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

• 
  Клавиатура
  
• 
  Мышь и тачпад
  
• 
  Планшет
  
• 
  Джойстик
  
• 
  Сканер
  
• 
  Цифровые фото, видеокамеры, веб-камеры
  
• 
  Микрофон
  

Устройства вывода:

Устройства вывода - это преобразователи электрической цифровой информации в вид необходимый для получения требуемого результата, могущего быть как не электрической природы (механические, тепловые, оптические, звуковые), так и электрической природы (трансформаторы, нагреватели, электродвигатели, реле).

• 
  Монитор
  
• 
  Графопостроитель
  
• 
  Принтер
  
• 
  Акустическая система
  

27. Блоки управления командами. Структура устройства управления. Принципы организации систем прерываний. Процедура обслуживания прерываний

Блоки управления командами (Устройство управления):

УУ - часть цифрового вычислительного устройства, предназначенная для формирования последовательности управляющих сигналов, которые определенным образом распределены во времени.

Выполнение команд происходит в виде последовательности операций (фаз).

Элементарную функциональную операцию, выполняемую за один тактовый интервал и приводимую в действие управляющим сигналом, называют микрооперацией. Приставка “микро” означает, что каждая операция очень проста и реализуется очень быстро.

Каждая фаза - набор операций, который образует микропрограмму.

Совокупность операций, выполняемых в одном такте, называют микрокомандой (МК).

Структура устройства управления:

Микрооперации:

• 
  Передача данных между регистрами (пересылки)
  
• 
  Передача данных из регистра на внешнюю магистраль
  
• 
  Управление действиями АЛУ
  

Устройство управления решает 2 задачи:

• 
  Организация выполнения процессором микроопераций в нужной последовательности
  
• 
  Формирование управляющих сигналов, необходимых для управления каждой микрооперацией
  

Классификация УУ:



УУ с жесткой логикой:

---

Учитывая, что:





УУ микропрограммного управления:

• 
  Регистр команд (содержит поле КОП)
  
• 
  Регистр адреса МПП (содержит адрес следующей µK) (МПП - микропроцессорная память)
  
• 
  МПП (включает весь набор микропрограмм)
  
• 
  Регистр µK (содержит текущую микрокоманду)
  
• 
  Узел синхронизации (загружает адрес в регистр адреса МПП и формирует сигнал чтения МПП)
  

Принципы организации систем прерываний:

Прерывания – механизм, позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных устройств вычислительной системы и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора. Это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе (а через нее – к соответствующей программе обработки прерывания), происходящая при возникновении определенного события.

Во время выполнения ЭВМ текущей программы внутри машины и в связанной с ней внешней среде (например, в технологическом процессе, управляемом ЭВМ) могут возникать события, требующие немедленной реакции на них со стороны машины.

Реакция состоит в том, что машина прерывает обработку текущей программы и переходит к выполнению некоторой другой программы, специально предназначенной для данного события. По завершении этой программы ЭВМ возвращается к выполнению прерванной программы.

Рассматриваемый процесс, называемый прерыванием программ, поясняется на этом рисунке:



Принципиально важным является то, что моменты возникновения событий, требующих прерывания программ, заранее неизвестны и поэтому не могут быть учтены при программировании.

Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается сигналом, оповещающим ЭВМ. Назовем эти сигналы запросами прерывания. Программу, затребованную запросом прерывания, назовем прерывающей программой, противопоставляя ее прерываемой программе

---

, выполнявшейся машиной до появления запроса.

Запросы на прерывания могут возникать внутри самой ЭВМ и в ее внешней среде. К первым относятся, например, запросы при возникновении в ЭВМ таких событий, как появление ошибки в работе ее аппаратуры, переполнение разрядной сетки, попытка деления на 0, выход из установленной для данной программы области памяти, затребование периферийным устройством операции ввода-вывода, завершение операции ввода-вывода периферийным устройством или возникновение при этой операции особой ситуации и др.. Хотя некоторые из указанных событий порождаются самой программой, моменты их появления, как правило, невозможно предусмотреть. Запросы во внешней среде могут возникать от других ЭВМ, от аварийных и некоторых других датчиков технологического процесса и т. п.

В сущности, запросы прерывания генерируются несколькими развивающимися параллельно во времени процессами, которые в некоторые моменты требуют вмешательства процессора. К этим процессам, в частности, относятся процесс выполнения самой программы, процесс контроля правильности работы ЭВМ, операции ввода-вывода, технологический процесс в управляемом машиной объекте и др.

Возможность прерывания программ - важное архитектурное свойство ЭВМ, позволяющее эффективно использовать производительность процессора при наличии нескольких протекающих параллельно во времени процессов, требующих в произвольные моменты времени управления и обслуживания со стороны процессора. В первую очередь это относится к организации параллельной во времени работы процессора и периферийных устройств машины, а также к использованию ЭВМ для управления в реальном времени технологическими процессами.

В некоторых машинах наряду или вместо прерывания с переключением управления на другую программу используется примитивное прерывание - так называемая приостановка, когда по соответствующему запросу приостанавливается выполнение программы и выполняется аппаратурными средствами некоторая процедура без изменения содержания счетчика команд, а по ее окончании продолжается выполнение приостановленной программы.

Чтобы ЭВМ могла, не требуя больших усилии от программиста, реализовывать с высоким быстродействием прерывания программ, машине необходимо придать соответствующие аппаратурные и программные средства, совокупность которых получила название системы прерывания программ или контроллера прерывания.

Основными функциями системы прерывания являются:

---

• 
  запоминание состояния прерываемой программы и осуществление перехода к прерывающей программе,
  
• 
  восстановление состояния прерванной программы и возврат к ней.
  

Процедура обслуживания прерываний:

Механизм обработки прерываний независимо от архитектуры вычислительной системы включает следующие элементы Механизма обработки прерываний:

1. 
   Установление факта прерывания (прием сигнала на прерывание) и идентификация прерывания (в операционных системах иногда осуществляется повторно, на шаге 4).
   
2. 
   Запоминание состояния прерванного процесса. Состояние процесса определяется прежде всего значением счетчика команд (адресом следующей команды, который, например, вi80x86 определяется регистрамиCSиIP— указателем команды), содержимым регистров процессора и может включать также спецификацию режима (например, режим пользовательский или привилегированный) и другую информацию.
   
3. 
   Управление аппаратно передается подпрограмме обработки прерывания. В простейшем случае в счетчик команд заносится начальный адрес подпрограммы обработки прерываний, а в соответствующие регистры — информация из слова состояния. В более развитых процессорах, например в том же i80286 и последующих 32-битовых микропроцессорах, начиная с i80386, осуществляется достаточно сложная процедура определения начального адреса соответствующей подпрограммы обработки прерывания и не менее сложная процедура инициализации рабочих регистров процессора.
   
4. 
   Сохранение информации о прерванной программе, которую не удалось спасти на шаге 2 с помощью действий аппаратуры. В некоторых вычислительных системах предусматривается запоминание довольно большого объема информации о состоянии прерванного процесса.
   
5. 
   Обработка прерывания. Эта работа может быть выполнена той же подпрограммой, которой было передано управление на шаге 3, но в ОС чаще всего она реализуется путем последующего вызова соответствующей подпрограммы.
   
6. 
   Восстановление информации, относящейся к прерванному процессу (этап, обратный шагу 4).
   
7. 
   Возврат в прерванную программу.
   

Шаги 1-3 реализуются аппаратно, а шаги 4-7 — программно.

28. Классификация ЭВМ по областям применения.

ЭВМ можно классифицировать по областям применения следующим образом:

• 
  Персональные компьютеры и рабочие станции
  
• 
  X-терминалы
  
• 
  Серверы
  
• 
  Мейнфреймы
  
• 
  Кластерные архитектуры
  

---

Персональные компьютеры и рабочие станции:

Персональные компьютеры (ПК) появились в результате эволюции миникомпьютеров при переходе элементной базы машин с малой и средней степенью интеграции на большие и сверхбольшие интегральные схемы. ПК – это прежде всего «дружественный интерфейс», проблемно-ориентированные среды и инструментальные средства для автоматизации разработки прикладных программ, низкая стоимость и т.д.

Создание RISC-процессоров и микросхем памяти большой емкости привело к формированию настольных систем высокой производительности, которые также известны как рабочие станции. Ориентация рабочих станций на профессиональных пользователей привела к тому, что рабочие станции - это хорошо сбалансированные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными устройствами ввода/вывода. Это свойство выгодно отличает рабочие станции среднего и высокого класса от ПК и сегодня.

В последнее время быстрый рост производительности ПК на базе новейших микропроцессоров в сочетании с резким снижением цен на эти изделия и развитием технологии стирает грань между ПК и рабочими станциями. ПК в настоящее время имеют достаточную производительность, а рабочие станции чаще на базе UNIX имеют программное обеспечение, способное выполнять большинство функций, которые ассоциируются с понятием ПК.

X-терминалы:

Вычислительные системы обладающие минимальным набором средств обработки информации и ориентированные, главным образом, на организацию взаимодействия пользователя с высокопроизводительной вычислительной системой (сервером), которая и осуществляет обработку информации.

Серверы:

Прикладные многопользовательские коммерческие и бизнес-системы, крупные издательские системы, сетевые приложения и системы обслуживания коммуникаций все более требуют перехода к модели организации системы «клиент-сервер» и распределенной обработке данных. В распределенной модели «клиент-сервер» часть работы выполняет сервер, а часть пользовательский компьютер (клиент). Существует несколько типов серверов, ориентированных на разные применения: файл-сервер, сервер базы данных, принт-сервер, вычислительный сервер, сервер приложений. Таким образом, тип сервера определяется видом ресурса, которым он владеет (файловая система, база данных, принтеры, процессоры или прикладные пакеты программ). В зависимости от числа пользователей и характера решаемых ими задач требования к составу оборудования и программного обеспечения сервера, к его надежности и производительности сильно варьируются.

---