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

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
структуры процессоров IA-32, x86-64, IA-64, особенности многоядер- ных микроархитектур Intel Core, Intel Nehalem, Intel Sandy Bridge, Intel Haswell, Intel Skylake; структуры универсальных микропроцессоров Intel, AMD. Особенности организации процессоров семейства «Эль- брус».

В четвертой главе описываются принципы организации подсисте- мы памяти компьютера: рассматривается иерархическая структура па- мяти компьютера; способы организации кэш-памяти; принципы органи- зации оперативной памяти и методы повышения её пропускной способ- ности. Особое внимание уделяется реализации виртуальной памяти.

В пятой главе рассматриваются особенности организации систем- ного интерфейса и ввода/вывода информации: даётся общая характери- стика и классификация интерфейсов; описываются способы организа- ции передачи данных и системной организации компьютеров на базе чипсетов Intel и AMD.

В шестой главе кратко описываются архитектуры и классификации многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем (MISD, MIMD, SMP, MPP и др.).

В приложении 1 приведены контрольные вопросы и задания для са- мопроверки.
  1. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   76

АРХИТЕКТУРЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ



Электронная вычислительная машина (компьютер) – комплекс технических и программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения поставленных целей совокупность разнородных элементов.

Вычислительная система взаимосвязанная совокупность средств вычислительной техники, включающая не менее двух основных процессоров либо вычислительных машин. Основным процессором называют составную часть ЭВМ, которая выполняет вычисления, предусматриваемые алгоритмами решаемых задач.

Информационная система взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. Информационная система немыслима без персонала, взаимодействующего с компьютерами и телекоммуникациями.

Под архитектурой ЭВМ понимается общая функциональная и структурная организация машины, определяющая методы кодирования данных, состав, назначение, принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

Можно выделить следующие важные для пользователя компоненты архитектуры (рис. 1.1):

а) функциональные и логические возможности процессора (система команд, форматы команд и данных, способы адресации, разрядность обрабатываемых слов и т.д.);

б) структурную организацию и принципы управления аппаратными средствами (центральным процессором, памятью, вводом/выводом, системным интерфейсом и т.д.);

в) программное обеспечение (операционная система, трансляторы языков программирования, прикладное программное обеспечение и т.д.).

    1. Архитектуры ЭВМ


Исторически первыми появились однопроцессорные архитектуры. Классическим примером однопроцессорной архитектуры является архитектура фон Неймана со строго последовательным выполнением команд: процессор по очереди выбирает команды программы и также по очереди обрабатывает данные. По мере развития вычислительной техники архитектура фон Неймана обогатилась сначала конвейером команд (рис. 1.2), а затем многофункциональной обработкой и по классификации М. Флина получила обобщенное название SISD (Single Instruction Single Data один поток команд, один поток данных).


Архитектуры класса SISD охватывают те уровни программного параллелизма, которые связаны с одинарным потоком данных.

Параллелизм циклов и итераций тесно связан с понятием множественности потоков данных и реализуется векторной обработкой. В классификации компьютерных архитектур М. Флина выделена специальная группа однопроцессорных систем с параллельной обработкой потоков данных – SIMD (Single Instruction Multiple Data, один поток команд – множество потоков данных).

Ведущие поставщики микропроцессоров ищут пути повышения их производительности и снижения энергопотребления за счет использования многоядерных структур процессоров и многопотоковой обработки команд.

По классификации М. Флина такие структуры можно отнести к архитектурам MISD (Multiple Instruction Single Data, множество потоков команд
один поток данных) и MIMD (Multiple Instruction Multiple Data, множество потоков команд – множество потоков данных).



      1. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   76

Конвейерная обработка команд


Процедура выполнения команд процессором включает несколько характерных этапов. В простейшем случае можно выделить, как минимум, четыре этапа обработки команд (рис. 1.3, а): выборка команды (ВК), декодирование команды (ДК), выполнение операции (ОП) и запись результата (ЗР).

Каждый этап в процессоре выполняется за один такт. При последовательной обработке команд (рис. 1.3, б), выполнение следующей (n + 1)-й команды начинается только после завершения предыдущей (n)-й команды. Это приводит к низкой производительности и простоям аппаратуры процессора.

Для улучшения этих характеристик используется параллельное выполнение нескольких команд путем совмещения в каждом такте различных этапов их обработки (рис. 1.3, в). После выборки n-йкоманды во 2-м такте идет ее декодирование и выборка (n + 1)-й команды. В третьем такте выполняется n-я команда, декодируется (n + 2)-я и осуществ- ляется выборка (n + 3)-й команды и т.д. Такая организация работы про- цессора называется конвейерной обработкой (конвейером команд).

Совмещенные принципы обработки (конвейер команд) существен- но увеличивают пропускную способность процессора.

Приостанов работы конвейера вызывает любая команда условного перехода в программе или взаимозависимость команд, т.е. использова- ние следующей командой результатов предыдущей команды.

Конечно, рассмотренный нами процессор является гипотетиче- ским. В реальных процессорах конвейер обработки команд сложнее и включает большее количество ступеней. Причина увеличения длины конвейера заключается в том, что многие команды являются довольно
Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/151041