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

- линии управления данными (шина управления). По шине управления передается ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждение приема данных, аппаратного прерывания, управления и других. Все сигналы шины управления предназначены для обеспечения передачи данных.

- контроллер шины, осуществляет управление процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы, либо в виде совместимого набора микросхем – Chipset.Системная шина - это центральная коммуникационная линия, которая связывает процессор, память и другие основные компоненты системы. Она обеспечивает передачу данных и сигналов управления между этими компонентами.

Локальная шина - это шина, которая связывает процессор с конкретным устройством ввода/вывода. Она обеспечивает обмен данными и командами управления между процессором и устройством ввода/вывода.

9. Классификация вычислительных систем. Альтернативная классификация.

10. Назначение, принципы построения и характеристики арифметико-логических устройств (АЛУ).

(Назначение из определения выходит)

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - блок процессора, который под управлением устройства управления служит для выполнения арифметических и логических преобразований над данными, называемыми в этом случае операндами.

(Принципы построения)

Минимальный набор операций, аппаратно реализуемых в АЛУ, должен включать:

• основные логические операции (И, ИЛИ, НЕ, Исключающее ИЛИ);

• сдвиги (логические и арифметические);

• сложение и вычитание чисел в формате с фиксированной точкой (ФТ).

На их основе программно можно реализовать остальные арифметические и логические операции над числами с ФТ и плавающей точкой (ПТ).
(Характеристика)

По структуре АЛУ бывают двух типов:

• Жесткая (Комбинационные схемы жестко БОД и регистры распределены между всеми регистрами)

• Магистральная (взаимодействуют между собой с помощью магистралей (шин)







t_в - длительность выборки операнда из регистра

---

,

t_on - длительность операции,

t_c - длительность сохранения результата в регистре,

t_MUX - задержка мультиплексора,

t_DMX - задержка демультиплексора.
11. Многоуровневая организация ЭВМ. Структурная организация и архитектура вычислительных систем. )

Многоуровневая организация ЭВМ:



Структурная организация и архитектура ЭВМ

Структура

Характеристики, определяющие детали аппаратной реализации:

• количество функциональных блоков (БОД),

• принципы построения УУ,

• набор сигналов управления,

• технология функционирования памяти.

Архитектура

Характеристики системы, доступные извне (со стороны программы):

• набор машинных команд,

• формат машинных команд,

• формат данных,

• способы адресации и т.д.

Структура и функции компьютера

Структура - набор компонентов системы и способ объединения их в единое целое,

Функции - операции, выполняемые каждым компонентом в процессе реализации команды.

---

Рассмотрение сложных систем

Анализ - с точки зрения описания,

Синтез - с точки зрения проектирования.

Подходы анализа и синтеза

Восходящий (снизу вверх) - рассматривают функции элементов самого низкого уровня, поднимаясь затем по уровням иерархии (р-п-переход, транзистор, БЛЭ, сумматор, АЛУ, процессор, ЭВМ)

Нисходящий (сверху вниз) - рассматривают систему в целом, выделяя в ней независимые подсистемы (ЭВМ, процессор, …).

Функции компьютера (верхний уровень абстракции)

• обработка данных,

• хранение данных,

• перемещение данных,

• управление процессами.

Структура компьютера (верхний уровень абстракции)

• центральный процессор (обработка данных),

• оперативная память (хранение данных),

• системная магистраль (перемещение данных),

• устройство управления (управление процессами).





12 Основные архитектурные понятия. Типы команд. Типы данных Способы адресации.

Основные архитектурные понятия:

1. 
   Электронной системой называют любое электронное устройство, которое
   

предназначено для работы с информацией.

2. 
   Задачей является список действий, подлежащих исполнению при помощи электронных систем.
   
3. 
   Быстродействие - это параметры скорости осуществления электронной системой возложенных на неё функций.
   
4. 
   Гибкость системы - это свойство системы перенастраиваться для осуществления различных задач.
   
5. 
   Избыточность системы — это соответствие уровня сложности задач, подлежащих решению, технологическим параметрам системы.
   
6. 
   Системный интерфейс — это набор условий информационного обмена, который подразумевает электронную, а также на основе структуры и логики, способность обмениваться данными между разными модулями, способными участвовать в этом процессе.
   

Типы команд

1. 
   По характеру выполняемых операций можно выделить следующие группы команд:
   
2. 
   команды арифметических операций для чисел с фиксированной или плавающей запятой;
   
3. 
   команды десятичной арифметики;
   
4. 
   команды передачи данных (MOV AX, 0FFFh);
   
5. 
   команды операций ввода/вывода (IN, OUT);
   
6. 
   команды логических операций (AND, OR, NOT);
   
7. 
   команды передачи управления (управление циклом – LOOP, условные переходы – JAE, JB);
   
8. 
   команды задания режима работы машины и др.
   

---

Типы данных:

• 
  Целое - множество целых чисел в диапазоне разрядной сетки ЭВМ.
  
• 
  Символьные данные
  
• 
  байты, слова, двойные слова и квадрослова
  

1. 
   Прямая адресация (Direct addressing):
   

Адрес операнда или команды непосредственно указывается в инструкции.

2. 
   Регистровая адресация (Register addressing):
   

Адрес операнда указывается непосредственно в регистре.

3. 
   Косвенная адресация (Indirect addressing):
   

Адрес операнда находится в регистре или ячейке памяти, и инструкция обращается к этому адресу для получения фактического адреса операнда.

4. 
   Непосредственная адресация (Immediate addressing):
   

Значение операнда указывается непосредственно в инструкции.

5. 
   Индексная адресация (Indexed addressing):
   

К адресу операнда добавляется смещение, указанное в индексном регистре.

6. 
   Базовая со смещением (Base with offset addressing):
   

К адресу операнда добавляется смещение относительно базового адреса.

13. Виртуальная память и организация защиты памяти.

14. Принципы фон-Неймана по построению вычислительных систем.

• 
  Принцип использования двоичной системы: для представления данных и команд используется двоичная система счисления.
  
• 
  Принцип однородности памяти: программы (состоящие из команд) и данные хранятся в одной и той же памяти.
  
• 
  Принцип адресуемости памяти: память состоит из пронумерованных ячеек; процессору доступна любая ячейка.
  
• 
  Принцип программного управления: все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой, в последовательности, определяемой программой.
  

15. Конвейерная организация. Простейшая организация конвейера и оценка его производительности. Примеры.

Конвейерная обработка команд - повышение производительности за счет:

• 
  совершенствования элементной базы (переход к новой интегральной технологии, рост плотности размещения компонентов на единице плотности кристалла, рост частоты)
  
• 
  рациональная организация процесса выполнения команд в компьютере (параллелизм, архитектурные решения CISC и RISC)
  

---

Конвейер имеет 2 независимых блока обработки - извлечения и выполнения команды. Пока команда выполняется на 2-м блоке, первый блок может загружать следующую машинную команду.

Чтобы конвейер работал быстро, нужно разделить ЦОК на большое кол-во

• 
  разделить все команды на большое кол-во независимых этапов
  
• 
  время выполнения команды на каждом этапе одинаково и называется тактом конвейера.
  

16. Микропроцессор, общие понятия и определения, структурная схема микропроцессора.

Микропроцессор — это центральный блок персонального компьютера, предназначенный для управления работой всех остальных блоков и выполнения арифметических и логических операций над информацией.

Микропроцессор выполняет следующие основные функции:

1) чтение и дешифрацию команд из основной памяти;

2) чтение данных из основной памяти и регистров адаптеров внешних устройств;

3) прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание внешних устройств;

4) обработку данных и их запись в основную память и регистры адаптеров внешних устройств;

5) выработку управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков компьютера.

В состав микропроцессора входят следующие устройства.

1. Арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

2. Устройство управления, которое координирует взаимодействие различных частей компьютера и выполняет следующие основные функции:

• формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;

• формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;

• получает от генератора тактовых импульсов опорную последовательность импульсов.

---