Принцип программного управления является определяющим в компьютерной технике. Этот принцип определяет способ получения полезного эффекта от компьютеров: человек, используя свой интеллект, один раз «пишет» программу для компьютера, а затем эту программу можно выполнять на компьютере произвольное число раз, с одной и той же точностью исполнения, как и в первый раз. Основой любого компьютера является процессор (микропроцессор). В некоторых компьютерах используют несколько микропроцессоров (в суперкомпьютерах может быть несколько тысяч микропроцессоров). Процессор является единственным активным компонентом компьютера, после включения электропитания он самостоятельно начинает выполнять созданную для него программу, которая представляет собой последовательность команд (инструкций) процессору. Программы и данные доступны для процессора только в том случае, если они находятся в оперативной памяти ОЗУ (динамической или ПЗУ).
Любой микропроцессор (МП) предназначен для выполнения набора команд, определенных для него разработчиками данного микропроцессора (это его главная функция, для этого его и создали), и ряда аппаратных функций, обеспечивающих эффективное выполнение этих команд. Командами человек (программист) указывает микропроцессору последовательность действий, реализующих задачу, решаемую программистом на персональном компьютере. Программа, состоящая из команд процессора, должна находиться в оперативной памяти (динамической или ПЗУ), но так как размер оперативной памяти ограничен, основной объем программ и данных в виде файлов хранится во «внешней памяти» т. е. на «жестких» магнитных дисках и других носителях информации. Процессор для выполнения служебных или прикладных программ, находящихся, например, на дисках, осуществляет (с помощью других программ) сначала загрузку этих программ с диска в динамическую память, и только после этого "программы с дисков" становятся доступными для микропроцессора.
Все компоненты компьютера объединяются в единую систему с помощью системного интерфейса, который является общей информационной магистралью компьютера по которой происходит обмен информацией между процессором, памятью и периферийными устройствами. Операции обмена на системном интерфейсе, как правило, инициирует микропроцессор (за исключением обмена по прямому доступу в память). Он инициирует операции обмена на системном интерфейсе (главная внешняя функция МП) для чтения команд, чтения-записи данных в ОЗУ, чтения-записи в регистры контроллеров внешних устройств (для управления вводом-выводом информации на периферийные устройства).
После включения электропитания, после завершения системного сброса (по сигналу RESET), процессор формирует адрес для выборки начальной команды (FFFF0), и инициирует на системном интерфейсе операцию «Чтение команды». Считывает из памяти (ПЗУ BIOS) команду, принимает ее в свой регистр (регистр инструкций), и отрабатывает ее. Затем автоматически формирует адрес для выборки следующей команды программы и т. д.. Процессор формирует адрес следующей выбираемой команды в регистре IP (счетчик команд или указатель команд) путем прибавления длинны команды к адресу предыдущей команды (естественный порядок выборки команд), но в некоторых командах процессора содержится адрес следующей выбираемой команды (группа команд передающих управление: JMP 100; CALL 200; LOOP 4000 и др.) и естественный порядок выборки команд может быть нарушен. Выполняя команды исполняемой программы и аппаратные функции, процессор (если это необходимо) инициирует на системном интерфейсе операции обмена: «Чтение команды», «Чтение данных из памяти», «Запись данных в память», «Чтение порта», «Запись в порт» и др..
Для эффективного и надежного выполнения последовательности команд (программы) аппаратура МП выполняет ряд следующих вспомогательных функций:
- выполняет процедуры прерывания;
- выполняет арбитраж запросов на захват интерфейса;
- реализует функции энергосбережения и защиты от перегрева;
- автоматически формирует адрес первой выбираемой команды
- автоматически формирует адрес следующей выбираемой команды;
- выполняет автоматическое отключение при повышении температуры выше заданного уровня и др.
Во время выполнения команд или аппаратных функций (если это необходимо), в компьютере идет обмен по шине данных системного интерфейса между одним из регистров микропроцессора и другим программно-доступным элементом компьютера, расположенным вне микропроцессора: ячейки в оперативной памяти, регистры в контроллерах внешних устройств (исключение составляет обмен по прямому доступу в память, когда в обмене участвуют ячейки оперативной памяти и регистр данных контроллера соответствующего внешнего устройства).
Программист, создающий программу, может использовать для хранения команд программы и данных ячейки памяти, каждая из которых имеет свой адрес (наименьшая адресуемая ячейка памяти – байт, который состоит из 8-ми двоичных разрядов). Программист может с помощью команд процессору осуществлять запись или чтение из ячеек памяти.
Например, процессор по команде пересылки MOV AX, [200] выполнит считывание из 16-ти разрядной ячейки сегмента памяти с адресом 200, и запишет эту информацию в свой внутренний регистр AX (команда процессору представляет собой двоичный код, но для наглядности здесь приведена на языке программирования «ассемблере»).
Кроме того, программист с помощью команд, имеет возможность считывать из регистров процессора и записывать информацию в память (например, из регистра AX по команде MOV [200], AX). Для доступа к регистрам контроллеров устройств у процессора имеются команды (коды команды для наглядности приведены на «ассемблере»): IN – «Чтение порта», OUT – «Запись в порт». Например, выполняя команду IN AL,60 процессор прочитает информацию из порта с адресом 60 (регистр данных контроллера клавиатуры) и примет ее в свой внутренний регистр AL. Выполняя команду OUT 64,AL процессор запишет в порт с адресом 64 (регистр управления контроллера клавиатуры) информацию, взятую из своего внутреннего регистра AL.
Нормальный процесс выборки и выполнения последовательности команд может быть прерван для выполнения обслуживания одного из событий, возникшего во время выполнения программы. Это связано с выполнением микропроцессором специальной аппаратной функции - прерывания. Прерывание – это вспомогательная аппаратная функция микропроцессора, позволяющая ему, во время выполнения программы, единым образом реагировать на внутренние и внешние асинхронные события, которые возникают в процессе работы компьютера. Например, запрос на обслуживание от внешних устройств, (сигнал на входе INTR микропроцессора). За счет выполнения процедуры прерывания процессор переходит к выполнению другой программы, которая обслужит событие, вызвавшее данное прерывание. Возврат из программы обслуживания осуществляется за счет выполнения в конце этой программы команды процессора IRET (возврат из прерывания).
Версия сайта для слабовидящих