Организация цифровых вычислительных машин и систем

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ 
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО

А. П. Новицкий   Л. М. Курочкин

ОРГАНИЗАЦИЯ  ЦИФРОВЫХ 
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ  МАШИН 
И  СИСТЕМ

Учебное пособие

Санкт-Петербург
2019

ПОЛИТЕХ-ПРЕСС
Санкт-Петербургский
политехнический университет
Петра Великого

ББК 32.971.32-02я73
Н73

Р е ц е н з е н т ы:
Канд. техн. наук, доцент факультета систем управления 
и робототехники университета ИТМО С. А. Чепинский
Канд. техн. наук, директор высшей школы программной инженерии 
СПбПУ П. Д. Дробинцев 

Новицкий А. П. Организация цифровых вычислительных машин и систем : учеб. пособие / А. П. Новицкий, Л. М. Курочкин. – СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019. – 60 с.

Учебное пособие используется при изучении дисциплин «Основы архитектуры ЦВМ» и «Программирование микроконтроллеров». В рамках 
курсов рассматриваются особенности: CISC, RISC архитектур процессоров; работы и взаимодействия с периферийными подсистемами компьютера; изучаются: способы организации взаимодействия периферийных 
подсистем компьютера и вычислительного ядра; способы организации 
вычислительного процесса; изучение дисциплин способствует получению представления о специализированных аппаратных и программных 
средствах, ориентированных на встроенные применения.
Предназначено для студентов 2-го года обучения бакалавриата по 
направлению подготовки 02.03.01 «Математика и компьютерные науки».

Табл. 1.  Ил. 12.

Печатается по решению
Совета по издательской деятельности Ученого совета
Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого

© Новицкий А. П., Курочкин Л. М.,
2019
© Санкт-Петербургский политехнический
университет Петра Великого, 2019
ISBN 978-5-7422-6583-2
doi:10.18720/SPBPU/2/id19-138

A.P. NOVITSKII   L.M. KUROCHKIN

ORGANIZATION  OF  DIGITAL 
COMPUTER  MACHINES 
AND  SYSTEMS

Training manual

Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation

PETER THE GREAT ST. PETERSBURG 
POLYTECHNIC UNIVERSITY

A. V. Rubtsova

PRODUCTIVE   
COMMUNICATION  PRACTICE

Study guide

Saint-Petersburg
2019

Peter the Great 
St.Petersburg Polytechnic 
University

POLYTECH-PRESS
Peter the Great 
St.Petersburg Polytechnic 
University

POLYTECH-PRESS

P e e r  r e v i e w e d  b y:
PhD in Engineering Science, Associate Professor 
of the Faculty of Control Systems and Robotics, ITMO University 
S.A. Chepinskiy
PhD in Engineering Science, Director of SPbPU Higher School of Software
Engineering P.D. Drobintsev 

Novitskii A.P. Organization of Digital Computer Machines and Systems: 
training manual / A.P. Novitskii, L.M. Kurochkin. – St.Petersburg: POLYTECH-PRESS, 2019. – 60 p.

The training manual is aimed at studying the following courses: “Architectural 
framework of DVR” and “Programming of Microcontrollers”. Courses consider 
the following peculiarities of CISC, RISC processor architecture, works and 
interactions with peripheral subsystems of the computer. The manual considers 
the ways how to organize interaction between the peripheral subsystem and the 
computational core; to study computing arrangements. Learning these courses 
contributes to acquiring knowledge about specialized hardware and software 
intended for embedded implementation.
The training manual is intended for the second-year students of the Bachelor’s 
degree program in the major 02.03.01 “Mathematics and Computer Science”.

Table 1. Figures 12.

Printed by the Publishing Council 
of the Peter the Great St. Petersburg polytechnic university Academic Council

© Novitskii A.P., Kurochkin L.M., 2019
© Peter the Great St. Petersburg polytechnic
university, 2019
ISBN 978-5-7422-6583-2
doi:10.18720/SPBPU/2/id19-138

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Подробно о способах адресации ........................................................... 8
Однокомпонентные способы адресации ............................................ 8
Замечание о регистровой адресации .................................................10
Непосредственная адресация ............................................................10
Непосредственная адресация в RISC-архитектурах. ........................12
Абсолютная (или прямая) адресация .................................................13
Косвенно-регистровая адресация .....................................................15
Неявная (inherent) адресация .............................................................17
Многокомпонентные способы формирования адреса .....................20
Преимущества и новые свойства, представленные 
многокомпонентными способами .....................................................22
Автомодификация адресов. ................................................................25
Понятие и интерпретация соотношения «прямая – косвенная 
адресация» ..........................................................................................26
2. Взаимодействие процессора с периферийными подсистемами ........29
Поллинг ...............................................................................................29
Механизм аппаратных прерываний ..................................................30
Реакция на запрос аппаратного прерывания ....................................33
Действия, которые должен выполнить (обеспечить) 
программист, чтобы механизм прерывания был 
работоспособным. ..............................................................................39
Организация обслуживания множественных запросов 
прерываний в компьютере .................................................................40
Приоритеты прерываний и управление ими .....................................40
Отличия обработчика прерывания от обычной 
подпрограммы ....................................................................................41
Сохранение и восстановление контекста ..........................................42
3. Периферийные подсистемы в компьютере ........................................ 44
Таймерная подсистема (тайминг) ..................................................... 44
Подсистема аппаратных прерываний ................................................45
Внешние интерфейсы ........................................................................45
Последовательные интерфейсы. ........................................................46

Средства аналого-цифрового преобразования .................................47
4. Кэш-память в компьютере ...................................................................48
Временные соотношения и идея кэш-памяти ..................................48
Ассоциативная память ........................................................................50
Оценка объема оборудования ............................................................53
Кэш, ассоциативный по множеству (set-associative –
наборно-ассоциативный) и кэш с прямым отображением. .............54
Алгоритмы обеспечения когерентности системы памяти. ...............56