Архитектурные особенности современных мп
Основное направление развития современных ЭВМ и систем- повышение быстродействия и производительности.
Рассмотрим факторы, за счет которых можно повысить производительность микропроцессоров.
Увеличение тактовой частоты – технологическая проблема, которая определяется возможностью уменьшения толщины проводников в интегральных микросхемах. В настоящее время практически достигнут предел в этом направлении.
Распараллеливание вычислительных процессов:
-конвейеры для арифметических операций;
-конвейеры для выполнения команд;
-специальные аппаратные средства.
Сокращение времени обращения к оперативной памяти.
Совершенствование кэш-памяти. В современных структурах используют 2- и 3-уровневую кэш-память.
Создание специализированных МП.
Основные архитектуры системы команд
Системы команд разделяются на два вида: скалярные и векторные. Скалярная система команд отличается тем, что из оперативной памяти выбирается 1 слово-представление команды. Если в процессоре применены средства ускоренного выполнения этого процесса (кэш-память, внутренние конвейеры, аппаратные средства распараллеливания), то этот процессор называется суперскалярный.
Векторная система команд отличается тем, что из оперативной памяти выбирается одна команда (вектор), которая обеспечивает одновременное выполнение одних и тех же операций над множеством исходных данных. Такие команды выполняются одновременно на различных аппаратных средствах (несколько процессоров, несколько АЛУ).
Основные структуры современных процессоров
В зависимости от используемой структуры команд, процессоры делятся на два основных типа.
CISС – процессор с суперскалярной системой команд, в котором некоторую операцию можно реализовать, используя различные программные и аппаратные методы повышения быстродействия.
RISC – процессор с уменьшенным набором команд, отличающийся тем, что все команды имеют самую простую структуру, типа регистр – регистр или регистр – память. В идеале выполнение команды требует одного обращения к памяти и происходит за один такт.
При использовании одной и той же системы цифровых элементов RISC-архитектура позволяет увеличить быстродействие в 1,5 раза по сравнению с суперскалярными, но усложняется программа.
Pentium MMX – специализированный процессор для реализации мультимедийных программ.
Добавлено более 30 специальных мультимедийных команд: задачи синтеза цвета, звука, обработка видео и графики.
Сигнальные МП - служат для цифровой обработки сигналов.
Особенности:
-поточный характер обработки большого массива данных; -относительно несложный алгоритм обработки данных;
-требование высокой скорости обработки сигналов.
23. Центральное устройство управления в составе ЭВМ. Структурная схема. Основные функции. Принцип действия.
3.3. Центральное устройство управления (ЦУУ)
В состав ЦУУ (рис. 3.6.) входят следующие основные функциональные узлы (ФУ) и блоки.
ПУ – пульт управления с клавиатурой, посредством которой производят пуск и останов ЭВМ, задают режимы работы, вводят программу и данные.
БС - блок синхронизации, содержащий генератор импульсов, который начинает работать сразу после включения питания и выдает бесконечную последовательность синхроимпульсов. Из этих импульсов формируются в УУ все последовательности управляющих сигналов (УС), которые обеспечивают функционирование ЭВМ.
СК – счетчик команд (программный счетчик). При включении ЭВМ на вход R поступает с пульта управления (ПУ) сигнал, который устанавливает СК:=0.
Далее с ПУ в СК поступает адрес начальной команды (АНК), с которого начинается выполнение некоторой программы.
Импульсы на счетный вход СК поступают из блока синхронизации через логическую схему (ЛС) и, если выполняется линейный участок программы, то счетчик формирует следующий адрес команды (САК).
РК - регистр команды, в него из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) принимается очередная команда, которая будет выполняться.
Рис.3.6. Упрощенная структура ЦУУ
Формирователь САК - логическая схема, которая обеспечивает образование физического адреса (ФА) следующей команды при разветвлении программы. В эту логическую схему поступает информация из РК (адрес и коды модификации), а также логические условия (ЛУ) из АЛУ.
РА- регистр адреса, в него поступает сформированный физический адрес (FА) оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). По адресу FА происходит считывание команды и прием ее в регистр команд (РК), который имеет формат команды.
Код операции попадает на дешифратор, где определяется, какой тип команды будет выполняться.
БФУС – блок формирования управляющих сигналов. Для каждой выполняемой команды он формирует свою последовательность управляющих сигналов , которые поступают на различные устройства и узлы ЭВМ.
На линейном участке программы САК образуется в СК при добавлении единицы к его содержимому после выполнения каждой команды.
При выполнении команд:
безусловного перехода (БП) САК равен содержимому адресной части в команде;
условного перехода (УП) САК формируется в зависимости от логических условий, которые могут поступать из АЛУ или других устройств.
Если ЛУ = 0, то САК = СК + 1.
Если ЛУ = 1, то САК = <адр.>, т.е. содержимому адресной части команды УП.
БРГ – блок регистров, который содержит программно-доступные и программно-недоступные регистры.
Программно-недоступные регистры используются для реализации различных вычислительных алгоритмов.
Программно-доступные регистры (регистры сегментов, регистры индексов, счетчики передающихся массивов данных и т.д.). С их помощью реализуется тот или иной тип организации виртуальных запоминающих устройств.