Організація обчислювальних систем та мереж. Апаратні складові ЕОМ. (Лекція 6) презентация

Содержание

Конвейерная обработка данных Конвейерная организация процессора означает, что многие сложные действия разбиваются на этапы с небольшим временем выполнения. Каждый этап выполняется в отдельном устройстве (блоке). Конвейеризация позволяет нескольким внутренним блокам МП

Слайд 1Лекція 6. Апаратні складові ЕОМ
ОРГАНІЗАЦІЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ ТА МЕРЕЖ

Слайд 2Конвейерная обработка данных
Конвейерная организация процессора означает, что многие сложные действия разбиваются

на этапы с небольшим временем выполнения. Каждый этап выполняется в отдельном устройстве (блоке).
Конвейеризация позволяет нескольким внутренним блокам МП работать одновременно, совмещая дешифрование команды, операции АЛУ, вычисление эффективного адреса и циклы шины нескольких команд.

Слайд 3Конвейерная обработка данных
В составе МП 80286 есть 4 конвейерных устройства:
BU (Bus

Unit) – шинный блок (считывание из памяти и портов ввода/вывода);
IU (Instruction Unit) – командный блок (дешифрация команд);
EU (Executive Unit) – исполнительный блок (выполнение команд);
AU (Address Unit) – адресный блок (вычисляет все адреса, формирует физический адрес).

Слайд 4Конвейерная обработка данных в ЦП 80286

Слайд 5Конвейерная обработка данных в ЦП 80486
В ЦП 80486 – пятиступенчатый конвейер

для обработки данных:

предвыборка команд (PF –Perfect);
декодирование команды (D1 – Instruction Decode);
формирование адреса (D2 – Address Generate);
выполнение команды в АЛУ и доступ к кэш-памяти (EX – Execute);
обратная запись (WB – Write Back).

Слайд 6Конвейерная обработка данных
Можно выделить два наиболее важных проявления конвейерной организации процессора

— прохождение инструкции (операции) от момента считывания из кэша инструкций до полного завершения (отставки), и прохождение операции через функциональное устройство.
Первое проявление обычно называют «конвейером процессора» либо «конвейером непредсказанного перехода» (что более правильно). Длина этого конвейера влияет на производительность только в случае неправильного предсказания перехода в программе, когда происходит отмена работы, выполненной во всех этапах, начиная с этого перехода (сброс конвейера).

Слайд 7Конвейерная обработка данных
Длина конвейера функционального устройства, в свою очередь, определяет время

ожидания результатов операции другой операцией, использующей эти результаты в качестве операндов.

Такое старт-стопное время выполнения операции в функциональном устройстве называют латентностью.

Обращение к кэшам всех уровней и к оперативной памяти также производится конвейерным образом. Большинство простых операций целочисленной арифметики и логики имеют латентность, равную единице — то есть они выполняются в функциональных устройствах синхронно, без конвейеризации.

Слайд 8ЦП Pentium
КЭШ команд, 8К
Буфер предвыборки, 32 бита
АЛУ
(целочисл.)
АЛУ
(целочисл.)
Блок регистров
КЭШ данных, 8К
64 –

разрядная шина

Схема предсказания
перехода

Конвейерный
блок
FPU

Делитель

Сложитель

Умножитель

U (5+3ступ.)

V (5 ступ.)

Слайд 9ЦП Pentium
Суперскалярная архитектура – это способ построения процессора с двумя или

более конвейерами, позволяющий выполнять параллельно 2 или более выбранные команды.

U – конвейер основной (команды целочисленные и с плавающей точкой).
V – конвейер (команды, которые выполняются за один такт).

Спаривание – это процесс параллельного выполнения 2-х команд, независящих по данным или ресурсам.

Слайд 10Конвейеры ЦП Pentium

Слайд 11Основные отличия ЦП Pentium
Увеличен размер страничной памяти. Механизм страничной организации памяти

позволяет работать одновременно со страницей 4 Мбайт.
64-разрядная ШД.
Конвейеризация машинного цикла.
Суперскалярная архитектура.
Контроль четности адреса и данных.
Раздельные блоки кэш-памяти для данных и кода.
Блок прогнозирования ветвлений.
Средства управления питанием (снижение мощности потребления).

Слайд 12Структура микропроцессора Pentium Pro
Кэш 2-го уровня, 256 Кбайт
(монтируется в один корпус

с ЦП)


Интерфейс памяти


Внешняя
64-разрядная
синхронная
шина

Синхронная
64-разрядная
шина


Блок выборки
инструкций

Буфер команд,
8 Кбайт

За 1 такт выбираются 2 строки кэша
(строка – 32 байта)


Дешифратор команд

Дешифратор,
1 микро-
операция
за такт

Дешифратор,
1 микро-
операция
за такт

Дешифратор,
4 микро-
операции

Таблица переименования регистров

Блок интерфейса с памятью

Блок формирования адреса

Арифметическое устройство
с фиксированной точкой

Арифметическое устройство
с фиксированной точкой

Арифметическое устройство
с плавающей точкой

Блок формирования адреса



Пул инструкций

Блок удаления

Блок резервирования

Буфер
запросов

Буфер
данных

Блок
предсказания
переходов
(512 входов)

Блок
микропрог-
раммного
управления

Слайд 13ЦП Pentium Pro (P6)
Термин динамическое исполнение программы определил 3 способа обработки

данных:

Глубокое предсказание ветвлений (с вероятностью > 90% можно предсказать 10 - 15 ближайших переходов).
Анализ потока данных (на 20-30 шагов вперед посмотреть программу и определить зависимость команд по данным или ресурсам).
Опережающее (внеочередное) исполнение команд.

Слайд 14ЦП Pentium MMX
Основные черты MMX (MultiMediaeXtention) технологии:
SIMD архитектура (одна команда над

многими данными);
57 новых инструкций;
8 64-разрядных регистра MMX (ММ0-ММ7 – это мантиссы 8 регистров блока арифметики с плавающей точкой);
4 новых типа данных:
упакованный байт 64=8х8
упакованное слово 64=4х16
упакованное двойное слово 64=2х32
учетверенное слово 64=1х64

Слайд 15ЦП Pentium II
2 кэша I уровня (16 Кб).
Кэш II уровня (512

Кб).

Двойная независимая шина (300-разрядная) -
2 независимых канала передачи данных:
для связи ЦП с кэш II уровня;
для связи ЦП с оперативной памятью.

Слайд 16ЦП Pentium III
Используется расширение SSE (Streaming SIMD Extensions) – потоковые SIMD

расширения для вещественных чисел.

70 новых инструкций.

8 новых 128-разрядных регистров данных: XMM0, XMM1,…, XMM7. 32-битный регистр управления/состояния MXCSR используется для маскирования исключений, выбора режимов и определения состояния флагов.

Новый тип данных - упакованные числа с плавающей запятой одинарной точности. В одном 128-разрядном регистре 4 новых типа данных.
Все команды SSE доступны из любых режимов работы ЦП: реального, защищенного и виртуального.

Слайд 17ЦП Pentium IV
В МП Pentium 4 была представлена технология SSE2, дополняющая

SSE новыми типами данных и новыми инструкциями. Инструкции SSE2 также оперируют 128-битными регистрами XMM0-XMM7, но при этом добавлены пять новых типов данных:
упакованные двойной точности (2 х 64 бит IEEE-754 double precision),
упакованные байты (16 x 8 бит),
упакованные слова (8 х 16 бит),
упакованные двойные слова (4 х 32 бит),
упакованные четверные слова (2 х 64 бит).

Все команды MMX, SSE и SSE2 доступны в любом режиме работы процессора: реальном, защищенном, виртуальном.

Слайд 18
Net-Burst – архитектура:
Изменение последовательности выполнения

команд.
Буфер предсказания переходов – 4Кб (вероятность удачного предсказания 93-94%).
Окно команд (можно выбирать 126 команд для внеочередного выполнения).
Трассирующий КЭШ – команд I уровня находится после дешифратора и содержит микрокоманды готовые к исполнению (объем кэша - 12000 микрокоманд).
Используются SIMD расширения, включая 144 новых инструкции, использующие 128-разрядные XMM - регистры.
АЛУ работает на удвоенной частоте ЦП.
Применена Quad-pumped 400 МГц системная шина, обеспечивающая пропускную способность 3,2 Гбайта/с.
Кэш L2 – 256 Кбайт работает на частоте процессора.
Кэш L1 – 8Кбайт.


Слайд 19Линейка процессоров Intel Core 2 Duo
Линейка процессоров Intel Core 2

Duo основана на полностью обновлённой микроархитектуре.
Intel говорит не просто об изменениях в новой микро-архитектуре процессоров Core 2 Duo, а о кардинальном обновлении. Инженеры компании взяли некоторые элементы текущей микроархитектуры PentiumD NetBurst и добавили к ней ингредиенты, сделавшие мобильные процессоры Pentium M и Core Duo столь популярными на рынке, в результате чего и родилась новая микро-архитектура Core 2. Ключевой целью было достижение идеального соотношения между производительностью и энергопотреблением.
Снижение разрядности шин. Хотя все шины имеют ширину 128 бит, она не всегда бывает востребована. Intel решила добавить функцию, позволяющую разделять шины, выключая их часть. Для передачи восьми байт достаточно ширины 64 бита, поэтому вторая половина шины не работает, что экономит энергию.

Слайд 20Процессоры Intel Core i7
Intel выпустила процессоры для десктопов Core i7 архитектуры

Nehalem: Intel Core i7-965 Extreme Edition (тактовая частота 3.4 ГГц, стоимость единицы в партии от 1000 штук - $999), Intel Core i7- 940 (2.93 ГГц, цена - $562) и Intel Core i7- 920 (2.66 ГГц, $284).
"Экстремальная" модель отличается повышенной скоростью обмена данными между процессорными ядрами (6.4 GT/sec против 4.8 GT/sec в других двух моделях). В остальном архитектура одинакова: производимые по 45-нм техпроцессу Core i7 оснащены 8 MB кэш-памяти третьего уровня, поддерживают оперативную память DDR3-1066, а энергопотребление при пиковой загрузке составляет 130 Вт.

Слайд 24Процессоры компании AMD
Развитие современных микроархитектур в компании AMD началось с создания

в 1999 г. процессора Athlon (K7). Это был первый полноценный суперскалярный конвейерный микропроцессор с внеочередным исполнением операций, разработанный в компании.
Следующий процессор компании Athlon 64 / Opteron (K8), увидевший свет в 2003 г., мало отличается от своего предшественника K7 по микроархитектуре. При его создании основной упор был сделан на две ключевые технологии: 64-битный режим целочисленной и адресной арифметики AMD64 (x86-64), и интегрированный контроллер оперативной памяти, встроенный в процессорный чип.

Слайд 25Однако K8 значительно уступает новому процессору P8 (Intel Core), особенно в

игровых и десктопных применениях. Превосходство процессора P8 в производительности обусловлено в первую очередь динамической организацией его архитектуры, имеющей увеличенную ширину запуска и обработки инструкций, полночастотным выполнением упакованных 128-битных операций SSE, увеличенным размером L2-кэша, более совершенным предсказателем переходов и улучшенной подсистемой предвыборки данных.
В связи с появлением столь серьёзного конкурента, компания AMD объявила о планах создания нового процессора с улучшенной и расширенной микроархитектурой, известного под названием K8L.

Процессоры компании AMD

Слайд 26Многоядерный процессор -
центральный процессор, содержащий два и более вычислительных

ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.
Ядром процессора - это система исполнительных устройств (набор арифметико-логических устройств), предназначенных для обработки данных.

Слайд 27Кэш- сверхоперативная память
В многоядерных процессорах кэш первого уровня у каждого ядра

своя, а кэш 2-го уровня существует в нескольких вариантах:
разделяемый — кэш расположен на одном с обеими ядрами кристалле и доступен каждому из них в полном объёме (процессоры семейств Intel Core).
индивидуальный — отдельные кэш равного объёма, интегрированные в каждое из ядер. Обмен данными из кэш L2 между ядрами осуществляется через контроллер памяти — интегрированный (Athlon 64 X2) или внешний (Pentium D).

Слайд 28Производительность.
В приложениях, оптимизированных под многопоточность, наблюдается прирост производительности на двухъядерном процессоре.


Старые приложения (не оптимизированные под многопоточность), либо приложения, которым многопоточность не нужна или невозможна не будут получать практически никакой выгоды от дополнительных ядер, и могут даже выполняться медленнее, чем на процессоре с меньшим количеством ядер, но большей тактовой частотой.

Слайд 29Наращивание количества ядер.
На сегодняшний день основными производителями процессоров — Intel и

AMD дальнейшее увеличение числа ядер процессоров признано как одно из приоритетных направлений увеличения производительности. Уже освоено производство 8-ядерных процессоров для домашних компьютеров, а также 16-ядерных в серверных системах.

Слайд 30Одновременная многопоточность (Simultaneous multithreading)
Одновременная многопоточность
(Simultaneous multithreading – SMT, hardware multithreading) —

технология, позволяющая выполнять инструкции из нескольких потоков выполнения (программ) на одном суперскалярном конвейере

Потоки разделяют один суперскалярный конвейер процессора
(ALU, FPU, Load/Store)

SMT позволяет повысить эффективность использования модулей суперскалярного процессора (ALU, FPU, Load/Store) за счет наличия большего количества инструкций из разных потоков выполнения (ниже вероятность зависимости по данным)


Superscalar pipeline

Thread 1

Thread 2









Разделение ресурсов ALU, FPU, Load/Store

Примеры реализации:

❑ IBM ACS-360 (1968 г.), DEC Alpha 21464 (1999 г., 4-way SMT)
Intel Pentium 4 (2002 г., Intel Hyper-Threading, 2-way SMT)
❑Intel Xeon Phi (4-way SMT), Fujitsu Sparc64 VI (2-way SMT), IBM POWER8 (8-way SMT)

Слайд 31Intel Hyper-Threading Technology


Логический процессор
Architectural State


Backend Вычислительное ядро (Execution Engine)


Кеш-память
(Cache)


Frontend
(Fetch, Decode)

ILP
Chip
Логический процессор
Architectural

State

Architectural state + Interrupt controller (LAPIC) = Logical processor
2 потока разделяют суперскалярный
конвейер
Ускорение (Speedup) ~ 30 %
Architectural state:
Регистры общего назначения
(RAX, RBX, RCX, …)
Сегментные регистры (CS, DS, …),
Управляющие регистры (RFLAGS, RIP, GDTR)
X87 FPU-регистры,
MMX/XMM/YMM-регистры
MSR-регистры, Time stamp counter

Слайд 32Проблемы многоядерности.
Многоядерные и Hyper-Threading процессоры не только увеличивают производительность, но и

порождают многочисленные проблемы - некоторые приложения (драйвера) начинают работать нестабильно, выбрасывая критические ошибки или обрушивая систему в голубой экран смерти.
Основной "удар" различий одно- и многопроцессорных машин операционная система и BIOS берут на себя.
Прикладное приложение или драйвер устройства, спроектированный для однопроцессорной системы, не требует никакой адаптации для переноса на многопроцессорную систему, если, конечно, он спроектирован правильно. Многие типы ошибок (и, в особенности, ошибки синхронизации) могут годами не проявляться в однопроцессорных конфигурациях, но заваливают многопроцессорную машину каждые десять минут, а то и чаще.

Слайд 33Многопроцессорные системы создают много проблем и далеко не все из них

разрешимы в рамках простой переделки программ. Получив возможность создавать потоки, программисты далеко не сразу осознали, что отлаживать многопоточные программы на порядок сложнее, чем однопоточные. С другой стороны, уже сейчас мы приходим к распределенным системам и распределенному программированию. Разбив цикл с большим количеством итераций на два цикла, исполняющихся в разных потоках/процессах, на двухпроцессорной машине мы удвоим производительность! А это слишком значительный выигрыш, чтобы позволить себе пренебрегать им.

Проблемы многоядерности.

Слайд 3428
Параллелизм уровня данных
(Data Parallelism – DP)

Слайд 35Векторные процессоры
Векторный процессор (Vector processor) – процессор поддерживающий
на уровне системы команд

операции для работы с векторами (SIMD-инструкции)

Векторные вычислительные системы
CDC STAR-100 (1972 г., векторы до 65535 элементов)
Cray Research Inc.: Cray-1 (векторные регистры), Cray-2, Cray X-MP, Cray Y-MP












X1

X2

…

XN

Source 1












Y1

Y2

…

YN

Source 2

Destination



+






+






+




Сложение двух векторов

Слайд 36Векторные процессоры
▪ Векторный процессор (Vector processor) – процессор поддерживающий
на уровне системы команд

операции для работы с векторами (SIMD-инструкции)
▪ Векторные вычислительные системы
o CDC STAR-100 (1972 г., векторы до 65535 элементов)
o Cray Research Inc.: Cray-1 (векторные регистры), Cray-2, Cray X-MP, Cray Y-MP












X1

X2

…

XN

Source 1












Y1

Y2

…

YN

Source 2

Destination



+






+






+




Сложение двух векторов

Максимальное ускорение (Speedup)
линейно зависит от числа элементов в векторном регистре
(использование векторных инструкций может привести к сокращению количества команд в программе, а это может обеспечить более эффективное использование кеш-памяти)

Слайд 3733
Параллелизм уровня потоков
(Thread Level Parallelism – TLP)

Слайд 38Многопроцессорные SMP-системы (Symmetric multiprocessing)


CPU 1


Cache


CPU 2


Cache


CPU N


Cache

I/O

Bus
Arbiter
System bus
Shared memory (RAM)





Процессоры SMP-системы

имеют одинаковое время доступа к разделяемой памяти (симметричный доступ)
Системная шина (System bus) – это узкое место, ограничивающее масштабируемость вычислительного узла

Слайд 39
Многопроцессорные SMP-системы (Symmetric multiprocessing)

Слайд 40Многопроцессорные NUMA-системы (AMD)

NUMA (Non-Uniform Memory Architecture) – это архитектура вычислительной системы
с

неоднородным доступом к разделяемой памяти
Процессоры сгруппированы в NUMA-узлы со своей локальной памятью
Доступ к локальной памяти NUMA-узла занимает меньше времени по сравнению с временем доступом к памяти удаленных процессоров

4-х процессорная NUMA-система
Каждый процессор имеет интегрированный контроллер и несколько банков памяти
Процессоры соединены шиной
Hyper-Transport
(системы на базе процессоров AMD)
Доступ к удаленной памяти занимает больше времени
(для Hyper-Transport ~ на 30%, 2006 г.)


Local access (fast)


Remote access (slow)

Слайд 41Многопроцессорные NUMA-системы (Intel)
4-х процессорная NUMA-система
Каждый процессор имеет интегрированный контроллер и несколько

банков памяти
Процессоры соединены шиной
Intel QuickPath Interconnect (QPI)
– решения на базе процессоров Intel

Intel Nehalem based systems with QPI
2-way Xeon 5600 (Westmere) 6-core, 2 IOH


Memory

Memory

CPU 0

CPU 1

Слайд 42Политики управления памятью NUMA-системы


Политики управления памятью можно задавать в настройках BIOS/UEFI:
NUMA

Mode – в системе присутствует несколько NUMA-узлов, у каждого узла имеется своя локальная память (local), операционная система учитывает топологию системы при выделении памяти
Node Interleave – память циклически выделяется со всех NUMA-узлов (чередование), операционная система “видит” NUMA-систему как SMP-машину

Memory latency and bandwidth accessing local, remote memory for a PowerEdge R610 server (Dual Intel Xeon X5550 Nehalem, 6 x 4GB 1333 MHz RDIMMS)

Слайд 4343
Современные системы на базе многоядерных процессоров

Слайд 44Современные системы на базе многоядерных процессоров

Слайд 45
Intel Xeon Phi (Intel MIC): 64 cores Intel P54C (Pentium)
Pipeline: in-order,

4-way SMT, 512-bit SIMD
Кольцевая шина (1024 бит, ring bus) для связи ядер и контроллера памяти GDDR5
Устанавливается в PCI Express слот



SMP-система 256 логических процессоров

Современные системы на базе многоядерных процессоров

Слайд 46Graphics Processing Unit (GPU) – графический процессор, специализированный многопроцессорный ускоритель с

общей памятью
Большая часть площади чипа занята элементарными ALU/FPU/Load/Store модулями
Устройство управления (Control unit) относительно простое по сравнению с CPU


NVIDIA GeForce GTX 780
(Kepler, 2304 cores, GDDR5 3 GB)


AMD Radeon HD 8970
(2048 cores, GDDR5 3 GB)



Современные системы на базе многоядерных процессоров

Слайд 47Sony Playstation 3 IBM Cell
(2-way SMT PowerPC core + 6 SPE)


Microsoft

XBox 360 IBM Xenon
(3 cores with 2-way SMT)

Tilera TILEPro64
(64 cores, VLIW, mesh)



Cisco Routers
MIPS
Multi-core processors

Современные системы на базе многоядерных процессоров

Слайд 48Система команд
Принципы функционирования ЭВМ

Слайд 49Функциональная и структурная организация ЭВМ
Принципы функционирования ЭВМ, т.е. коды, система команд,

алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействия аппаратной части и программного обеспечения, способы использования устройств при организации их совместной работы, образуют функциональную организацию ЭВМ.

Слайд 50Функциональная и структурная организация ЭВМ
Принципы функционирования ЭВМ могут быть реализованы:
аппаратными,


программно-аппаратными
программными средствами.

Слайд 51Функциональная и структурная организация ЭВМ
При аппаратной и программно-аппаратной реализации могут быть

применены регистры, дешифраторы, сумматоры; блоки жесткого аппаратного управления или микропрограммного с управлением подпрограммами (комплексами микроопераций); устройства или комплексы устройств, реализованные в виде автономных систем (программируемых или с жестким управлением) и др.
При программной реализации могут быть применены различные виды программ.

Слайд 52Функциональная и структурная организация ЭВМ
ЭВМ представляет собой совокупность устройств, выполненных на

больших интегральных схемах, каждая из которых имеет свое функциональное назначение.
Комплект интегральных схем, из которых состоит ЭВМ, называется микропроцессорным комплектом.

Слайд 53Функциональная и структурная организация ЭВМ
В основной состав микропроцессорных комплектов входят:
системный

таймер,
микропроцессор,
сопроцессоры,
контроллер прерываний,
контроллер прямого доступа к памяти,
контроллеры устройств ввода-вывода.

Слайд 54Функциональная и структурная организация ЭВМ
Все устройства ЭВМ делятся на
центральные и

периферийные.
Центральные устройства — полностью электронные.
Периферийные устройства могут быть либо электронными, либо электромеханическими с электронным управлением.

Слайд 55Функциональная и структурная организация ЭВМ
В состав центральных устройств ЭВМ входят:
центральный

процессор,
основная память
ряд дополнительных узлов, выполняющих служебные функции:
контроллер прерываний,
таймер и контроллер прямого доступа к памяти (ПДП).

Слайд 56Функциональная и структурная организация ЭВМ
Периферийные устройства делятся на два вида:
внешние

запоминающие устройства (ЗУ)
НМД
НГМД
НМЛ
устройства ввода-вывода (УВВ):
клавиатура
дисплей
принтер
мышь
адаптер каналов связи (КС) и др.

Слайд 57Алгоритм работы ЭВМ
Загрузка выполняемой программы
Передача адреса 1 выполняемой команды в счетчик

команд
Адрес из счетчика команд на шину адреса системной магистрали (СМ)
На шину управления – «Выборка из оперативной памяти (ОП)»
Содержимое соотв. ячейки ОП на шину данных
Одновременно на шину управления сигнал о выполнении выборки из ОП
Процессор считывает с шины данных и передает в регистр команд
В регистре команд – разделение на кодовую и адресную части
Код команды настраивает МП на выполнение заданной операции
Адрес следующей команды заносится в счетчик команд
Адресная часть команды выставляется на шину адреса СМ
Одновременно на шину управления – «Выборка из ОП»
Выбранная из ОП информация вводится в арифметическое устройство (АУ) и начинается ее выполнение в АУ.
Результат на шину данных, на шину адреса – адрес ОП, на шину управления – «Запись в ОП»

Слайд 58Алгоритм работы ЭВМ
Процесс передачи команды другому устройству предусматривает следующие действия:
ЦП выставляет

на шину адреса СМ адрес интересующего его устройства;
по шинам управления передается сигнал “Поиск устройства”;
все устройства, подключенные к системной магистрали, получив этот сигнал, читают номер устройства с шины адреса и сравнивают его со своим номером. Устройства, для которых эти номера не совпадают, на эту команду не реагируют. Устройство с совпавшим номером, вырабатывает сигнал отклика по шине управления;
ЦП, получив сигнал отклика, в простейшем случае выставляет имеющуюся у него команду на шину данных и сопровождает ее по шине управления сигналом “Передаю команду”;
получив сигнал о приеме команды, ЦП переходит к выполнению очередной своей команды, выставляя на шину адреса содержимое счетчика команд.

Слайд 59Память
Центральные устройства ЭВМ

Слайд 60VIII. Организация памяти ЭВМ
Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания,

хранения и выдачи информации.
Характеристики памяти ЭВМ:
-Назначение.
-Информационная емкость.
-Информационная емкость читаемого слова.
-Способ доступа.
-Быстродействие.
-Физический способ хранения информации.

Центральные устройства ЭВМ. Память

Слайд 61Адресные ЗУ:
Постоянные ЗУ, ПЗУ (ROM)
ЗУ c произвольным доступом (RAM)
Ассоциативные ЗУ:
Полностью ассоциативные ЗУ


Ассоциативные ЗУ с прямым размещением
Наборно-ассоциативные ЗУ
Последовательные ЗУ:
FIFO
LIFO
Файловые
Циклические

Центральные устройства ЭВМ. Классификация ЗУ

Слайд 62
Центральные устройства ЭВМ. Классификация ЗУ

Слайд 63Основная память включает два типа устройств:
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM -

Random Access Memory)
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM - Read Only Memory)

Центральные устройства ЭВМ. Память

Слайд 64
ОЗУ предназначено для хранения переменной информации и допускает изменение своего содержимого

в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения и хранения.

Центральные устройства ЭВМ. Память

Слайд 65ПЗУ содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором

вычислительных операций, например стандартные программы и константы.
Чаще всего информация заносится в ПЗУ перед установкой микросхемы в ЭВМ, но есть и перезаписываемые ПЗУ.
Основными операциями, которые может выполнять ПЗУ, являются чтение и хранение.
ПЗУ является энергонезависимым элементом

Центральные устройства ЭВМ. Память

Слайд 66
Обобщенная схема адресного ЗУ

Слайд 67Обобщенная схема ассоциативного ЗУ

Слайд 68Обобщенная схема последовательного ЗУ

Стек (память типа LIFO)

Слайд 69Обобщенная схема последовательного ЗУ
Буфер (память типа FIFO)

Слайд 70Адресные ЗУ


Постоянные ЗУ, ПЗУ (ROM)
Динамические ЗУПД (DRAM)
Статические ЗУПД (SRAM)

ЗУ c произвольным доступом

(RAM)

Слайд 71Постоянные и перепрограммируемые ЗУ

Преимущества ROM по сравнению RAM:
- Аппаратная простота.
Высокая плотность

размещения ЗЭ.
Энергонезависимость.
Большое быстродействие.

Слайд 72Структура ROM

Слайд 73Структура ППЗУ
РПЗУ-УФ, ОПРРПЗУ-УФ
(EPROM, EPROM-OTP)

РПЗУ-ЭС (EEPROM), FLASH


Слайд 74Модели оперативной памяти.
Сегментированная модель. Программе выделяются непрерывные области памяти (сегменты) -

она может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах.

Страничная модель. ОЗУ рассматривается как совокупность блоков фиксированного размера (4 Кбайт). Основное применение этой модели связано с организацией виртуальной памяти, что позволяет ОС использовать для работы программ пространство памяти большее, чем объем физической памяти.

Слайд 75 Особенности использования и реализации моделей памяти зависят от режима работы

микропроцессора:

Режим реальных адресов.

Защищенный режим.

Режим виртуального 8086.

Режим системного управления.

Модели оперативной памяти.

Слайд 76Сегментация - это механизм адресации, обеспечивающий существование нескольких независимых адресных пространств

как в пределах одной задачи, так и в системе в целом для защиты задач от взаимного влияния.

В основе механизма сегментации лежит понятие сегмента, который представляет собой независимый, поддерживаемый на аппаратном уровне блок памяти.

Сегментация памяти

Слайд 77- Адрес начала сегмента хранится в соответствующем сегментном регистре.
- Внутри сегмента

программа обращается к адресам относительно начала сегмента линейно, т.е. начиная с 0 и заканчивая адресом, равным размеру сегмента. Этот относительный адрес, или смещение, который микропроцессор использует для доступа к данным внутри сегмента, называется эффективным.

Сегментация памяти.

Слайд 78Формирование физического адреса
- Диапазон изменения физического адреса в реальном режиме от

0 до 1 Мбайт. Эта величина определяется тем, что шина адреса i8086 имела 20 линий.

- Максимальный размер сегмента 64 Кбайт. Это объясняется 16-разрядной архитектурой регистров. Максимальное значение, которое может содержать 16-ти разрядный регистр равно: 2^16-1 = 65535 = 64 Кбайт

Слайд 79В сегментном регистре содержаться только старшие 16 бит физического адреса начала

сегмента.

Недостающие младшие 4 бита 20-битного адреса получаются сдвигом в сегментном регистре влево на 4 разряда.

Эта операция сдвига выполняется аппаратно и для программного обеспечения абсолютно прозрачна.

Формирование физического адреса.

Слайд 80Получившееся 20-битное значение и является настоящим физическим адресом, соответствующим началу сегмента.
К

нему, также аппаратно, прибавляется вторая составляющая адреса, смещение, которое может содержаться явно в команде либо косвенно в одном из регистров общего назначения.

Формирование физического адреса.

Слайд 81Схема страничного преобразования

V - признак присутствия страницы в физ. памяти. R

- признак использования страницы.
M - признак модификации. A - признак права доступа.


Слайд 82Сегментная организация

Программа отображается в память блоками различного размера – сегментами. Преобразование

логического адреса в физический осуществляется с помощью таблицы сегментов.

Слайд 83Сегментно-страничная организация памяти

Программа отображается в память блоками различного размера – сегментами,

каждый из которых целое число страниц.
Преобразование логического адреса в физический осуществляется с помощью таблицы сегментов и таблицы страниц сегмента.

Слайд 84Адрес ячейки памяти для удобства принято записывать в шестнадцатиричной системе счисления.
Каждой

шестнадцатиричной цифре соответствует 4 бита:

0 - 0000
1 - 0001
2 - 0010
3 - 0011
4 - 0100
5 - 0101
6 - 0110
7 - 0111

8 - 1000
9 - 1001
A - 1010
B - 1011
C - 1100
D - 1101
E - 1110
F - 1111

Формирование физического адреса

Слайд 85Пример формирования физического адреса:
- Пусть содержимое сегментного регистра равно: 1А62h
После сдвига

влево на 4 разряда получим: 1А620h

Смещение пусть равно: 01B5h

К физическому адресу начала сегмента прибавляется смещение:

1А620h
+ 01B5h
------------
1A7D5h

Слайд 86Размещение информации в основной памяти IBM PC
В младших адресах располагаются блоки

операционной системы (векторы прерываний, зарезервированная область памяти BIOS, драйверы устройств, дополнительные обработчики прерываний DOS и BIOS, командный процессор операционной системы).

Слайд 87Размещение информации в основной памяти IBM PC
После операционной системы располагается область

памяти, отведенная пользователю. Область памяти пользователя заканчивается адресом 9FFFF.
Этот адрес является физической границей оперативного ЗУ, последним адресом 640-Кбайтовой основной памяти.
Остальное адресное пространство (128 Кбайт с адреса АОООО по BFFFF) отведено под видеопамять, которая физически размещается не в ОП, а в адаптере дисплея.

Слайд 88Размещение информации в основной памяти IBM PC
После видеопамяти расположено адресное пространство

(256 Кбайт) постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), хранящего программы базовой системы ввода-вывода (BIOS — Basic Input-Output System).
Эта часть ОП еще называется ROM-BIOS. Из отведенных 256 Кбайт непосредственно ПЗУ занимает 64 Кбайта, а остальные 192 Кбайта оставлены для расширения ПЗУ.

Слайд 89Размещение информации в основной памяти IBM PC
Запись в ОП (и чтение

из нее) может осуществляться не только байтами, но и машинными словами.



Машинное слово характеризуется не всеми адресами занятых байтов, а только одним - адресом младшего байта слова.
При записи слова младший байт размещается по адресу, который является адресом машинного слова, старший байт машинного слова размещается в следующем по порядку байте ОП, имеющем номер, увеличенный на 1 (здесь действует мнемоническое правило «младший байт — по младшему адресу»).

Номера разрядов в байтах

Слайд 90Размещение информации в основной памяти IBM PC
При чтении из ОП двух

следующих подряд байтов машинного слова их принято размещать слева направо: сначала первый из прочитанных байтов (с меньшим адресом), а затем — следующий. В результате происходит «вращение» байтов.

Старший байт

Младший байт

Номера разрядов в байтах

Слайд 91Размещение информации в основной памяти IBM PC
При записи отдельных байтов каждый

байт располагается в ОП по своему адресу, при чтении никакого вращения не происходит.
При записи же в ОП единиц информации; имеющих в своем составе больше одного байта, адресом информационной единицы является адрес самого младшего байта, запись в ОП ведется побайтно, начиная с самого младшего байта, каждый последующий байт располагается в ячейке, адрес которой на 1 больше предыдущего.
Иными словами, запись машинного или двойного слова производится справа налево, тогда как при чтении считанные байты обычно располагаются слева направо — происходят «вращение» байтов, перестановка их местами, что необходимо учитывать при работе с ОП на физическом уровне.

Слайд 92Конструкциями машинного языка являются константы и команды. Команды содержат код команды

и адреса данных, которые используются в командах

Программирование процессора

Слайд 93Основные тенденции развития ЭВМ
Повышение степени интеграции элементной базы
-Увеличение набора команд
-Увеличение степени

аппаратной поддержки
Наличие семантического разрыва

Проблема семантического разрыва

Технология программирования непрерывно развивается, что позволяет увеличивать функциональность программ и сокращать время их разработки. Создание проблемно-ориентированных языков высокого уровня усугубляет принципиальное отличие языка машинных команд, реализуемого компьютером, от языков, используемых при написании программ. Данная проблема носит название "семантического разрыва" и выражается в неоправданном падении производительности вычислительной системы.


Слайд 94Организация ЭВМ ИУ6 13

RISC – Reduced Instruction Set Computer;
CISC – Complex

Instruction Set Computer;
VLIW – Very Long Instruction Word;
ROSC - Removed Operand Set Computer

Архитектура системы команд


В команде указывается, какую операцию выполнять (КОП), над какими операндами выполнять операцию, а также куда поместить операнд.

Слайд 95Сравнение CISC, RISC и VLIW архитектур СК

Слайд 96


(+) При размещении операндов в стековой памяти (LIFO) архитектура команд упрощается (большое количество действий выполняется аппаратно)
Операции:
занесение в стек (PUSH);
извлечение из стека (POP);
выполнение действий на стеком (извлечение операндов из вершины стека, выполнение действий, помещение результата в вершину стека)
Для выполнение арифметических операций их преобразуют к постфиксной форме (Польской записи).

Пример: a = a + b * (c -d); Постфиксная форма: abcd-*+;
Действия: PUSH a; PUSH b; PUSH c; PUSH d; SUB; MUL; ADD; POP a.
(-) Отсутствие прямого доступа к памяти ограничивает область применения.
(-) Сложность организации параллельной обработки.

Стековая архитектура СК

Слайд 97
Один из операндов должен обязательно находиться в специальном регистре-аккумуляторе. Результат также

сохраняется в аккумулятору.

Операции:
занесение в аккумулятор (LOAD);
извлечение из аккумулятора (STORE);
выполнение действий над операндами (извлечение первого операнда из аккумулятора, извлечение второго операнда из ОП и помещение во временный теневой регистр TMP, выполнение действий, помещение результата в аккумулятор).

Пример: a = a + b * (c -d); Определение троек: T1=c-d; T2=b*T1; T3=a+T2;
Действия: LOAD c; SUB D; MUL b; ADD a; STORE a.
(+) В команде необходимо указывать только адрес второго операнда. (+) Ускоряются длинные вычисления (a*b/c+d-e).
(-) Наличие одного аккумулятора является узким местом, т.к. временно необходимо перезаписывать в другой регистр или ОП.

Аккумуляторная архитектура СК

Слайд 98
В состав процессора входит большое количество однотипных регистров. В команде необходимо

указать номера регистров, хранящих операнды, а также номер регистра операнда.

Для данной архитектуры возможны варианты размещения операндов: оба операнда в памяти; один операнд в памяти и один в РОН; оба операнда в РОН.

Для уменьшения размерности команд и для упрощения декодирования накладывают ограничения на размещение операндов.

Регистровая архитектура СК

Слайд 99Типы команд
Команды пересылки данных.
регистр-регистр
регистр-память
память-память
Команды арифметической и логической обработки (сложение, вычитание, умножение,

деление, инкремент, декремент, сравнение, операции над ЧПЗ, логические операции, операции сдвига).
Сдвиг: логический, арифметический, циклический, циклический через дополнительным разряд.
Команды работы со строками (могут быть реализованы набором других команд, однако удобны при работе с символьной информацией).
Команды векторной обработки (позволяет выполнять однотипные действия над большим количеством однородных данных).
Команды преобразования: служат для табличного преобразования данных из одной системы кодов в другую (2-10 <-> 2)

Слайд 100Команды ввода/вывода. Служат для управления, проверки состояния и обмена данными с

периферийными устройствами.
Команды вывода в порт
Команды ввода из порта.
Команды управления потоком команд. Данные команды служат для указания очередности выполняемых команд.
Вычисление адреса очередной команды может выполняться несколькими способами:
увеличением адреса на длину исполненной (естественный порядок).
изменением адреса на длину следующей (перешагивание)
изменением адреса на значение, указанное в текущей команде (короткий переход).
непосредственное указание следующей команды (длинный переход).
Перечисленные команды могут выполняться лишь по некоторому условию (уловные переходы).
Команды условного перехода составляют 80% команд управления.
Команды безусловного перехода: вызовы и возвраты из процедур, и.т.д.

Типы команд

Слайд 101Формати команд
Структура 4-х адресної команди
Структура 3-х адресної команди

Слайд 102Структура 2-х адресної команди
або
Структура 1 адресної команди
Командний режим роботи процесора

Слайд 103Складання програми:
Пусть необходимо составить программу для вычисления значения выражения:
W = ((X

+ Y - Z) * U + V)/(X + Y)
Будем использовать 3-х адресную систему команд.
1 команда занимает 1 байт.
Определим коды операций:

Слайд 104Складання програми:
W = ((X + Y - Z) * U +

V)/(X + Y)

Слайд 105Складання програми:
При распределении памяти необходимо поставить в соответствие адреса ячеек памяти

исходным данным и результатам программы.

W = ((X + Y - Z) * U + V)/(X + Y)

Слайд 106Складання програми:
W = ((X + Y - Z) * U +

V)/(X + Y)

Слайд 107Адреса сегменту даних: D
D + 0 : X
D + 1 :

Y
D + 2 : Z
D + 3 : U
D + 4 : V
D + 5 : W
Адреса сегменту програми: P
Адреса сегменту результату: R

Складання програми:

Слайд 108Складання програми:

Слайд 109Способы адресации
Непосредственная адресация
Вместо адреса команда содержит непосредственно операнд. (+) команда выполняется

быстро
(-) непосредственный операнд может не войти в команду

Прямая адресация

Адрес в команде является адресом операнда
(+) если операнд находится в памяти, то это самый быстрый способ указать на него
(-) заранее определенный адрес влияет на переносимость программы.
(-) Адрес занимает много места



Слайд 110Адрес в команде указывает на ячейку памяти, в которой находится адрес

операнда.
(+) удобна для обработки структурных типов данных. (-) приходится осуществлять много обращений к ОП.


Неявная адресация
Операнд подразумевается (следует из КОП). (+) Команда занимает мало места
(-) только такие командах нельзя использовать для построение всей системы команд.

Регистровая адресация
Адрес в команде указывает не на ячейку ОП, а на регистр. (+) Быстрее прямой адресации
(-) Количество регистров ограничено


Косвенная адресация


Способы адресации

Слайд 111

Косвенная регистровая адресация
В команде содержится номер регистра, в котором содержится адрес

операнда. (+) быстрее косвенной адресации
(-) для перемещения по ОП нужно менять содержимое регистра

Относительная адресация
Адрес вычисляется относительно счётчика команд

(+) Код переносим, команды занимают мало места (-) Может понадобиться длинный адрес

Способы адресации

Слайд 112Базовая регистровая адресация
Адрес в команде представляет собой смещение, которое складывается со

значением в базовом регистре для получения адреса операнда
(+) Удобна для работы со структурами данных, размещаемых динамически.
(-) Переносимость меньше, чем у относительной адресации





Индексная регистровая адресация

В поле адреса команды содержится базовый адрес, складываемый со значением смещения в индексном регистре. (+) Удобна для работы со структурами данных, размещаемых динамически.
(-) Переносимость меньше, чем у относительной адресации

Способы адресации

Слайд 113Автоинкрементная/автодекрементная адресация
Разновидность регистровой индексной или базовой адресации. До или после выполнения

команды значение базового или индексного регистра увеличивается/уменьшается на единицу.
(+) Способ адресации удобен для команд обработки строк.
(-) Автоматическое изменение часто требуется выполнять на величину, большую единицы.



Индексная адресация с масштабированием
Индексный регистр умножается на масштаб M и суммируется с базовым адресом из команды.
(+) Удобен для модификации адреса на величину M.
(-) Вычисление адреса замедляется, т.к. требуется выполнять умножение.

Способы адресации

Слайд 114Базовая индексная адресация с масштабированием

Адрес определяется по формуле Адрес=Индекс*Масштаб+База+Смещение.

(+) Базовая индексная

адресация с масштабированием часто используется при обращении к системным таблицам, находящимся в ОП (таблица дескрипторов, таблицы страниц, таблица векторов прерываний и т.д.)
(-) Ограниченное на величину M (M=1,2,4,8).



Способы адресации

Слайд 115Язык программирования, в котором вместо машинных кодов используются их символические обозначения,

а вместо абсолютных - относительные адреса, называется языком символического кодирования или ассемблером.
Ассемблер - язык, для которого одна команда преобразуется в одну команду машинного языка. Исключением являются макросы, в этом случае одной макрокоманде может соответствовать более одной машинной команды.

Командний режим роботи процесора

Слайд 116
Керування зовнішніми пристроями

Слайд 117Управление внешними устройствами
Состав вычислительных машин:
Процессор,
Основная память,
Периферийные устройства (ПУ):
внешние запоминающие устройства

(ВЗУ),
устройства ввода-вывода (УВВ).
Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ЭВМ в ПУ — операцией вывода.

Слайд 118Управление внешними устройствами
Принципы построения систем ввода-вывода ЭВМ:
возможность реализации машин с переменным

составом оборудования;
одновременная работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода;
стандартизация и унификация операций ввода-вывода;
автоматические распознавание и реакция ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готовность устройства, отсутствие носителя, различные нарушения нормальной работы и др.).

Слайд 119Управление внешними устройствами
Технология обращения к автономным внешним устройствам — интерфейс.
Унифицированная технология

— понятие стандартного интерфейса.
Стандартизация интерфейсов ввода-вывода — возможности гибкого и оперативного изменения конфигураций вычислительных машин (количество и состав внешних устройств, расширять комплект ЭВМ за счет подключения новых устройств).
Концепция виртуальных устройств — совмещение различных типов ЭВМ, операционных систем.

Слайд 120Управление внешними устройствами

Интерфейс ввода-вывода
Интерфейс ввода-вывода характеризуется 4 функциями:
буферизация;
дешифрация адреса

или выбор устройства;
дешифрация адреса команды;
синхронизация и управление.

Слайд 121Управление внешними устройствами
В общем случае для организации и проведения обмена данными

между двумя устройствами требуются специальные средства:
специальные управляющие сигналы и их последовательности;
устройства сопряжения;
линии связи;
программы, реализующие обмен.
Весь этот комплекс линий и шин, сигналов, электронных схем, алгоритмов и программ, предназначенный для осуществления обмена информацией, называется интерфейсом.

Слайд 122Управление внешними устройствами
Стандартный интерфейс — это совокупность унифицированных технических программных и

конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах обработки информации (АСОИ) при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных элементов.

Слайд 123Управление внешними устройствами
Соединение между собой нескольких устройств осуществляется через шины интерфейса.
В

зависимости от использования можно выделить 3 типа интерфейса:
машинно-ориентированный
системный
приборный

Слайд 124Управление внешними устройствами
Под машинно-ориентированными интерфейсами понимают интерфейсы, которые решают задачу подключения

конкретного периферийного устройства (УВВ) к ЭВМ конкретного типа.
Системный интерфейс - сопряжение устройств (модулей), имеющих системное назначение и исполнение, т.е. основное назначение которых создание системы. Системный интерфейс не решает конкретную задачу ввода/вывода, а, прежде всего, стандартизует устройства для решения этой задачи.
Приборный интерфейс предназначен для соединения различных приборов, в т.ч. работающих автономно от ЭВМ.

Слайд 125Управление внешними устройствами
В зависимости от типа соединяемых устройств различаются:
внутренний интерфейс ЭВМ

(например, интерфейс системной шины, НМД), предназначенный для сопряжения элементов внутри системного блока ПЭВМ;
интерфейс ввода-вывода — для сопряжения различных устройств с системным блоком (клавиатурой, принтером, сканером, мышью, дисплеем и др.);
интерфейсы межмашинного обмена (для обмена между разными машинами) — для сопряжения различных ЭВМ (например, при образовании вычислительных сетей);
интерфейсы «человек — машина» — для обмена информацией между человеком и ЭВМ.

Слайд 126Управление внешними устройствами
По способу передачи адресов и данных различают:
Интерфейс с совмещенным

шинам адреса и данных
Интерфейс с разделенными шинам адреса и данных

Интерфейс может быть внутриплатный, межплатный и межблочный.

По способу передачи информации различают:
последовательный и параллельный интерфейс
синхронный и асинхронный интерфейс

Слайд 127Управление внешними устройствами
Недостаток последовательного интерфейса – низкое быстродействие (устранение недостатка –

использование новейших достижений физики и технологии коммуникаций).
Недостаток параллельного интерфейса связан, с так называемым, "перекосом" информации из-за различного времени передачи по параллельным физическим линиям. (Наиболее простой способ устранения последнего недостатка - это стробирование передаваемых сигналов).

Слайд 128Управление внешними устройствами
Синхронный интерфейс – сигнал на физических линиях поддерживается в

течении заранее заданного времени.
Точка отсчета заданного времени осуществляется за счет подачи сигнала строба или синхронизации.
Синхронизация должна работать исходя из быстродействия самого медленного устройства, подключенного к интерфейсу.

Слайд 129Управление внешними устройствами
При асинхронном способе о каждой передаче должно быть сообщено

дополнительно либо с помощью специальных сигналов в начале и конце передачи, либо по специальным линиям.
Прием последующей информации производится только после получения подтверждения о приеме предыдущей информации, получением так называемого сигнала-квитанции (Передача с квитированием).
Для асинхронного интерфейса время передачи информации равно сумме времени передачи управления сигнала по линиям запроса и ответа плюс время передачи самой информации.

Слайд 130Управление внешними устройствами
В зависимости от используемых при обмене программно-технических средств интерфейсы

ввода-вывода делятся на два уровня: физический и логический.

Слайд 131Управление внешними устройствами
В зависимости от степени участия центрального процессора в обмене

данными в интерфейсах может использоваться три способа управления обменом:
режим сканирования (синхронный обмен) или программно-управляемая передача (программный способ) ;
асинхронный обмен или использование прерываний;
прямой доступ к памяти.

Слайд 132Управление внешними устройствами
Программный способ
(режим сканирования):

Слайд 133Управление внешними устройствами

Режим сканирования упрощает подготовку к обмену, но имеет ряд

недостатков:
процессор постоянно задействован и не может выполнять другую работу;
при большом быстродействии периферийного устройства процессор не успевает организовать обмен данными.

Слайд 134Управление внешними устройствами
В асинхронном режиме центральный процессор выполняет основную роль по

организации обмена, но в отличие от режима сканирования не ждет готовности устройства, а осуществляет другую работу.
Обмен инициируется УВВ.
Процессор должен иметь спец. вход, периодически опрашиваемый.
Наличие сигнала на этом входе заставляет процессор отложить исполнение текущей программы и перейти в режим обслуживания прерываний (приоритет и запрет прерываний).

Слайд 135Управление внешними устройствами
Организация прерываний требует:
опознания (идентификации) устройства, запросившего прерывание.
сохранения состояния процессора,

т.е. его активных регистров для возврата.
переход на выполнение спец. программы в зависимости от поступившего прерывания с последующим возвратом.
восстановление состояния процессора до прерывания, т.е. восстановление содержимого активных регистров, в т.ч. управления, счетчика команд и т.д.
Прерывания могут быть реализованы как аппаратно, так и программно.

Слайд 136Быстродействие процессора
Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается.
Быстродействие

устройства зависит от тактовой частоты обработки данных (измеряется в МГц) и разрядности, т. е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт. (Такт — это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств компьютера.)
Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться.
пропускная способность шины =разрядность шины × частота шины.

Слайд 137Частота процессора определяется тем количеством бит, которые процессор может обработать одновременно
В

процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины.
Например, в современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8.
Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет при частоте шины в 400 МГц:
400 МГц • 8 = 3200 МГц = 3,2 ГГц.

Быстродействие процессора

Слайд 138Увеличение быстродействия процессора
Увеличение производительности процессоров за счет увеличения частоты имеет свой

предел из-за тепловыделения.
Выделение процессором теплоты Q пропорционально потребляемой мощности Р, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату частоты v :
Q ~ Р ~ v2

Слайд 139Аппаратный и программный разгон
А) через BIOS
Б) программным способом

Слайд 140Экстремальный разгон

Слайд 141Шина памяти
Обмен данными между северным мостом и оперативной памятью производится по

шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти частота шины памяти может составлять:
400 МГц • 4 = 1600 МГц,
Т. е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор. Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:
64 бита • 1600 МГц = 102 400 Мбит/с = 12,5 Гбайт/с = 12 800 Мбайт/с

Слайд 142Шина PCI Express
Шина PCI Express связывает видеопамять с процессором и оперативной

памятью.
Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.
К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA или цифрового разъема DVI подключается монитор или проектор.

Слайд 143Шина SATA
Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к

южному мосту по шине SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment — последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Слайд 144Шина USB
Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств

обычно используется шина USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина).
Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств

Похожие презентации

Method for planning the trajectories of mobile objects in conditions of uncertainty 219
Biomedikal Sinyal Analizi 405
ИКТ в образовательном процессе 279
Лекция 1. Введение в теорию информации и кодирование 290
Автоматизована система - Ведення мережі об’єктів поштового зв’язку. Призначення системи 305
C# перечисления 832

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика