ПОД конспект (1184369), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Для ЭВМ этого семейства были реализованы компиляторы с Алгола: ТА-1 (С.С.Лавров), ТФ-2(М.Р.Шура-Бура), Альфа(А.П.Ершов).Для БЭСМ-6 создан ряд операционные системы: от Д-68 до ОС ИПМ (Л.Н. Королев, В.П. Иванников, А.Н.Томилин, В.Ф.Тюрин, Н.Н. Говорун, Э.З. Любимский).Под руководством С.С.Камынина и Э.З. Любимского был реализован проект Алмо: создание машинноориентированного языка и на его базе системы мобильных трансляторов.В.Ф.Турчин предложил функциональный язык Рефал, системы программирования на базе этого языкаиспользуются при создании систем символьной обработки и в исследованиях в области мета вычислений.5.
Принципы фон-Нейманновской архитектуры ЭВМ.Программное управление работой ЭВМ.Программа состоит из последовательности команд, хранимых в Оперативном Запоминающем Устройстве(ОЗУ); каждая команда задает единичный акт преобразования информации. ЭВМ поочередно выбираеткоманды программы и выполняет предписанные в них дискретные вычисления. В любой момент времениработы ЭВМ выполняется только одна команда программы.Принцип условного перехода.Этот принцип дает возможность перехода в процессе вычислений на тот или иной участок программы взависимости от промежуточных, получаемых в ходе вычислений результатов.
Команда условного переходамогут нарушить последовательный порядок выборки команд программы иуказать команду дляпоследующего выполнения – L в случае выполнения условий заданного соотношения. (Командыбезусловного перехода нарушает порядок выбора команд всегда).Принцип хранимой программыПринцип заключается в том, что команды представляются в числовой форме и хранятся в том жеОперативном Запоминающем Устройстве (ОЗУ), что и исходные данные. ОЗУ – структурно состоит изпронумерованных ячеек.Над программой можно производить арифметические действия, изменяя еединамически.ВОПРОС: Как можно использовать для модификации программы команду %: %,А1,А2,А3; которая,передает управление команде, размещенной в ОЗУ по адресу А2,2. пересылает содержимое слова ОЗУ А1 в А3 (А3=А1).Ответ: Замена команд другими командами программы, изменение порядка следования команд, и т.д.Использование двоичной системы счисления для представления информации в ЭВМ.ВОПРОСЫ: 1.
Почему числа - степень двойки предпочтительны для измерения параметров оборудованияЭВМ. 2. Почему нумерация строк ОЗУ начинает с нуля.Ответы: 1. Потому что они характеризуют, сколько двоичных слов может быть обработано или запомненооборудованием, то есть характеризуют оборудование именно с точки зрения принципов работы ЭВМ. 2.Потому что строки ОЗУ адресуются смещением относительно начала ОЗУ. Соответственно первая строкаимеет нулевое смещение, поэтому они и адресуются с 0.Структура традиционных ЭВМКлассические (Von Neumann architecture) ЭВМ имеютследующую структуру:АЛУ + УУ + <кд........кд.....кд> + ОЗУ, гдеОЗУ (Оперативное Запоминающего Устройства) - память для хранения программ и данных.
Таблица,каждая строка которой содержит команду или данное в двоичной системе счисленияУУ (Устройства Управления), устройство, которое последовательно выбирает команды из ОЗУ,дешифрирует их и организует выполнение заданных операций в АЛУ.<кд........кд.....кд> последовательность команд и данных, причем данные как читаются из ОЗУ, так и тудаже записываются.Совокупность АЛУ и УУ принято называть процессором (ЦПУ,CPU), резервируя слово ЭВМ (ПЭ) дляполного вычислительного комплекса. (По словарю А.
Синклера "processor" - блоккомпьютера,выполняющий вычислительные действия). В современных микропроцессорах, микросхема процессораразмещается на одном кристалле (чипе) , это: УУ + АЛУ + набор регистров + кэш память. В приведенной8схеме не отражены устройства ввода/вывода информации, массовая память для постоянного храненияинформации.Все современные микропроцессоры имеют фон Нейманновскую архитектуру.
Для ускорения вычисленийкоторых предложено ряд параллельных архитектур вычислительных машин, для классификации которых ,можно использовать нотацию М. Флинна (М.Flynn). (См. вопрос 30).6. Конвейерная обработка данных.Пример:Длительность арифметической операции может быть уменьшена за счет временного перекрытия ееразличных фаз, путем конвейеризации вычислительной работы. Для этого механизмы АрифметическогоЛогического Устройства (АЛУ) выполняется по конвейерному принципу. Пусть, работа АЛУ - длясложении данных, разделена на три этапа, на три автономных блока Рi : Р1 - выравнивание порядковоперандов, Р2 - операция сложения мантисс, Р3 - нормализация результата, каждый из которыхвыполняется за один условный такт вычислителя.A1 = B1+C1A2 = B2+C2A3 = B3+C3A4 = B4+C4Тогда временная диаграмма работы АЛУ имеет вид:Устройство 1 такт2 такт3 такт4 такт5 такт6 тактP1B1+C1 В2+C2 B3+C3 B4+C4 нет работы нет работыP2нет работы B1+C1 B2+C2 B3+C3 B4+C4 нет работыP3нет работы нет работы B1+C1 B2+C2 B3+C3В4+С4ВОПРОСЫ: 1.
За сколько тактов будут выполнены эти вычисления, если АЛУ не конвейеризовано. 2.Сокращает ли конвейеризация время выполнения отдельной операции?Ответы: 1. За 12 тактов. 2. Нет, конвейер предназначен для уменьшения времени выполнения несколькихпоследовательных команд.Оптимальную загрузку конвейерных АЛУ можно получить при работе с регулярными структурами,например, по-элементное сложение векторов.
В общем случае, пусть работа операционного блокаразбивается на n последовательных частей (стадий, выполняемые за одинаковое время), на которыхвычислительные операции выполняются в конвейерном режиме. Тогда, если на выполнение одной операциисложения блоку требуется время T, то на обработку N операций сложения время: Tn = (n + N) * (Т / n).Следовательно, если n << N, то ускорение вычислений будет в n раз.Из-за зависимости по данным конвейеризация может терять эффективность. В таких случаях чаще всегоиспользуется оптимизация, заключающаяся в изменении порядка выполнения независимых команд(внеочередное выполнение команд). Методы динамической оптимизации: неупорядоченное выполнение out-of-order execution, неупорядоченная выдача - out-of-order issue.Пример:A1 = B1+C1A2 = A1+C2A3 = B3+C3A4 = B4+C48 тактов.А вместо этого:A1 = B1+C1A3 = B3+C3A4 = B4+C4A2 = A1+C26 тактов.Время выполнения отдельной скалярной операции на конвейерном вычислителе равно: Т = S + K, где K- время работы, за которое конвейер выдает очередной результат, а S - время запуска конвейера, времязаполнения конвейера, которое без учета времени подготовки операндов, равно: S = K*(m-1), где m - числоступеней конвейера.
Производительность конвейерного вычислителя на скалярных операциях (числорезультатов, выдаваемых за единицу времени) равна: R = 1/(S + K).Время выполнения векторной операции на конвейерном вычислителе равно: Т = S + K*N, где N длина вектора. Производительность конвейерного вычислителя при векторной работе (число результатов,выдаваемых за единицу времени) равна: R = N/(S + K*N), асимптотическая производительность Rб = 1/K.7.
Зацепление конвейеров.См. Вопрос 8.98. Векторно-конвейерные вычислители.Реализация команд организации цикла (счетчик и переход) при регулярной работе с данными - накладныерасходы и препятствие опережающему просмотру на обычных, скалярных вычислителях, показывает, чтотакие вычисления эффективнее выполнять на специализированном векторно-конвейерном вычислителе.Если вместо цикла:DO L=1,N A(I) = B(I)+C(I) ENDDOиспользовать запись алгоритма в виде векторной команды сложения вида:VADD(B,C,A,N), то векторный вычислитель, выполняющий такие команды, будет вырабатыватьрезультаты на каждом такте. В таком вычислителе имеется один (или небольшое число) конвейерныйпроцессор, выполняющий векторные команды путем засылки элементов векторов в конвейер с интервалом,равным длительности прохождения одной стадии обработки.
Скорость вычислений зависит только отдлительности стадии и не зависит от задержек в процессоре в целом.Так как конвейер для однотипных операций дешевле и быстрее чем для многофункциональных операций, товыгодно их делать специализированными - однофункциональными: например, только для + или только для*. Для их совместного работы используется принцип зацепления конвейеров. Так, в ЭВМ Крей-1 имеется12 конвейеров, из них 8 могут быть зацеплены, то есть результаты вычисления конвейера могут бытьвходными аргументами для другого. Операнды (результаты) находятся в памяти верхнего уровня или нарегистрах. Для операндов задается: базовый адрес вектора, число элементов, тип данных в каждом элементе,схема хранения вектора в памяти. Некоторые векторные машины могут работать с двух-трех мернымимассивами.9.
CISC и RISC архитектуры ЭВМ.Традиционные процессоры универсальных ЭВМ называются CISC (Complex (Complicated) Instruction SetComputer) - компьютерами с полной системой команд (Семействa Intel ЭВМ от серии ix86 до Pentium иPentium Pro). Помимо арифметических и логических операций в систему команд ((аппаратно реализуемыефункции) включались сложные операции, такие как извлечения корня). Расширение спектра операцийоблегчает программирование и отладку программ, однако увеличивает трудоемкость разработкипроцессоров. Время выполнения даже таких операций, как умножение и деление чисел с плавающей запятойварьируется в зависимости от значений аргументов операций, что ограничивает возможности аппаратногопланирования совмещенного выполнения команд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
