Предполагается рассматривать архитектуру любого компьютера, как абстрактную структуру, состоящую из четырех компонентов: 1). Процессор команд IP – функциональное устройство, работающее как интерпретатор команд. 2). Процессор данных DP – функциональное устройство, работающее как преобразователь данных в соответствии с операциями, получаемыми от IP.

Два подхода к повышению производительности процессоров: 1). Конвейеризация. 2). Распараллеливание во времени. Процессор с конвейеризацией команд Время исполнения произвольной команды разобьем на 6 частей:

Принцип: Распараллеливание выполнение операций, то есть в одном командном слове кодируется несколько различных действий по преобразованию данных, что создает предпосылки для выполнения нескольких операций в одно и то же время. Рис.6.19. Принцип архитектуры VLIW

Принцип: Реализовывается динамическая оптимизация кода процессором. Имеется два подхода к отображению параллелизма задачи на среднеблочном уровне: 1). Имеется явное указание на параллелизм в специальных полях команды. 2). Никакого указания на параллелизм в системе команд не содержится, но в процессоре содержится несколько параллельно работающих ОБ.

Управляющий автомат с хранимой в памяти логикой работы — это последовательностное устройство вырабатывающее распределенные во времени управляющие функциональные сигналы, задаваемые содержимым микропрограммной памяти.

Анализируя название темы возникает такой вопрос: Зачем нам логику работы УБ хранить в памяти? Самым сложным в современных процессорах является его логика работы. Логика заключается в том, что процессор на себя берет функции поддержки операционной системы. Чем больше времени проходит, тем усложняется сложность тех операций или команд, которые выполняет процессор, но сами операции, тот набор Читать далее

Пути повышения использования памяти микропрограмм: 1. Вариация: может оказаться неудобным такое кодирование адреса микропрограмм, потому что у нас интуитивно ощущается не эффективное использование памяти микропрограмм.

Хотелось бы еще сократить разрядность микропрограммной памяти поэтому здесь мы применяем несколько способов формирования управляющих функциональных сигналов: 1. Горизонтальное микропрограммирование(в схеме РгМк)

RISC — Reduced Instruction Set Computer – процессор с сокращенным набором команд. Особенности архитектуры RISC:

У нас будут команды двух-, одно- или нульместные. Основной формат команды будет 8-ми битный. 1. Двухоперандная команда:

· Значительная загрузка локального интерфейса процессора(двунаправленная шина данных D, шина управления C, шина адреса A) · Сложность программирования · Значительная доля времени на дешифрацию команды: команды очень маленькие и их очень много и он получается на каждую операцию выполняет дешифрацию 18 команд.

В связи с тем что аппаратная реализация стека которая делается в тех процессорах, что мы изучали путем взаимодействия процессора и основной памяти, то есть процессор в процессе выполнения команды вызова и возврата из процедуры обращается к основной памяти для записи или считывания сохраняемых или восстанавливаемых адресов, то для RISC процессора такое не годится, потому что Читать далее

Так как мы должны увеличить объем RF в n раз, то мы для каждого входа А В и С добавляем log n разрядов(в 4 раза – 2 разрядов,в 8 раз – 3 разрядов) и эти разряды заводим со специального счетчика глубины вложенности подпрограмм, который имеет 2 входа и 2 выхода.

Если процессору необходимо прочитать слово по нечетному адресу, то он сделает это за 2 обращения к основной памяти(сначала младший байт по нечетному адресу и старший байт по четному). Эта проблема носит название проблема перестановки байт.

CISC – процессор со сложной системой команд – Complex Instruction Set Computer. Особенности архитектуры: 1. Сложная система команд требующая микропрограммной их реализации(УБ с хранимой в памяти логикой работы). 2. Множество способов адресации данных.

Основной тенденцией развития архитектур современных процессоров являются : 1. Распараллеливание 2. Конвейеризация Распараллеливание и конвейеризация это методы организации кратных вычислений(повторяющихся) как в пространстве, так и во времени, как последовательно так и параллельно. То есть на самом деле существует 4 способа повышения производительности.

Они также называются pipline. Например мы можем в ОС UNIX одной программой породить выходной поток не сохраняя файла на диске тут же передать это подпрограмме которая сделает свою обработку. Для этого используется такой значок:”|”. Prog1|prog2 – говорит о том что выход prog1 подается на вход prog2.

Расширение принципов Неймана. Таких принципов 3: 1. Принцип локальности. Если рассматривать команды и данные поступающие в процессор как поток команд и поток данных то взаимосвязанные команды(данные) находятся в этом потоке на небольшом расстоянии друг от друга как во времени так и в пространстве. Принцип локальности приводит к идее кэш памяти.

Процессор это устройство или функциональная часть цифровой вычислительной системы предназначенная для интерпретации программ(ГОСТ 15971-84). Процессор это функциональная единица которая распознает и выполняет команды(ГОСТ ISO 2382/10 79). Архитектура это концепция взаимосвязей элементов сложной структуры.

Поколения ЭВМ Элементная база Аппаратные средства Программные средства Логические элементы Элементы памяти 1. (45-54г) (урал, Бэсм) Вакуумные лампы Ультразвуковые линии задержки и запоминающие электронно лучевые трубки ОБ с фиксир.запятой УБ с ЖЛ Прямая адресация Язык Ассемблера Неразвитые средства ОС

Рассматривая ЭВМ как класс устройств мы пришли к такому выводу что наша ЭВМ изначально содержит помимо той упрощенной схемы которую мы рассматривали раньше еще некие дополнительные устройства. Первоначально схема была следующей

— пропускная способность. Эта характеристика на уровне информационной связи. Говорит о числе единиц информации передаваемых за единицу времени. Измеряется в Мбит/c. Единица измерения Бод никакого отношения к пропускной способности не имеет. Бод это скорость манипуляции в канале. Она связана с пропускной способностью но никак ее не определяет. Скорость манипуляции это число изменений параметров сигнала в Читать далее

1. Системный интерфейс: а)радиальные(ISA,MCA,EISA) б)совмещенные(PCI,IEEE-1196)

В момент появления первых микропроцессоров установился такой интерфейс: процессор является единственным активным устройством на интерфейсе который и является устройством интерфейса одновременно. То есть он образует шину адреса, магистраль данных и группу сигналов управления. Канал ввода-вывода обеспечивал сопряжение системного интерфейса образованного процессором с интерфейсами устройств ввода-выводу и ВЗУ.

Тема 6.1. Организация высокопроизводительной обработки данных Возникают при этом следующие проблемы: Повышение скорости вычислений требует создание специализированных высокопроизводительных систем обработки данных для решения узкого класса задач, время вычисления которых слишком велико или же обеспечить саму возможность получения решения(СуперЭвм).

Основные типы СуперЭвм: 1. Векторно-конвейерные системы(СуперЭвм) 2. Векторно-параллельные системы(матричные ВС)

Факторы снижающие производительность: 1. Скалярная обработка Если число векторных операций достигает 20%, то это колоссальная удача. Реальные задачи имеют очень малую долю векторных операций, а это означает, что основная нагрузка идет на скалярный процессор, поэтому скалярная обработка снижает производительность этой системы.

В матричных системах доля распараллеливания , как правило, превосходит долю вычислений выполняемых при конвейеризации, т.е. параллельные вычисления преобладают над конвейерными. Матричная система имеет много процессорных элементов, которые соединяются через коммутационную сеть для обмена данными или промежуточными результатами вычислений.