45542 (Электронно вычислительные машины и вычислительные системы), страница 4

В стеке есть вершина, накопитель, указатель в стеке. Есть команды записи (PUSH) и извлечения (POP).

Глубина стека: количество слов которое может вместить стек.

Существует 2 способа организации стека:

• программный - в ОЗУ

• аппаратный в процессоре – в процессоре

Указатель стека – это регистр указывающий сколько регистров стека занято.

Способы изменения содержимого стека:

• декрементивный –1

• инкрементный +1

Если стек переполнен, то могут быть потеряны либо 1-й элемент, либо все элементы.

Магазин (очередь) – FIFO, т.е. first in first out.

К1002ИР2 (32*8) – микросхема, реализующая магазин (32-слова на 8 разрядов).

RAWR – готовность к записи, т.е. можно еще записать или нет.

RARR – готовность к чтению, т.е. регистр не пуст.

E - разрешение считывания с 32-го регистра.

E
R – служит для стирания информации в 1-ом регистре.

З
апись производится в 1-й регистр.

Ассоциативные ЗУ(АЗУ). Это безадресные ЗУ обращение к которым ведется по содержимому памяти.

Достоинства – сразу выбираются все элементы, удовлетворяющие данному кода признака, т.е. адрес не нужен. Выигрыш при считывании многих ячеек памяти.

Структурная схема.

БМУ – блок местного управления.

С
труктурная схема матрицы АЗУ.

ЗЭ – запоминающий элемент, ЧШ1 – числовая шина 1, ШИС – шина индикации совпадений. n – количество элементов в строке (столбце), N – количество строк. РШ1-1 – разрядная шина 1-1.

На разрядную шину подаются коды входного числа. Для проведения сравнения каждый ЗЭ сопровождается логикой совпадения. Эта логика осуществляет сравнение кода признака с кодом хранящемся в ЗЭ.

Каждый ЗЭ обеспечивается схемой равнозначности. А затем на шину реализации совпадения реализуется конъюнкция.

Количество шагов опроса будет определяться разрядности: lопр.=N*n.

Опрос может быть:

1. Последовательно по строкам и по столбцам.

2. Параллельно по столбцам и последовательно по строкам.

3. Параллельно по строкам и последовательно по столбцам.

4. Параллельно по строкам и по столбцам.

Ц
епочечные ЗУ. Образуется цепочка регистров и информация с некоторой частотой передается постоянно, замыкаясь по концам.

Или

Процессоры

Основные характеристики и параметры процессоров.

1. Архитектура

• структура команд (длина, разделение по полям)

• система команд (количество групп)

Виды архитектуры процессоров:

1. Процессоры с традиционной архитектурой

CISC – комплексная система команд (множество самих команд и различных структур)

Пример: Intel.

Команда выполняет достаточно большую функцию.

2. RISC – сокращенная система команд.

Меньше команд. Сами команды короче и имеют одинаковый размер. Функции, которые выполняет одна команда, меньше, чем в CISC.

Достоинства: 1 легче обеспечивать распаковку команды

2 лучше аппаратная реализация RISC – процессора

Недостаток: 1 требуется больше команд для реализации программы, чем в CISC – процессоре

2 RISC не позволяет обеспечить эффективную конвейерную обработку с большим числом ступеней конвейера

Пример: Apple, Alpha.

3. VLIW – очень длинное слово команды.

Прямо противоположное RISC.

Команд не много, но они очень объемные.

1. Технология: 0.8, 0.5, 0.3, 0.25, 0.18, и 0.15 мк. Это размеры п/п.

1. Площадь кристалла процессора 50÷300 см².

2. Кол-во транзисторов в процессоре: 1÷15 млн. шт.

3. Тактовая частота 100…450 МГц. В перспективе до 1 ГГц.

4. Разрядность

• внутренняя 32-64 бит (до 128 бит)

• шина данных и адреса (внешняя) 16-64 бит

1. Кэш-память 1-го уровня

• общая

• КЭШ-комманд и КЭШ-данных 8x8-32x32 кБ

1. Кол-во конвейеров. 2…10 сейчас. В плане 32 конвейера.

2. Набор устройств для обработки информации.

Чаще всего могут быть:

• целочисленные устройства IU есть всегда.

• устройство для обработки чисел с плавающей точкой FPU

• устройство обработки команд переходов BPU

• устройство управления памятью MMU

• поддержка DMA – прямого доступа к памяти

1. Мощность потребления – 2.5…10 Вт

2. Напряжение питания - 2.5…5 Вт

Классификация процессоров

1. По архитектуре

2. По назначению

2.1 для персональных компьютеров

1. ПК профессионального уровня (Pentium)

2. ПК бытового уровня (Celeron)

1. для портативных компьютеров

2. для серверов

3. для мультимедиа компьютеров (MMX)

4. для многопроцессорных систем

5. специализированные процессоры

   1. для обработки цифровых сигналов

   2. для обработки аналоговых сигналов

   3. математические сопроцессоры

   4. графические сопроцессоры

   5. процессоры ввода-вывода

   6. сервисные процессоры

   7. транспьютерные процессоры, – имеющие специальную конфигурацию для решения спец. задач

3 По поколениям

Основные производители: Intel, AMD, Cyrix.

Процессор – это любое устройство, выполняющее некоторые действия.

В ВТ под процессором понимают устройство, выполняющее в автоматическом режиме некоторую последовательность операций:

• арифметические

• логические

• операции управления

• операции перехода

Команда состоит из микрокоманд и означает какую-то операцию, которая состоит из микроопераций.

Микрооперация – это функциональная элементарная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводимая в действие одним управляющим сигналом.

Микрокоманда – это совокупность микроопераций, выполняемых параллельно во времени под действием нескольких управляющих сигналов, поступающих в одном такте.

Микропрограмма – это набор микрокоманд, обеспечивающий выполнение заданной операции или команды.

Принцип академика Глушкова (Джона Вилкса) для построения устройств обработки цифровой информации.

УУ - это комплекс средств автоматического управления процессом передачи и обработки информации.

УА предназначен для выработки последовательностей управляющих функциональных сигналов на основе задаваемого кода операции и оповещающих сигналов об особенностях операндов и результатов операции, поступающих от АЛУ.

Группы операций

1. арифметические

   1. с целыми числами

   2. с числами с фиксированной точкой

   3. с числами с плавающей точкой

2. операции с другими видами информации

   1. с логическими адресами

   3. операции с изображениями

   4. со звуком

3. операции управления и связи

   1. операции управления вычислительным процессом

   2. операции связи с внешними устройствами

   3. обработка прерываний

   4. диагностические операции

   5. операции загрузки

Способы реализации операций.

1. Аппаратно-микропрограмная реализация.

2. В виде биб-ки стандартных подпрограмм

Достоинства 1: высокая скорость.

Недостаток 1: усложнение процессора.

В большинстве случаев 2-м способом исполняются функции (sin, cos, exp и т.д.)

1. Использование дополнительных блоков или сопроцессоров

Работа процессора.

С
труктурная схема микропроцессора.

1. АЛУ – выполняет логические и арифметические операции над данными. Может быть одно или несколько АЛУ.

2. БРгП – СОЗУ (сверх ОЗУ) – местная память с небольшой емкостью и высокого быстродействия. Рг этого блока указываются в командах программ и служат для хранения операндов; аккумулятора, в качестве Рг, указателя стека.

3. УУ - вырабатывает последовательность управляющих сигналов, инициирующих выполнение соответствующей последовательности микроопераций, обеспечивая выполнение текущей команды. Есть УУ с жесткой и управляемой логикой.

4. БУРг – предназначен для временного хранения управляющей информации. Содержит Рг-ы состояния процессора, Рг-ы запросов прерываний и др. управляющие Рг-ы и триггеры.

5. Блок связи – интерфейс процессора. Организует обмен информацией между процессором и ПП и защиту участков ОП от неразрешенных обращений, а также связь процессора с другими устройствами и системами.

6. Блок контроля и диагностики служит для обнаружения сбоев в работе процессора, восстановления работы программы после сбоя, поиска места неисправности.

7. Пульт управления.

Структура микропроцессора (МП)

В Рг-ре флагов хранятся индикаторы выполнения операций и полученных результатов.

В заданном эл-тном базисе спроектировать структурную схему процессора ЭВМ, удовлетворяющую заданным техническим требованиям и налагаемым ограничениям – это задача.

Критерии проектирования.

1. Затраты оборудования

2. Быстродействие (длительность такта)

3. Производительность (количество микроопераций, реализуемых за 1 такт)

4. Регулярность структуры (ее однородность)

Способы проектирования процессоров

1. Синтез процессора как единого автомата с памятью (сейчас редко)

2. Отдельный синтез операционного автомата и управляющего автомата (сейчас часто используется)

3. Использование секционированных микропроцессоров.

Элементы, на которых могут строиться процессоры.

1. Дискретные элементы (МИС, СИС) для специализированных микропроцессоров.

2. Секционированные микропроцессоры.

3. Многокристальные микропроцессоры – набор микросхем, которые обеспечивают функционирование микропроцессора, когда они соединены в одну систему (only)

4. Однокристальные микропроцессоры

5. Однокристальные ЭВМ

АЛУ

Параметры и характеристики:

1. Набор операций

2. Длительность выполнения операции.

t
i-время выполнения операции.

Pi-вероятность возникновения операции.

1. Длина слова.

Классификация АЛУ

1. По способу действия надоперандами

   1. параллельный

   2. последовательный

   3. смешанный

2. По способу представления чисел

   1. с плавающей точкой

   2. с фиксированной точкой

   3. десятичные

3. По способу использования блоков

   1. блочные

   2. многофункциональные

4. По принятой системе счисления

   1. двоичные

   2. восьмеричные

   3. шестнадцатеричные

   4. десятичные

   5. троичные

5. По способу ввода информации

   1. автономные – не получают информацию в процессе выполнения микроопераций

   2. неавтономные и полуавтономные

6. По способу выполнения отдельных операций

6.1 синхронные

6.2 асинхронные

7. По способу организации выполнения отдельных микроопераций

1. с общей микрооперацией

2. конвейерного типа

Структурная организация АЛУ.

АЛУ=ЗЧ+КЧ (КС)

ЗЧ – запоминающая часть.

КЧ (КС) – комбинационная часть (схема).

Д
– Подмножество входных данных.

R – Подмножество выходных результатов.

Y – Подмножество управляющих сигналов.

Х – Подмножество осведомительных результатов.

Для каждой МОП (микрооперации) может существовать отдельное КС или наоборот – для всех МОП – одна КС.