1. Основы аппаратной и логической организации процессорных систем.

1. Основные понятия и определения. Классификация.

Архитектура – это концепции определяемые модель, структуру выполняемые функции и взаимосвязь компонентов сложного объекта.

В качестве объекта может быть сеть, банк данных, прикладной процесс или многокомпонентное образование.

Архитектура охватывает логическую, физическую, программную структуры и принципы функционирования объекта. Архитектура системы характеризует общую логическую организацию программного и технического обеспечения, а также описывает методы кодирования и определяет интерфейс пользователя системы.

Архитектура процессора отражает:

1. его структуру (регистровая модель);

2. способы представления и форматы данных;

3. способы обращения к программно-доступным элементам;

4. система команд;

5. характеристики управляющих слов и сигналов, вырабатываемы процессором, поступающих в МПС (микропроцессор систем);

6. реакция на внешние сигналы.

Пример: схема обработки прерываний.

Классификация МПС:

1. В МПК по числу БИС:

   • Однокристальные;

   • многокристальные.

2. По функциональному назначению:

   • Универсальные;

   • Специализированные.

3. по типу вводимых и выводимых данных:

   • цифровые;

   • аналоговые.

4. по типу временной организации:

   • синхронные;

   • асинхронные.

В синхронном процессе начало и конец выполнения операции синхронизируется устройством управления. В асинхронном начало выполнения операции задается по сигналу фактического окончания предыдущих.

5. По организации структуры:

   • Одномагистральные;

   • Многомагистральные (разные типы чисел, магистралей).

6. По количеству выполняемых программ:

   • Однопрограммные;

   • Многопрограммные.

1. В зависимости от выполняемых функций:

   • центральный процессор (CPU);

   • сопроцессор;

   • матричный процессор;

   • процессор ввода-вывода;

   • постпроцессор (управление БД) и т.д.

2. по типам архитектуры:

• в зависимости от набора и порядка выполнения команд различают 3 типа архитектуры: CISC, RISC, MISC.

• в зависимости от производительности.

2. Показатели производительности.

Производительность PC – мера эффективности функционирования системы, основной технический параметр.

Определяется:

• архитектурой процессора,

• организацией внутренней и внешней памяти,

• пропускной способностью системного интерфейса,

• системой прерываний,

• набором ПУ (периферийных устройств),

• ОС,

• Трансляторами,

• Пакетами прикладных программ.

Виды производительности:

1. Пиковая (предельная) – производительность без обращения к ОП.

2. Номинальная – процессор + RAM (оперативная память).

3. Системная – производительность базовых технических и программных средств, входящих в комплект поставки систем.

4. Эксплуатационная – производительность на реальной рабочей нагрузке, формируемой в основном пакетами прикладных программ.

Методы определения:

1. Расчетный – основан на информации, полученной теоретическим путем.

2. Экспериментальный – основан на информации, полученной с помощью использования аппаратно-программных измерительных средств.

3. Имитационный – применяется для сложных систем, основан на имитации вычислительных процессов и дальнейших расчетов полученных результатов.

Единица измерения (оценки):

1. Абсолютная – количество элементарных работ, выполненных в единицу времени. Например, 500 мБ/с.

2. Относительная – определяется относительно базовой в абсолютных единицах в виде индекса производительности.

Например, базовая величина 500МГц – 1, 1000МГц – 2 (индекс производительности).

Методы тестирования:

1. Синтетические тесты на скорость (низкоуровневые эталонные тесты) – определяет количество выполняемой работы, или количество данных перемещенных за фиксированной отрезок времени. Такие тесты измеряют один компонент (одно устройство).

Достоинство: выявляет сильные и слабые стороны системы и позволяют оценить какой эффект произведет замена одного из компонентов.

Недостатки: процессор содержит схему взаимодействия с компонентами, реализация которой не всегда равноценна.

2. Высокоуровневые эталонные тесты – базируются на хронометрировании (точном измерении) работы реальных приложений.

Достоинства: дают представление о возможностях новой системы в целом.

Недостатки: В процессе получения конечного результата участвуют все компоненты системы; и если периферия обладает плохим быстродействием, то итоговая оценка может снизиться на десятки процентов.