10. Назначение устройств, размещаемых на материнской плате: регуляторы напряжения, конденсаторы, bios, rtc и другие.

11. Устройство и принципы работы пропроцессоров. Основные блоки процессора (алу, уу, мпп, регистры) и их назначение.

Рассмотрим архитектуру и работу процессора, одного из основных компонентов компьютера. Процессор можно представить в виде следующих внутренних узлов:   – устройство управления, предназначено для дешифрования и исполнения команд;   – рабочие регистры, необходимы для адресации памяти и выполнения вычислительных операций;   – арифметико – логическое устройство, выполняет логические и арифметические операции;   – управление вводом – выводом, ввод-вывод данных в процессор или из процессора;

Процессор работает с командами. В команде предписывается какое действие должен выполнить процессор и с какими данными. А любая программа, которая выполняется процессором состоит из множества различных команд, выполняя которые процессор выполняет программу.

Что из этого следует?

А из этого следует, что процессор должен обладать определённой архитектурой и команда должна иметь определённый формат для того, чтобы в итоге получить нужный результат.

Рассмотрим вкратце формат команды. Информация в компьютере хранится в виде двоичного кода, составленного из последовательносткей 0 и 1. Эти последовательности имеют разрядность кратную 8. То – есть 8 – разрядные, 16 – разрядные, 32 – разрядные и т. д. 0 или 1 в такой последовательности носит название бит. Соответственно: 8 бит = 1 байту; 16 бит = 1 машинному слову; 32 бита = двойному машинному слову;

Но в компьютере объём информации определяется не в машинных словах, а в следующих величинах: 1024 байт = 1 килобайту (Кб); 1024 Кб = 1 мегабайту (Мб); 1024 Мб = 1 гигабайту (ГБ); 1024 Гб = 1 терабайту (Тб);

Но эта тема относится к компьютерной памяти, поэтому мы к ней вернёмся позже. А пока нас интересуют байты и машинные слова, так как мы разбираемся с работой процессора. Поскольку изучать новые вещи лучше всего с простого, то и мы будем опираться в изучении архитектуры, работы процессора на один из самых первых массовых процессоров фирмы Intel — процессор 8086. Все последующие поколения процессоров, включая и самые последние поколения процессоров, используют базовые принципы архитектуры процессора 8086 и его семейства.

12. Система команд и прерываний процессора. Этапы выполнения команд процессора. Виртуальная машина.

Система прерываний процессора.

Каким образом, в таком ритме работы, процессор узнает, откуда приходят данные - от клавиатуры или от мыши, от монитора или от принтера?  А может быть от микроволновой печи? И как с такими данными работать?

Для этого используются прерывания, которых существует 256 видов. Прерывания прерывают работу процессора над текущим заданием и направляют его на выполнение другой программы.

Предположим, мы решили подключить к компьютеру микроволновую печь. Выберем для нее какое-нибудь прерывание, не используемое другим устройством, например «103». Когда микроволновая печь захочет обратить на себя внимание процессора, она пошлет к нему сигнал и число 103. Процессор получит число и заглянет в специальную область памяти- вектор прерываний, где найдет адрес руководства по работе с микроволновой печью и начнет работать с этим устройством.

Новые сигналы прерываний могут временно приостановить работу текущей программы, и вернуться к ней по окончании работы с пришедшим прерыванием. Что было бы, если бы процессор работал не со скоростью сотни миллионов байтов в секунду, а в привычном для человека ритме. Как часто получал бы он сигналы?

• Сигналы от клавиатуры он получал бы один раз в десять лет. Обработка слова «компьютер» занимала бы почти 100 лет.

• Данные от мыши - один раз в год. Перемещение указателя мыши из одного угла экрана в другой заняло бы тысячелетие.

• Данные, поступившие по телефонным проводам через модем, - один раз в сутки. Прием и обработка одной страницы текста занимали бы 5-7 лет.

• Данные от гибкого диска — один символ в несколько часов.

• Данные от жесткого или лазерного диска - один байт в час.

Система команд процессора.

Процессор обрабатывает информацию, выполняя определенные команды. Таких команд может быть более тысячи. У каждой команды есть свой код (номер). Например, есть команда 000, 001, 002 и т.д. Коды всех команд процессора записаны в двоичной форме в специальном документе, который называется системой команд процессора.

У каждого процессора своя система команд, поэтому один и тот же код для, разных процессоров может обозначать разные команды. Если же процессоры имеют ограниченную совместимость, то их рассматривают как семейство. Примером семейства процессоров являются все процессоры Intel. Их родоначальником был процессор Intel 8086, на базе которого был сделан первый IBM PC. Процессоры семейства совместимы «сверху вниз», т.е. новый процессор понимает» все команды своих предшественников, но не наоборот.

Виртуальная машина (ВМ, от англ. virtual machine) —

программная и/или аппаратная система, эмулирующая аппаратное обеспечение некоторой платформы (target — целевая, или гостевая платформа) и исполняющая программы для target-платформы на host-платформе (host — хост-платформа, платформа-хозяин)

или виртуализирующая некоторую платформу и создающая на ней среды, изолирующие друг от друга программы и даже операционные системы (см.: песочница);

также спецификация некоторой вычислительной среды (например: «виртуальная машина языка программирования Си»).

Виртуальная машина исполняет некоторый машинно-независимый код (например, байт-код, шитый код, p-код) или машинный код реального процессора. Помимо процессора, ВМ может эмулировать работу как отдельных компонентов аппаратного обеспечения, так и целого реального компьютера (включая BIOS, оперативную память, жёсткий диск и другие периферийные устройства). В последнем случае в ВМ, как и на реальный компьютер, можно устанавливать операционные системы (например, Windows можно запускать в виртуальной машине под Linux или наоборот). На одном компьютере может функционировать несколько виртуальных машин (это может использоваться для имитации нескольких серверов на одном реальном сервере с целью оптимизации использования ресурсов сервера).