Автор: Пользователь скрыл имя, 09 Октября 2011 в 23:22, реферат
Компьютеры, способные решать множество разнообразных сложных задач, причем с молниеносной быстротой, приводят непосвященных в трепет. Наверное, даже анализ электронных схем компьютера не может до конца объяснить его поразительных возможностей. А между тем, как мы увидим в дальнейшем, его внутренняя структура и принципы работы, казалось бы, сами по себе просты.
| По приходу тактового импульса на линиях адресной шины фиксируются высокие и низкие уровни напряжения, представляющие адрес первой инструкции программы начальной проверки. (Адрес следующей инструкции уже подготовлен в программном счетчике.) На следующем такте схемы дешифратора адреса определяют, где находится ячейка с данным адресом. Очередной тактовый импульс активизирует соответствующую микросхему ПЗУ. |
| По мере прихода очередных тактовых импульсов управляющие схемы ПЗУ обращаются к нужной ячейке памяти (ее биты изображены в виде желтых кружочков) в выбранном кристалле. Как показано на рисунке, двоичная цепочка, представляющая адрес, отличается от цепочки, представляющей информацию, которая хранится по этому адресу: адрес лишь указывает, где хранится элемент данных, но не сами данные. В показанном здесь случае затребованная цепочка данных представляет собой код первой инструкции в начальной последовательности команд. ЦПУ хотело бы «прочитать» этот код, но должно ждать специального разрешающего сигнала и очередного тактового импульса. |
| На следующем такте ЦПУ посылает сигнал «чтение» микросхеме ПЗУ, которая мгновенно подает информацию в шину данных. Это тщательно скоординированное сочетание управляющих сигналов и тактовых импульсов гарантирует, что на шину не поступит никакой информации, прежде чем устройство, для которого она предназначена, не будет готово к приему. Благодаря тому, что тактовый импульс и сигнал «чтение» проходят через один и тот .же логический вентиль «и», информация не может попасть на шину данных до тех пор, пока на обеих линиях сигналы не будут соответствовать логическому значению «истино». |
| Попав на шину данных, байт информации, извлеченный из ПЗУ в соответствии с начальным адресом программы, поступает в ЦП. На следующем такте ЦП фиксирует байт данных, принятый по шине, и посылает его в свои регистры. Поскольку это первый элемент данных, полученный процессором с момента включения питания, он воспринимается как код инструкции, который дешифрируется при следующем тактовом импульсе. Последовательность - программный счетчик, адресная шина, ПЗУ, шина данных, дешифрация команды - повторяется сотни раз, пока все байты, составляющие программу начальной проверки, не будут один за другим переданы процессору и выполнены. |
Шаги машинного цикла, описанные здесь,
хорошо иллюстрируют последовательности
дискретных действий, которые повторяются
многократно при чтении очередной инструкции
центральным процессором. Каждое действие
происходит за время порядка 30 нс (наносекунда;
1 нс = 0,000000001 ). Рисунки, помещенные здесь,
позволяют взглянуть на программу начальной
проверки в более крупном временном масштабе,
однако характер действий остается по
существу тем же.
На
данном примере показано, как компьютер
проверяет работу микросхем ОЗУ. Эта процедура
состоит из миллионов отдельных шагов
и в зависимости от объема памяти компьютера
занимает до нескольких секунд. Проверка
ОЗУ сложна по двум причинам. Во-первых,
каждая микросхема ОЗУ обычно содержит
64 К информации (1 К = 1024 бит), т. е. 65536 бит.
Во-вторых, в этих крошечных, плотно упакованных
микросхемах информация хранится иначе,
чем в ПЗУ. Как показано здесь, восьмибитный
элемент данных, считываемый процессором
из ПЗУ, содержится в одной микросхеме.
В ОЗУ 8 бит (1 байт) данных записаны в определенной
последовательности в 8 различных микросхемах.
Такая организация оперативной памяти
позволяет наиболее эффективно пользоваться
адресным пространством памяти и оптимально
планировать схему системной платы.
Чтобы
убедиться, что ни одна микросхема ОЗУ
не вышла из строя, ЦПУ обращается к ним,
задавая адреса на адресной шине (желтая).
Дешифратор адреса определяет те 8 микросхем,
которые должны хранить 8 бит, составляющих
пробный байт данных, и эти биты поступают
по шине данных. Далее ЦПУ обращается к
ОЗУ, чтобы прочесть только что записанные
там данные. Дешифратор адреса активирует
8 микросхем, каждая из которых должна
послать 1 бит по шине данных (синяя) в центральный
процессор. Процессор сверяет принятый
таким образом байт с тем, который записан
в память. Эти байты должны совпадать.
Для проверки всех ячеек одной микросхемы
ЦП должен повторить этот тест 65536 раз
(с различными адресами). Разумеется, в
то же самое время проверяются другие
семь микросхем ОЗУ. Обнаружив ошибки,
процессор запоминает, что определенные
области ОЗУ неисправны и ими не следует
пользоваться.
| Для проверки оперативной памяти центральный процессор «записывает», т. е. посылает, пробный элемент данных в каждую ячейку. Чтобы записать байт данных в оперативную память, дешифратор адреса отыскивает 8 отдельных микросхем, в каждой из которых хранится один бит от байта, записанного по данному адресу. |