Файл: Особенности процессорных архитектур. Cisc и risc архитектура. Их краткая характеристика.docx

Вопросы

1. 
   Особенности процессорных архитектур. CISC и RISC архитектура. Их краткая характеристика.
   

Процессорная архитектура определяет набор регистров, команд, их структуру и способ выполнения, в результате чего, с одной стороны, программы, собранные для процессоров одной архитектуры, могут выполняться практически на всех процессорах одинаковой (или подобной) архитектуры.
RISC (англ. reduced instruction set computer) — компьютер с сокращенным набором команд) — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения — меньшим.
CISC (англ. complex instruction set computing или complex instruction set computer- компьютер с полным набором команд) — тип процессорной архитектуры, которая характеризуется следующим набором свойств:

• 
  нефиксированное значение длины команды;
  
• 
  арифметические действия кодируются в одной команде;
  
• 
  небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию
  

CISC – компьютер с полным набором команд.

RISC – компьютер с сокращенным набором команд




CISC-архитектура:
• Комплексный набор команд, включающий инструкции различной сложности и длины.

• Поддержка множества сложных операций и режимов адресации.

• Высокая гибкость и универсальность для программистов
RISC-архитектура:
• Упрощенный набор команд, состоящий из простых инструкций фиксированной длины.

• Используются прямая адресация и работа с регистрами.

• Высокая производительность и эффективность исполнения инструкций
CISC-архитектура ориентирована на универсальность и поддержку сложных операций, в то время как RISC-архитектура стремится к простоте, высокой производительности и оптимизации исполнения инструкций.

CISC	RISC
Машинная инструкция	Машинная инструкция
Микроинструкция	Обработка инструкции
Обработка микроинструкции

---

2. 
   Виды обеспечения вычислительных систем. Определения. Примеры.
   

Выделяются следующие основные виды обеспечения вычислительных систем:

1. 
   программное
   
2. 
   аппаратное
   
3. 
   математическое
   
4. 
   информационное
   
5. 
   лингвистическое
   
6. 
   организационное
   
7. 
   методическое
   

_______________________________________________________________________1) Программное обеспечение — программные и документальные средства, необходимые для создания и эксплуатации систем обработки данных средствами вычислительной техники.

Пример:

• 
  Операционная система
  
• 
  Архиватор
  
• 
  Антивирусная программа
  

2) Аппаратное обеспечение – комплекс механических, электрических и электронных устройств.

Пример:

• 
  центральный процессор 
  
• 
  память
  
• 
  периферийные устройства
  

3) Информационное обеспечение - совокупность единой системы классификации и кодирования информации, схем информационных потоков, также методология построения баз данных.

Пример:

• 
  реквизиты;
  
• 
  справочные данные;
  
• 
  классификаторы;
  
• 
  системы документации;
  
• 
  массивы информации.
  

4) Математическое обеспечение вычислительной системы - комплекс программ, описаний и инструкций, обеспечивающих автоматическое функционирование вычислительной системы.

Пример:

• 
  средства моделирования процессов управления;
  
• 
  типовые задачи управления;
  
• 
  методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.
  

5) Лингвистическое обеспечение – это совокупность языковых средств, позволяющих представить информационную составляющую ИС на различных этапах внутрисистемной обработки и взаимодействия с пользователем.

---

Пример:

• 
  языки запросов и отчетов, реализующие человеко-машинное взаимодействие
  
• 
  специальные языки определения и управления данными, обеспечивающие адекватность внутреннего представления
  

3. 
   Векторные и векторно-конвейерные вычислительные системы. Матричные вычислительные системы.
   

Векторно-конвейерные вычислительные системы – вычислительные системы, позволяющие с помощью единой команды производить действие сразу над всеми элементами массивов с разбиением операций на отдельные фазы.



Векторные вычислительные системы - вычислительные системы, позволяющие с помощью единой команды производить действие сразу над всеми элементами массивов, где одновременные операции над элементами проводятся с помощью нескольких параллельно используемых АЛУ.

Назначение матричных вычислительных систем во многом схоже с назначением векторных ВС — обработка больших массивов данных. В основе матричных систем лежит матричный процессор (array processor), состоящий из регулярного массива процессорных элементов (ПЭ).

4. 
   Метрики производительности конвейера
   

Ускорение - отношение времени обработки без конвейера к времени с конвейером.

Эффективность – доля ускорения, приходящаяся на одну ступень конвейера.

Пропускная способность – эффективность/длительность такта конвейера

5. 
   Классы конфликтов, возникающих в конвейерах и способы их устранения.
   

Конвейерная обработка команд – метод реализации CPU, при котором множество операций над несколькими устройствами перекрываются. Конвейер состоит из множества шагов, где на каждом завершается этап обработки инструкции.

Классы конфликтов:

---

1. 
   Структурные конфликты – возникают из-за недостатков аппаратных средств, когда разным инструкциям требуется доступ к одному ресурсу процессора.
   

Способ устранения - реализация удвоенной пропускной способности памяти, например, путем организации раздельных кэшей для команд и данных

2. 
   Конфликты по данным – возникают, когда выполнение одной команды зависит от результата предыдущей команды.
   

Способ устранения – отказ от неупорядоченного исполнения команд, чаще всего путем введения буфера восстановления последовательности команд.

3. 
   Конфликт по управлению – возникают при конвейеризации команд, которые изменяют значение счетчика команд.
   

Способ устранения - использование так называемого метода выжидания. Он заключается в замораживании операций в конвейере путем блокировки выполнения любой команды, следующей за командой условного перехода, до тех пор, пока не станет известным направление перехода.

6. 
   Сигналы. Объем информации. Количество информации и энтропия. Свойства информации.
   

Сигналы - данные, сообщения или символы, которые передаются или получаются для передачи информации. Они могут быть в различных формах, включая звуковые сигналы, электрические сигналы, письменные символы.

Количеством информации - числовая характеристику сигнала, отражающую ту степень неопределенности, которая исчезает после получения сообщения в виде данного сигнала. Эту меру неопределенности в теории информации называют энтропией. 

            Формула Хартли: I = log₂N, где I – кол-во информации,N -кол-во информационных сообщений.

Свойства информации:

1. Полнота

2. Актуальность

3. Достоверность

4. Доступность

---

5. Релевантность

6. Защищенность

7. Эргономичность

7. 
   Устройство управления современного процессора. Определение. Микрокоманда. Микрооперация. Микропрограмма. Задачи, решаемые устройством управления
   

Устройство управления – часть цифрового вычислительного устройства, предназначенная для формирования последовательности управляющих сигналов, которые определенным образом распределены по времени. Выполнение команд происходит в виде последовательности фаз (операций)

Микрооперация - это базовая операция, которую выполняет процессор, такая как операция чтения данных из регистра, выполнение арифметической операции и другие. Микрокоманда состоит из нескольких микроопераций.

Микрокоманда - это совокупность микроопераций, выполняемых в одном такте.

Микропрограмма - это последовательность микрокоманд, которая определяет порядок выполнения операций процессора. Она представляет собой программу, записанную в специальной памяти процессора, называемой микропрограммным контроллером.

8. Организация ввода/вывода в вычислительной системе. Системные и локальные шины. Устройства ввода/вывода

Под вводом-выводом понимают любой обмен словами и данными между центральной частью и устройствами ввода вывода — внешними (ВУ) или периферийными устройствами (ПУ). Этот обмен осуществляется с помощью интерфейса ввода-вывода — совокупности аппаратных (регистры, шинные формирователи и т.п.) и программных средств (протоколы обмена, драйверы ввода-вывода и др.).

Все компоненты материнской платы связаны между собой системой проводников (линий), по которым происходит обмен информацией. Эту совокупность линий называют информационной шиной. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.

Архитектура любой шины имеет следующие компоненты:

- линии для обмена данными (шина данных). Шина данных обеспечивает обмен данными между процессором, картами расширения, установленными в слоты и памятью. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за один такт и тем выше производительность ПК.

- линии для адресации данных (шина адреса). Шина адреса служит для указания адреса какого-либо устройства, с которым процессор производит обмен данными.

---