Опубликован: 16.09.2005 | Уровень: для всех | Доступ: свободно | ВУЗ: Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова
Лекция 6:
Устройство компьютера. Оперативная память, процессор, регистры процессора. Аппаратный стек
Аннотация: Рассматривается устройство компьютера, построенного по фон-Неймановской архитектуре. Приводятся основные составные части компьютера: процессор, оперативная память, шина, внешние устройства. Рассматриваются общие принципы построения и работы процессора, указываются важнейшие регистры процессора и алгоритм его работы. Дается классификация CISC и RISC-процессоров. Рассматривается аппаратный стек и его использование в командах вызова подпрограмм и для размещения локальных переменных.
Ключевые слова: компьютер, исполнитель, запись, фон-Неймановская архитектура, программа, постоянное запоминающее устройство, байт, адрес, память, массив, целое число, слово, элемент данных, бит, знаковый бит, endianness, 80x86, архитектура, значение, Internet, сеть, процессор, внешние команды, кеш-память, stack pointer, program counter, carry, операции, команда, аргумент, MASM, IBM, ассемблер, DOS, Windows, AS, регистр, операнд, адрес аргумента, instruction set, itanium, кеш, арифметические команды, pipelining, instruction pointer, цикл команды, стек, запоминающее устройство, push, pop, memory, графическая система, входные аргументы
Устройство компьютера
Компьютер - это универсальный исполнитель, который умеет управлять другими исполнителями и обладает собственной внутренней памятью. Запись алгоритма для компьютера называется программой. Все современные компьютеры построены по так называемой фон-Неймановской архитектуре: программа хранится в памяти компьютера, так же как и данные.
Компьютер построен из следующих составных частей:
- процессор - это основа любого компьютера, его мозг. Процессор производит все вычисления и отдает команды всем остальным компонентам компьютера;
- оперативная память также является обязательной составной частью любого компьютера. Оперативная память (RAM - Random Access Memory) хранит как программу, так и данные (т.е. значения переменных). Часть памяти может быть защищена от записи и хранится в специальной микросхеме (ПЗУ - постоянное запоминающее устройство или ROM - Read Only Memory). Обычно в ПЗУ лежит программа первоначальной загрузки и базовая система ввода-вывода (BIOS);
- шина - это канал передачи команд и данных между всеми составными частями компьютера. В компьютере могут быть одна или несколько шин. Все устройства подключаются к шине параллельно, т.е. порядок подключения не важен, а количество проводов не зависит от количества подключенных устройств. Порядок передачи команд и данных определяется протоколом работы шины, т.е. четко описанным набором соглашений, принятым, как правило, в виде международного стандарта. Каждое устройство подключается к шине с помощью контроллера, который осуществляет перевод с языка сигналов, передаваемых по шине, на язык команд конкретного устройства;
- внешние устройства подключаются к шине компьютера. Наиболее распространенные внешние устройства - это жесткий диск, клавиатура, монитор, сетевая карта, модем и т.п. Ни одно из них не является обязательным, как показывает пример компьютера, управляющего автомобильным двигателем со впрыском топлива. Но какие-то внешние устройства всегда присутствуют, поскольку через них осуществляется связь компьютера с внешним миром.
Рассмотрим каждую из составляющих частей компьютера более подробно.
