Структура процессора Intel x86

Системный блок персонального компьютера содержит: блок питания; системную (материнскую) плату; адаптеры внешних устройств; накопители на жестких магнитных (НЖМД) и гибких (НГМД) дисках, а также ряд других устройств. Для нас наибольший интерес представляет системная плата, на которой размещаются постоянное запоминающее устройство ПЗУ (ROM - read only memory), оперативное запоминающее устройство ОЗУ (RAM - random access memory), процессор и логика управления, связанные между собой шинами.

Физически и ОЗУ и ПЗУ выполнены в виде микросхем. Характерным для персонального компьютера является тот факт, что при выключении электропитания содержимое ОЗУ утрачивается (энергозависимая память), а ПЗУ – нет (энергонезависимая память).

Одна из основных задач ПЗУ обеспечить процедуру старта персонального компьютера. В ПЗУ хранятся базовая система ввода/вывода BIOS, а также некоторые служебные программы и таблицы, например, начальный загрузчик, программа тестирования POST и т.п.

Оперативная память ОЗУ предназначена для временного хранения программ и данных, которыми они манипулируют. Логически оперативную память можно представить в виде последовательности ячеек, каждая из которых имеет свой номер, называемый адресом.

Центральный процессор (ЦП) в современных персональных компьютерах выполнен в виде одной сверхбольшой интегральной микросхемы (СБИС). ЦП выполняет машинные команды, выбирая их в заданной последовательности из оперативной памяти. Работа всех электронных устройств компьютера координируется сигналами управления, вырабатываемыми ЦП и некоторыми другими СБИС, сигналами тактового генератора, с помощью которых синхронизируются действия всех сигналов.

Возможности компьютера в большей степени зависят от типа установленного процессора и его тактовой частоты. Семейство процессоров 80х86 корпорации Intel включает в себя микросхемы: 8086, 80186, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III и т.д. Совместимые с 80х86 микросхемы выпускают также фирны AMD, IBM, Cyrix. Особенностью этих процессоров является преемственность на уровне машинных команд: программы, написанные для младших моделей процессоров, без каких-либо изменений могут быть выполнены на более старших моделях. При этом базой является система команд процессора 8086, знание которой является необходимой предпосылкой для изучения остальных процессоров.

Структуру центрального процессора Intel 8086 можно разделить на два логических блока (рис.1.1):

• блок исполнения (EU:Execution Unit);
• блок интерфейса шин (BIU:Bus Interface Unit).

(Интерфейс (interface) - это совокупность средств, обеспечивающих сопряжение устройств и программных модулей как на физическом, так и на логическом уровнях).

В состав EU входят: арифметическо-логическое устройство ALU, устройство управления CU и десять регистров. Устройства блока EU обеспечивают обработку команд, выполнение арифметических и логических операций.

Три части блока BIU - устройство управления шинами, блок очереди команд и регистры сегментов – предназначены для выполнения следующих функций:

• управление обменом данными с EU, памятью и внешними устройствами ввода/вывода;
• адресация памяти;
• выборка команд (осуществляется с помощью блока очереди команд Queue, который позволяет выбирать команды с упреждением).

С точки зрения программиста, процессор 8086 состоит из 8 регистров общего назначения, 4 сегментных регистров, регистра адреса команд (счетчика команд) и регистра флагов. Процессор выставляет на шину адреса адрес выбираемых из памяти команд (или данных), которые поступают в шестибайтный буфер (очередь команд), а затем исполняются.

Адресную шину можно представить в виде 20 проводников, в каждом из которых может либо протекать напряжение заданного уровня (сигнал 1), либо отсутствовать (сигнал 0). Таким образом, микропроцессор оперирует с двоичной системой счисления (двоичной системой представления данных). Символьная информация кодируется в соответствии с кодом ASCII (Американский стандартный код для обмена информацией). Числовые данные кодируются в соответствии с двоичной арифметикой. Отрицательные числа представляются в дополнительном коде.

Минимальная единица информации, соответствующая двоичному разряду, называется бит (Bit). Группа из восьми битов называется байтом (Byte) и представляет собой наименьшую адресуемую единицу – ячейку памяти. Биты в байте нумеруют справа налево цифрами 0...7.

Двухбайтовое поле образует шестнадцатиразрядное машинное слово (Word), биты в котором нумеруются от 0 до 15 справа налево. Байт с меньшим адресом считается младшим.

Четырехбайтовое поле образует двойное слово (Double Word), а шестнадцатибайтовое – параграф (Paragraph).

Таким образом, с помощью 16-разрядной шины данных можно передавать числа от 0 (во всех проводниках сигнал 0) до 65535 (во всех проводниках сигнал 1). Несмотря на то, что двоичная система обладает высокой наглядностью, она имеет существенный недостаток – числа, записанные в двоичной системе, слишком громоздки. С другой стороны, привычная для нас десятичная система слишком сложна для перевода чисел в двоичную систему счисления и обратно. Поэтому наибольшее распространение в практике программирования получила шестнадцатеричная система счисления.

При написании программ принято двоичные числа сопровождать латинской буквой B или b, (например, 101B), а шестнадцатеричные – буквой H или h на конце. Если число начинается с буквы, то обязательной является постановка нуля впереди, например, 0BA8H.