- •1. Основные архитектуры эвм и их сравнительная оценка 9неймановская, Гарвардская, risc, cisc и пр.)
- •Принципы фон Неймана
- •Классическая гарвардская архитектура
- •Отличие от архитектуры фон Неймана
- •Гибридные модификации с архитектурой фон Неймана
- •Использование
- •Философия risc
- •Характерные особенности risc-процессоров
- •2. Базовая структура фон-Неймановской архитектуры эвм. Порядок выполнения команды Принцип программного управления и машина фон Неймана
- •Недостатки cisc архитектуры
- •3. Структура и форматы команд эвм
- •Форматы команд эвм
- •4. Основные способы адресации
- •Классификация способов адресации по наличию адресной информации в команде
- •Классификация способов адресации по кратности обращения в память
- •Классификация по способу формирования исполнительных адресов ячеек памяти
- •Относительная адресация
- •Стековая адресация
- •9. Иерархия памяти эвм
- •17. Контроллер прямого доступа к памяти
- •13. Ввод-вывод в программном режиме. Порт ввода-вывода.
- •16. Ввод-вывод в режиме прямого доступа к памяти
- •18. Процессоры гарвардской архитектуры: общие принципы и архитектура микроконтроллера 8051
- •Структурная организация микроконтроллера i8051.
- •2.1.1.Общие характеристики. Микроконтроллер семейства 8051 имеют следующие аппаратные особенности:
- •23. Предсказатель переходов
- •Статическое предсказание
- •Динамическое предсказание
- •24. Основные архитектуры многопроцессорных систем (окод, окмд, мкод, мкмд)
- •26. Системы массового параллелизма и многоядерные процессоры
- •25. Состояние задачи в многопрограммной (в том числе многопроцессорной) системе.
- •26. Система массового параллелизма и многоядерные процессоры: структура, организация взаимодействия.
- •21. Процессоры класса Pentium – общая архитектура, блок подготовки микрокоманд, потоки микрокоманд (на примере Pentium III)
- •12. Ввод-вывод в программном режиме: шинная архитектура, машинный цикл, командный цикл: варианты реализации механизма запрос-ответ.
- •11. Менеджер памяти. Порядок определения физического адреса.
- •8. Cisc-процессоры семейства 80х86. Блок сегментации. Формирование адреса в линейном, действительном и защищенном режимах.
- •7. Cisc-процессоры семейства 80х86. Регистровая структура операционного блока. Способы адресации(используемые в х86!!).
- •6. Cisc-процессоры семейства 80х86. Блок выборки и декорирования команд (бвдк), очередь команд. Взаимодействие бвдк, iu,fpu.
Характерные особенности risc-процессоров
Фиксированная длина машинных инструкций (например, 32 бита) и простой формат команды.
Специализированные команды для операций с памятью — чтения или записи. Операции вида «прочитать-изменить-записать» отсутствуют. Любые операции «изменить» выполняются только над содержимым регистров (т. н. архитектура load-and-store).
Большое количество регистров общего назначения (32 и более).
Отсутствие поддержки операций вида «изменить» над укороченными типами данных — байт, 16-битное слово. Так, например, система команд DEC Alpha содержала только операции над 64-битными словами, и требовала разработки и последующего вызова процедур для выполнения операций над байтами, 16- и 32-битными словами.
Отсутствие микропрограмм внутри самого процессора. То, что в CISC процессоре исполняется микропрограммами, в RISC процессоре исполняется как обыкновенный (хотя и помещённый в специальное хранилище) машинный код, не отличающийся принципиально от кода ядра ОС и приложений. Так, например, обработка отказов страниц в DEC Alpha и интерпретация таблиц страниц содержалась в так называемом PALCode (Privileged Architecture Library), помещённом в ПЗУ. Заменой PALCode можно было превратить процессор Alpha из 64-битного в 32-битный, а также изменить порядок байтов в слове и формат входов таблиц страниц виртуальной памяти.
CISC (англ. Complex instruction set computing, или англ. Complex instruction set computer — компьютер с комплексным набором команд) — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:
нефиксированное значение длины команды;
арифметические действия кодируются в одной команде;
небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.
Типичными представителями являются процессоры на основе x86 команд (исключая современные Intel Pentium 4, Pentium D, Core, AMD Athlon, Phenom, которые являются гибридными) и процессоры Motorola MC680x0.
Наиболее распространённая архитектура современных настольных, серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86 (или х86-64 в случае 64-разрядных процессоров). Формально, все х86-процессоры являлись CISC-процессорами, однако новые процессоры, начиная с Intel486DX, являются CISC-процессорами с RISC-ядром. Они непосредственно перед исполнением преобразуют CISC-инструкции процессоров x86 в более простой набор внутренних инструкций RISC.
В микропроцессор встраивается аппаратный транслятор, превращающий команды x86 в команды внутреннего RISC-процессора. При этом одна команда x86 может порождать несколько RISC-команд (в случае процессоров типа P6 — до 4-х RISC команд в большинстве случаев). Исполнение команд происходит на суперскалярном конвейере одновременно по несколько штук.
Это потребовалось для увеличения скорости обработки CISC-команд, так как известно, что любой CISC-процессор уступает RISC-процессорам по количеству выполняемых операций в секунду. В итоге, такой подход и позволил поднять производительность CPU.