- •Основные понятия: эвм (компьютер), вычислительный комплекс, вычислительная система, вычислительная сеть.
- •Сопоставление понятий «архитектура эвм» и «организация эвм». Программная и аппаратная архитектура эвм. Структурная и функциональная организация эвм.
- •Каноническая структура эвм и её состав: ядро эвм (pms – подсистема), вторичная (внешняя) память, система ввода-вывода.
- •Центральный процессор (цп) как основное устройство эвм. Основные функции цп как обрабатывающего и управляющего устройства. Состав цп. Основные характеристики цп.
- •Классификация архитектур процессоров по способу хранения операндов. Основные особенности архитектур: аккумуляторной, регистровой, с выделенным доступом к памяти, стековой.
- •Классификация архитектур процессоров по мощности системы команд. Cisc- и risc- архитектуры и их основные особенности. Модели современных cisc- и risc- процессоров и их области применения.
- •Основные причины снижения производительности реальных конвейеров команд: структурные риски, риски по данным, риски по управлению - и способы устранения или уменьшения их влияния.
- •Наличие в программе так называемых зависимостей по управлению (риски по управлению).
- •Наличие в программах зависимостей по данным (риски по данным).
- •Использование различными блоками конвейера одного и того же ресурса (структурные риски).
- •Наличие при выполнении программы особых случаев, приводящих к прерыванию.
- •Различное время выполнения отдельных фаз машинных команд.
- •Большой разброс длительности фазы ех для различных машинных команд.
- •Иерархическая схема организации памяти компьютеров и её обоснование. Основные характеристики уровней памяти: объём, время доступа (быстродействие), удельная стоимость хранения.
- •Организация кэш-памяти: стратегии отображения, стратегии удаления, стратегии поддержания актуальности копий блоков в оп при их модификации в кэш-памяти.
- •Виртуальная память: понятие и концепции.
- •Назначение и основные функции системы прерываний. Реализация функций на аппаратном и программном уровнях.
- •Отличия организации прерываний в реальном и защищенном режимах процессоров семейства Intel 80x86, Pentium.
- •Программируемый контроллер прерываний (pic), его назначение, функции, взаимодействие с цп.
- •Система ввода-вывода: назначение, функции, программные и аппаратные составляющие. Аппаратные интерфейсы: их классификация, стандартные интерфейсы современных компьютеров.
- •Программно управляемый ввод-вывод(pio – Programmed input/output)
- •Ввод-вывод по прерыванию.
- •Прямой доступ к памяти (dma)
- •Канальный ввод/вывод.
- •Адресация портов ввода-вывода с использованием единого или раздельного с оп адресного пространства и её влияние на систему команд процессора.
- •Раздельные адресные пространства
- •Единое адресное пространство
Основные причины снижения производительности реальных конвейеров команд: структурные риски, риски по данным, риски по управлению - и способы устранения или уменьшения их влияния.
В идеальном случае, N-ступенчатый конвейер команд дает увеличение производительности процессора в N раз. Идеализация определенной оценки связывается со следующими:
длительность всех фаз одинакова
время переключения конвейера с фазы на фазу пренебрежимо мало по сравнению с длительностью фаз
все фазы конвейера максимально загружены, что может иметь место только на линейных участках программы.
В реальности производительность конвейеров команд оказывается намного ниже идеального случая. К основным причинам снижения производительности конвейера команд принято относить:
Наличие в программе так называемых зависимостей по управлению (риски по управлению).
Эта зависимость проявляется в использовании команд, нарушающих естественный порядок следования команд программы. К таким командам относятся команды перехода (безусловные и условные), команды вызовов и возвратов, команды циклов, команды прерываний.
Конвейер команд осуществляет предварительную выборку команд из памяти, как правило, руководствуясь линейным порядком их следования (предварительная выборка осуществляется по последовательным адресам). Когда в конвейер попадает одна из перечисленных выше команд, то факт наличия перехода по тому или иному адресу распознается на фазе EX (исполнения).
Для команд с безусловным переходом (JMP, CALL, RET, INT, IRET) оказывается, что все последующие команды, накопленные к этому моменту, остановятся неактуальными. Инициализируется так называемый сброс конвейера, формально связанный с очисткой его ступней от последующих команд программы, который сопровождается реинициализацией конвейера, начиная с выборки команды по сформированному адресу перехода.
При выполнении команд условного перехода (команды типа JA, JB, JG,.., LOOP, JCXZ), проверка выполнения или невыполнения условия перехода осуществляется на фазе EX и реинициализация конвейера требуется только в том случае, если условие перехода выполняется, в противном случае работа конвейера продолжается в естественном порядке следования команд программы.
Наличие в программах зависимостей по данным (риски по данным).
Зависимость по данным проявляется при использовании некоторой программы некоторой команды результата предыдущей команды в качестве операнда или адреса операнда. При этом имеет место следующая ситуация в конвейере: когда зависимая команда доходит до фазы выборки операнда, предыдущая команда еще не успела сформировать и записать в память свой результат.
Подобная ситуация не приводят к сбою конвейера, а приводят лишь к его приостановке.
Использование различными блоками конвейера одного и того же ресурса (структурные риски).
Как правило, в роли разделяемого ресурса фигурирует память. Обращения к памяти могут возникать в блоках конвейера IF, OF, S. Учитывая факт использования Кэш-памяти и более того, разделение внутренней Кэш-памяти на два независимых блока (Кэш-команд и Кэш-данных), принято считать, что структурные конфликты снижают реальную производительность конвейера команд весьма незначительно.