки (очереди команд) и блок
микропрограммного управления, содержащий ПЗУ микропрограмм. УУ
формирует последовательность микрокоманд, которые поступают на все блоки
МП, и обеспечивают выполнение очередной команды и переход к следующей.
4. Диспетчер памяти состоит из блока сегментации и блока страничной
адресации. Диспетчер обеспечивает 3 режима работы МП i486:
– режим реальных адресов (R-режим);
– защищенный режим (P-режим);
– режим виртуального 8086 (V-режим).

7.

R-режим опирается на базовую архитектуру процессора 8086, т.е. МП
работает как очень быстрый процессор 8086, но допускается обращение к 32битным регистрам. Максимально используемый размер памяти 1 Мб.
Доступны почти все команды i486, но принимаемый по умолчанию размер
операндов составляет 16 бит. Чтобы использовать 32 битные регистры и
режимы адресации, пред командами требуется префикс замены.
Основное назначение R-режима: подготовить процессор к работе в
защищенном режиме.

8.

Защищенный режим (P-режим). Когда программа выполняется в Р –
режиме становятся доступны все возможности процессора i486. В дополнении
к сегментной организации допускается страничная организация памяти.
Линейное адресное пространство составляет 4 Гб и может выполнять
программы которые рассчитаны на виртуальную память 64 Тб. Применяются
боле сложные механизмы адресации, чем в R – режиме.

9.

Режим виртуального 8086 (V-режим). Он является подрежимом Ррежима. В данном режиме процессор может выполнять операционные
системы и прикладные программы процессора 8086 с операционными
системами и прикладными программами процессора 80286 и 80386.
Задачи изолированы и защищены одна от другой и от операционной системы
микропроцессора. Специальный механизм обеспечивает переключение задач.

10.

В МП используется 4 уровня защищенности (0, 1, 2, 3), которые
определяют возможность доступа к различным сегментам памяти: уровень 0 –
наибольшая защищенность.
Для каждой выполняемой программы устанавливается один из 4х
уровней привилегий, которые дают право вызова сегментов: уровень 0 –
максимальные привилегии, которые позволяют вызывать сегменты с любым
уровнем защищенности. Это обеспечивает эффективную защиту сегментов от
несанкционированного доступа.

11.

Сегментированная память представляет собой набор блоков, которые
характеризуются определенными атрибутами, такими как:
1) размер;
2) тип (стек, программа, данные);
3) расположение;
4) характеристика защиты.
В системе на основе МП каждой задаче доступны до 16384 сегментов
величиной до 4 Гб каждый. Это обеспечивает возможность использования до
64 Тб виртуальной памяти для каждой задачи.
Блок страничной адресации действует на более низком уровне. Разбиения
памяти на страницы возможно только в защищенном режиме. Каждый сегмент
делится на страницы размером по 4 Кб.

12.

5. Блок предвыборки команд и данных включает устройство
предвыборки команд и внутреннюю кэш-память. Блок предвыборки
осуществляет заполнение очереди команд длинной 32 байта.
6. Интерфейс магистрали обеспечивает обмен МП с памятью,
контроллерами ввода/вывода и др. устройствами системы. Шина данных МП
двунаправленная, ее разрядность может меняться в ходе работы. За один цикл
м.б. переданы 8, 16 и 32 бита. Шина адреса включает 30 адресных линий
(А31-А2) и 4 линии выбора байтов. Сигнал выбора байтов определяет, какие
байты 32-разрядной шины данных участвуют в текущем цикле обмена. Это
позволяет без дополнительной аппаратуры согласовать 32-разрядную шину
данных МП с байтной организацией памяти системы. Шины адреса (А32-А2)
является двунаправленными.

13. 3 Классификация регистров

В МП i486 можно выделить следующие группы регистров:
1. основные функциональные регистры:
– регистры ОН;
– указатель команд;
– регистр флагов;
– регистры сегментов.
2. регистры процессора обработки чисел с плавающей запятой:
– регистры данных;
– регистры тегов;
– регистры состояния;
– указатели команд и данных FPU;
– регистры управления FPU.

14.

3. системные регистры
– регистры управления микропроцессора;
– регистры системных адресов.
4. регистры отладки и тестирования.
Системные регистры и регистры отладки и тестирования доступны только
на уровне привилегий = 0.
Содержимое основных функциональных регистров определяется текущей
задачей, т.е. в эти регистры автоматически загружается новое значение при
переключении задач.

15.

Основные функциональные регистры