Материал: А. Д. Чередов, А. Н. Мальчуков

Подсистема памяти

Подсистема памяти современных компьютеров имеет иерархиче- скую структуру, состоящую из нескольких уровней:

• 
  сверхоперативный уровень (память процессора, кэш-память);
  
• 
  оперативный уровень (оперативная память);
  
• 
  внешний уровень (внешние ЗУ на дисках, лентах и т.д.).
  

Эффективными методами повышения производительности ЭВМ являются увеличение количества регистров общего назначения процес- сора, использование многоуровневой кэш-памяти, увеличение объема и пропускной способности оперативной памяти (ОП), буферизация пе- редачи информации между ОП и внешней памятью.

Подсистема ввода/вывода

В состав подсистемы ввода/вывода входит набор специализирован- ных устройств, между которыми распределены функции ввода/вывода, что позволяет свести к минимуму потери производительности системы при операциях ввода/вывода. Эти устройства определяют пропускную способность подсистемы ввода/вывода.

Основными направлениями развития подсистем ввода/вывода яв- ляются совершенствование системных контроллеров и контроллеров

ввода/вывода, увеличение частоты и пропускной способности интер- фейсов, совершенствование шинной архитектуры.

Подсистема управления и обслуживания

Подсистема управления и обслуживания – это совокупность аппа- ратно-программных средств, предназначенных для обеспечения макси- мальной производительности, заданной надежности, ремонтопригодно- сти, удобства настройки и эксплуатации. Она обеспечивает проблемную ориентацию и заданное время наработки на отказ, подготовку и накоп-

ление статистических сведений о загрузке и прохождении вычислитель- ного процесса, выполняет функции «интеллектуального» интерфейса с различными категориями обслуживающего персонала, осуществляет инициализацию, тестирование и отладку. Подсистема управления и об- служивания позволяет поднять на качественно новый уровень эксплуа- тацию современных ЭВМ.

При разработке структуры ЭВМ все подсистемы должны быть сба- лансированы между собой. Только оптимальное согласование быстро- действия обрабатывающей подсистемы с объемами и скоростью пере- дачи информации подсистемой памяти, с пропускной способностью подсистемы ввода/вывода позволяет добиться максимальной эффектив- ности использования ЭВМ.

Важнейшими факторами, определяющими функциональную и структурную организацию ЭВМ, являются выбор системы и форматов команд, типов данных и способов адресации.

2. Типы данных

Основными скалярными типами данных в компьютерах интеловской архитектуры являются: байт, слово, двойное слово и квадрослово (рис. 2.2).

Основными векторными типами данных являются: 64, 128, 256 и 512-битные вектора, используемые в SIMD командах.

Каждый из представленных на рис. 2.2 скалярных типов данных может начинаться с любого адреса: это означает, что слово не обязано начинаться с чётного адреса; двойное слово – с адреса, кратного 4 и т.д. Таким образом, достигается максимальная гибкость структур данных и эффективность использования памяти.

На базе основных типов данных строятся все остальные типы, рас- познаваемые командами процессора.

Целочисленные данные

Четыре формата данных (байт, слово, двойное слово, учетверенное слово) с фиксированной точкой могут быть как со знаком, так и без зна- ка. Под знак отводится старший бит формата данных. Представление таких данных и выполнение операций в арифметико-логическом устройстве (ALU) производится в дополнительном коде.




Рис. 2.2. Основные типы данных

Данные в формате с плавающей точкой х87

Формат включает три поля: Знак (S), Порядок и Мантисса (рис. 2.3). Поле мантиссы содержит значащие биты числа, а поле порядка содержит степень 2 и определяет масштабирующий множитель для мантиссы. Фор- маты данных поддерживаются блоком обработки чисел с плавающей точ- кой (FPU).

4	7 +5	+ 4	+ 3	+ 2	+ 1	0		0
								Длинный указатель (дальний)
	селектор 16 р.		смещение 32 р.
		3	1 + 3	+ 2	+ 1	0		0
								Короткий указатель (ближний)
			смещение 32 р.