Лабораторные работы по архитектуре компьютеров. Лабораторные-работы-по-архитектуре-компьютера. Лабораторные работы по архитектуре компьютера
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
Задание 8. Установка плат расширения В зависимости от типа материнской платы на ней могут быть установлены слоты различных интерфейсов: ISA, PCI, AGP, PCI Express. Поэтому перед установкой на материнскую плату нужно внимательно рассмотреть платы расширения и определить, в какие слоты они могут быть установлены. После того как соответствие плат расширения и слотов установлено, можно переходить к сборке. При установке платы расширения следует аккуратно ввести ножевой разъем платы в слот, а потом с небольшим усилием вставить разъем в слот до упора. Плату расширения необходи- мо зафиксировать, иначе в процессе эксплуатации компьютера печатная плата рано или поздно вылезет из слота. Крепится плата с помощью винта, притягивающего заднюю металличе- скую планку платы расширения к корпусу системного блока. 26 Для надежной фиксации видеоконтроллеров в слотах рас- ширения AGP и PCI Express (формата 16x) устанавливают спе- циальные держатели с защелкой. В этом случае при установке видеокарты в слот нужно сначала отогнуть фиксатор в сторо- ну, установить плату, а затем отпустить фиксатор. При этом можно услышать характерный щелчок, свидетельствующий о правильной установке и закреплении платы. Задание 9. Проверка работоспособности компьютера После сборки системного блоки, не закрывая корпуса ком- пьютера, подключите к нему клавиатуру, монитор и мышь. Остальные внешние устройства для первого включения компьютера подключать не следует. При включении питания следует обратить внимание на зву- ковые сигналы, которые издает внутренний динамик, и на све- тодиоды, расположенные на системном блоке и клавиатуре. На системном блоке должен засветиться светодиод, кото- рый индицирует переход компьютера в рабочее состояние. Одновременно должны заработать все вентиляторы системно- го блока: в блоке питания, кулеры процессора, видеокарты и чипсета (если они там есть). На некоторых моделях систем- ных плат вентилятор процессора включается не сразу, а спустя несколько секунд. Если вентиляторы не заработали, то снова проверьте правильность сборки системного блока. Обратите внимание на корректность подключения разъемов питания и кнопки «Сеть» (Power SW). Если после включения питания внутренний динамик изда- ет длительный или многократные сигналы, то по таблице зву- ковых сигналов BIOS (см. руководство к материнской плате) следует определить неисправный узел. У версий BIOS, разра- ботанных различными фирмами, таблицы сигналов довольно сильно отличаются. Определив неисправность, следует устра- нить ее путем исправления допущенных в ходе сборки ошибок или замены неисправных узлов. 2.3. Содержание отчета Перечень и краткое описание компонентов системного блока. 27 Перечень ошибок и неисправностей, обнаруженных при сборке и проверке работоспособности системного блока. Письменные ответы на контрольные вопросы. 2.4. Контрольные вопросы 1. Какие основные блоки и платы входят в состав персо- нального компьютера? 2. Какова стандартная мощность блока питания? Какие на- пряжения выдает блок питания? В чем основные причины вы- хода из строя блока питания? 3. Какие типы корпусов применяются в ПК? 4. Какие основные устройства находятся на материнской плате? 5. Для чего служит постоянное запоминающее устройство? 6. Какими основными параметрами характеризуются нако- пители на жестких дисках? 7. Какие современные типы интерфейсов применяются для НЖМД? 8. Что такое шина на системной плате? Какие типы шин вы знаете? 9. Для чего нужна кэш-память? На каких микросхемах она реализуется? 10. Какие типы модулей ОЗУ применяются в современных ПК? 11. Каковы основные параметры CD-ROM-приводов? 12. Каковы основные характеристики процессоров? 13. Какие виды накопителей на лазерных дисках вы знаете? 14. Какие виды дисковых накопителей вы знаете? 15. Что такое порт? Какие вы знаете типы портов? 16. Структура жесткого диска. 17. Какие виды памяти вы знаете? 18. Что такое BIOS? Основные функции BIOS. 19. Какие основные характеристики системной платы вы можете назвать? 20. Какое устройство служит для вывода графической ин- формации? 28 Литература: 1. Богданов, Д. С. Архитектура компьютера / Д. С. Богда- нов. – URL : http://asm-pc.ru 2. Гук, М. Ю. Аппаратные средства IBM PC : энциклопедия / М. Ю. Гук. – 3-е изд. – СПб. : Питер, 2006. – 1072 с. 3. Докторов, А. Е. Архитектура ЭВМ. Методические указа- ния к лабораторным работам / А. Е. Докторов, Е. А. Докторо- ва. – УлГТУ, 2008. – 32 с. 4. Коваль, А. С. Архитектура ЭВМ и систем : учебно-мето- дическое пособие для вузов / А. С. Коваль, А. В. Сычев. – Во- ронеж, 2007. – 87 с. 5. Манохин, Ю. П. Архитектура ЭВМ и систем : учебно- методический комплекс / Ю. П. Манохин, Ю. В. Чекмарев. – М. : РГТУ, 2010. – 45 с. 6. Поворознюк, А. И. Архитектура компьютеров. Архитек- тура микропроцессорного ядра и системных устройств : учеб- ное пособие / А. И. Поворознюк. – Ч. 1. – Харьков : Торнадо, 2004. – 355 с. 7. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. – 5-е изд. – СПб. : Питер, 2007. – 844 с. 8. Толстобров, А. П. Архитектура ЭВМ : учебное пособие / А. П. Толстобров. – Воронеж, 2004. – 95 с. 9. Хамахер, К. Организация ЭВМ / К. Хамахер, З. Вране- шич, С. Заки. – 5-е изд. – СПб. : Питер, 2003. – 848 с. 29 РАБОТА 3. ОТЛАДЧИК DEBUG КАК СРЕДСТВО ДЛЯ ОЗНАКОМЛЕНИЯ С АРХИТЕКТУРОЙ INTEL 8086 Цель: научиться использовать программу DEBUG для ис- следования работы виртуального режима процессора Intel. Технические средства: персональный компьютер, осна- щенный операционной системой DOS или WINDOWS, отлад- чик двоичного кода DEBUG. 3.1. Краткая теоретическая часть Изучая работу процессора персонального компьютера, удобно использовать программу DEBUG, встроенную в ко- мандную оболочку операционной системы WINDOWS. Эта программа представляет собой шестнадцатиразрядный отлад- чик кода программ. Запуск программы DEBUG Запустить программу DEBUG можно из командной строки или непосредственно из папки, в которой она находится. Что- бы запустить программу из командной строки, выберите ко- манду из меню ПУСК – ВЫПОЛНИТЬ или нажмите комбина- цию клавиш WIN + R. В открывшемся окне напечатайте слово «debug» и нажмите клавишу ENTER или щелкните кнопку ОК. Рис. 1. Запуск программы Debug 30 В качестве приглашения выступает знак «минус». Использование программы DEBUG Теперь можно вводить команды программы, например, для вывода справки нужно ввести знак вопроса «?» и нажать кла- вишу «Enter». Команды можно вводить как в верхнем, так и в нижнем ре- гистре. Все числовые значения являются шестнадцатеричными- Рис. 2. Вывод справки Чтобы вывести дамп памяти с адреса 0B2B:0100 до адреса 0B2B:0200 требуется ввести команду «D 100 200». Рис. 3. Приветствие командной строки отладчика Debug Для запуска программы на выполнение есть несколько путей: 31 1. Запустить программу командой «Go». В этом случае в командный интерпретатор удастся вернуться только после за- вершения всей программы. 2. Использовать команду «Trace». Она позволит выполнять последовательно каждую ассемблерную команду. 3. Использовать команду «Proceed». Так же, как и «Trace», вы- полняет по одной инструкции, но выполнение инструкций CALL, LOOP, INT или повторяемой строковой инструкции с префикса- ми REPnn происходит как выполнение одной команды. Например, для выполнения одной инструкции, находящей- ся в памяти по адресу XXXX:0100, следует изменить значение регистра IP на 100 командой «R IP» и выполнить команду «T». Таблица 3.1 Команда_Описание'>Команды отладчика DEBUG Команда Описание A (Assemble) Транслирование команд ассемблера в машинный код; адрес по умолчанию – CS:0100h. A [<адрес_начала_кода>] C (Compare) Сравнение содержимого двух областей памяти; по умолчанию используется DS. В команде указывается либо длина участков, либо диапазон адресов. C <начальный_адрес_1> L<длина> <начальный_ адрес_2> C <начальный_адрес_1> <конечный_адрес_1> <начальный_адрес_2> D (Display/ Dump) Вывод содержимого области памяти в шестнадцатеричном и ASCII-форматах. По умолчанию используется DS; можно указывать длину или диапазон. D [<начальный_адрес> [L<длина>]] D [начальный_адрес конечный_адрес] E (Enter) Ввод в память данных или инструкции машинного кода; по умолчанию используется DS. E [<адрес> [<инструкции/данные>]] 32 Команда Описание F (Fill) Заполнение области памяти данными из списка; по умолчанию используется DS. Использовать можно как длину, так и диапазон. F <начальный_адрес_1> L<длина> ‘<данные>’ F <начальный_адрес> <конечный_адрес> ‘<данные>’ G (Go) Выполнение отлаженной программы на машинном языке до указанной точки останова; по умолчанию используется CS. При этом убедитесь, что IP содержит корректный адрес. G [=<начальный_адрес>] <адрес_останова> [<адрес_останова> ...] H (Hexadeci- mal) Вычисление суммы и разности двух шестнадцатеричных величин. H <величина_1> <величина_2> I (Input) Считывание и вывод одного байта из порта. I <адрес_порта> L (Load) Загрузка файла или данных из секторов диска в память; по умолчанию – CS:100h. Файл можно указать с помощью команды N или аргумента при запуске debug.exe. L [<адрес_в_памяти_для_загрузки>] L [<адрес_в_памяти_для_загрузки> [<номер_диска> <начальный_сектор> <количество_секторов>]] M (Move) Копирование содержимого ячеек памяти; по умолчанию используется DS. Можно указывать как длину, так и диапазон. M <начальный_адрес> L<длина> <адрес_ назначения> M <начальный_адрес> <конечный_адрес> <адрес_ назначения> N (Name) Указание имени файла для команд L и W. N <имя_файла> O (Output) Отсылка байта в порт. O <адрес_порта> <байт> Продолжение таблицы 3.1 33 Команда Описание P (Proceed) Выполнение инструкций CALL, LOOP, INT или повторяемой строковой инструкции с префиксами REPnn, переходя к следующей инструкции. P [=<адрес_начала>] [<количество_инструкций>] Q (Quit) Завершение работы debug.exe R (Register) Вывод содержимого регистров и следующей инструкции. R <имя_регистра> S (Search) Поиск в памяти символов из списка; по умолчанию используется DS. Можно указывать как длину, так и диапазон. S <начальный_адрес> L<длина> ‘<данные>’ S <начальный_адрес> <конечный_адрес> ‘<данные>’ T (Trace) Пошаговое выполнение программы. Как и в команде P, по умолчанию используется пара CS:IP. Замечу, что для выполнения прерываний лучше пользоваться командой P. T [=<адрес_начала>] [<количество_выполняемых_ команд>] U (Unas- semble) Дизассемблирование машинного кода; по умолчанию используется пара CS:IP. К сожалению, debug.exe некорректно дизассемблирует специфические команды процессоров 80286+, хотя они все равно выполняются корректно. U [<начальный_адрес>] U [<начальный_адрес конечный_адрес>] W (Write) Запись файла из debug.exe; необходимо обязательно задать имя файла командой N, если он не был загружен. А программы записываются только в виде файлов .COM! Число байт записываемой информации должно содержаться в регистре CX. W [<адрес> [<номер_диска> <начальный_сектор> <количество_секторов>]] Окончание таблицы 3.1 34 3.2. Практическая часть Задание 1. При помощи отладчика Debug заполнить та- блицу 3.2. Таблица 3.2 Отчет выполнения работы с программой DEBUG 1. Вывести на экран содержимое регистров 2. Вывести на экран 139 10 , байт памяти, начиная с 100H 3. Присвоить имя программе 4. Записать на диск программу, состоящую из кода, находящегося по адресу 2B3 16 размером 134 10 байт, и данных, находящихся по адресу 340 16 размером 200 10 байт 3.3. Контрольные вопросы 1. Используя отладчик DEBUG в режиме виртуальной адре- сации, можно ли повредить операционную систему? 2. Содержимое каких регистров можно узнать при помощи отладчика DEBUG? 35 РАБОТА 4. МИКРОПРОЦЕССОР И ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА Цель: изучить устройство процессора и оперативной памя- ти персонального компьютера. Оборудование: макет материнской платы, процессоры, мо- дули оперативной памяти. 4.1. Краткая теоретическая часть В 1945 году математик Джон фон Нейман описал основы конструкции компьютера. Согласно принципам фон Неймана, компьютер должен иметь следующие устройства. Арифметико-логическое устройство – для непосред- ственного осуществления вычислений и логических операций. Устройство управления – для организации процесса управ- ления программ. Запоминающее устройство (память) – для хранения про- грамм и информации. Внешние устройства – для ввода и вывода информации. Схема устройства современных компьютеров несколько отличается от классической схемы. В частности, арифме- тико-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в центральный процессор (ЦПУ). На схеме приведены основные части современного компьютера (рис. 4). 36 Рис. 4. Структура материнской платы персонального компьютера Процессор.Процессор (рис. 5) делится на два логических устройства: устройство исполнения (УИ) и шинный интерфейс (ШИ). УИ ответственно за выполнение инструкций, а ШИ – за доставку УИ данных и инструкций для обработки. УИ содержит арифметико-логическое устройство (АЛУ, английская аббреви- атура – ALU), устройство управления (УУ) и регистры. Это по- зволяет выполнять арифметические и логические операции. Регистры процессора позволяют выполнять арифметиче- ские операции, адресацию памяти и управлять исполнением инструкций. Программа обращается к регистрам по имени, например, CS, DS, SS. Биты в регистре нумеруются справа на- лево, начиная с 0: ...15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 Генератор тактовых импульсов Контроллер памяти Фронтальная шина ЦПУ Оперативная память Графический контроллер Шина графического контроллера Шина памяти Внутренняя шина Контроллер ввода-вывода PCI ISA Cлоты расши- рения IDE SATA USB Ethernet ППЗУ (BIOS) Мультиконтроллер Последовательные порты Параллельные порты Клавиатура Мышь 37 Рис. 5. Устройство процессора Intel 8086 Сегментный регистр адресует данные в области памяти, называемой текущим сегментом. Процессоры фирмы Intel, применяемые в IBM PC – совместимых компьютерах, облада- ют различными возможностями адресации. Регистр CS. Имеет начальный адрес сегмента, содержаще- го код программы. Сумма содержимого этого регистра со зна- чением смещения в указателе инструкций (instruction pointer, IP) указывает адрес инструкции, которая должна быть пере- дана для исполнения. Для обычных целей программирования прямо ссылаться на этот регистр не нужно. Регистр DS. Содержит начальный адрес сегмента данных программы. Инструкции используют этот адрес для поиска данных. Этот адрес, сложенный со смещением, заданным в ин- струкции, дает ссылку на определенную ячейку памяти, содер- жащую требуемые данные. АН ВH CH DH SP BP SI DI АН ВH CH DH УИ: Устройство исполнения ШИ: Шинный интерфейс Управление программой АЛУ: арифметико- логическое устройство УУ: устройство управления Регистр флагов 1 2 3 4 n Блок управления шиной CP DP SS ES Указатель инструкции Шина 38 Регистр SS. Позволяет реализовывать в памяти стек, кото- рый программа использует для временного хранения адресов и данных. Регистр SS хранит начальный адрес сегмента стека программы. Этот адрес в сумме со смещением, хранимым в указателе стека (stack pointer, SP), указывает на текущее сло- во в стеке. Для обычных целей программирования прямо ссы- латься на этот регистр не нужно. Регистр ES. Используется некоторыми строковыми (рабо- тающими с символьными данными) операциями для управле- ния адресацией памяти. В этом контексте сегментный регистр ES связан с регистром индекса (index, DI). Если программа требует использования сегмента ES, вы должны проинициа- лизировать регистр соответствующим значением начального адреса. Регистры указателей – это 32-разрядные регистры EIP, ESP, EBP; их младшие 16 разрядов – соответственно IP, SP, BP. Указатель инструкции (instruction pointer, IP). 16-разрядный регистр IP содержит смещение адреса следующей инструкции, подлежащей исполнению. IP связан с CS (как CS:IP), то есть ре- гистр IP указывает текущую инструкцию внутри текущего кодо- вого сегмента. Обычно к IP не обращаются непосредственно в программах, но его значение можно изменять, например, в про- грамме DEBUG с целью тестирования выполнения программы. В процессоре 80386 впервые появился расширенный указатель инструкции – 32-разрядный регистр EIP. В следующем примере CS содержит 39B4[0]H. IP содержит 514H. Чтобы определить следующую подлежащую исполнению инструкцию, процессор суммирует адрес CS со смещением в IP. Адрес следующей выполняемой инструкции CS 39B40H Смещение в IP + 514H Адрес следующей выполняемой инструкции 3A054H При выполнении каждой инструкции процессор меняет зна- чение смещения в регистре IP, и этот регистр постоянно ука- зывает на следующую подлежащую исполнению инструкцию. 39 Указатель стека (stack pointer, SP). Регистры SP (stack pointer – указатель стека) и BP (base pointer – базовый указа- тель), связанные регистром SS, и позволяют системе работать с данными в стековом сегменте. Процессор автоматически ра- ботает с этими регистрами. 16-разрядный регистр SP хранит значение смещения, кото- рое в сочетании с регистром SS (SS:SP) указывает на текущее слово в стеке. В процессоре 80386 введен в оборот 32-разряд- ный расширенный регистр указателя стека – ESP. В следующем примере регистр SS содержит адрес сегмен- та 4BB3[0]H, а регистр SP – смещение 412H. Для вычисления адреса текущего слова в стеке процессор суммирует значения регистров SS и SP. |