Простейшая машина

1. Выборка команды (как минимум инструкции); счетчик должен увеличиваться

2. Дешифрация команды – определить, что она делает

3. Вычисление адреса первого операнда

4. Выборка первого операнда

5. Вычисление адреса второго операнда

6. Выборка второго операнда

7. Выполнение операций

8. Запись результата

9. Завершающие операции

переход на пункт 1

Пункты 1, 2, 9 как правило выполняются с любой командой

Операционный автомат

1. слова, число слов, их функции и использование

2. операции (арифметико-логические  АЛУ, MS-сдвигатель)

Операционный автомат

1. Инструкция (команда)

2. Счетчик команд (РС)

3. Операнд 1

4. Операнд 2, результат

5. Указатель стека

6. Внутренний буферный регистр адреса

7. Регистр признаков (состояний) (PS)

8. Рг МК

9. Входное слово

10. Выходное слово (2 типа: адрес, данные)

Простейшие машины обязаны иметь РЗУ хотя бы для внутренних слов.

РЗУ – добавляем программно доступные адресуемые регистры – РОНы

№ регистра указывается либо в команде, либо и микрокоманде

В программе должно быть КОП, СА, № Рг

Простейшая универсальная машина

2 разряда определяют формат операнда

Квадрослово – другой формат команды

УА с программируемой логикой

Управляющий автомат

КОП – код операции

ПНА КОП – получение начального адреса по коду операции

УСА – управление следующим адресом

ТП – тип перехода

ВУ – выбор условия

ИС – интерфейсные сигналы

Операционный автомат

Рг признаков

Говорим о признаках программно известных и программно неизвестных, но нужных в ходе выполнения алгоритмов

внутренние признаки

системные признаки

Схема управления сдвигами – набор мультиплексоров

Системы памяти

Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, для запоминания, хранение и выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность называют запоминающими устройствами (ЗУ) или памятью того или иного типа.

Производительность и вычислительные возможности ЭВМ в значительной степени определяются составом и характеристиками ее ЗУ. В составе ЭВМ используется одновременно несколько типов ЗУ (несколько типов памяти), отличающихся принципом действия, характеристиками и назначением.

Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые могут в ней храниться.

Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, т.е. временем, затрачиваемым на поиск нужной единицы информации в памяти и на ее считывание (время обращения при считывании), или временем на поиск места в памяти, предназначенного для хранения данной единицы информации, и на ее запись в память (время обращения при записи).

Классическая четырехуровневая система памяти

Рг – регистры центрального процессора

ВнЗУ – внешние запоминающие устройства

ДП – дисковая память

ОП – оперативная память

Быстродействие возрастает снизу вверх, объем увеличивается сверху вниз

Число регистров – порядка 10 100 слов; время обращения единицы нс

СОЗУ – размер сотни Кбайт единицы Мбайт; время обращения в 2 раза медленнее; внешний КЭШ – время обращения до десятка нс

ОП – 10 МбайтГбайт; быстродействие 10n100n нс

ДП – емкость десяткисотни ГБ; быстродействие сотни мкс 10n*100 мс

ВЗУ – объем не ограничен

Все вычисления в той или иной мере конвейеризируются; уменьшение времени доступа к ДП – попытаться прочитать что-то заранее

Встает вопрос о быстром буфере между ДП и ОП (процессором) – в результате возникает идея организовывать буфер в основной памяти машины

Трехуровневая схема памяти

Д. КЭШ – дисковый КЭШ

КЭШ I – КЭШ первого уровня как собственная память процессора

КЭШ II – КЭШ второго уровня

ЖМД – жесткий магнитный диск

Любое устройство может иметь двухуровневую память

- память процесса

- память текущих слов

Простейшие ЗУ и модульная организация памяти. Организация простейших ЗУ

D_I - входные данные

D_O - выходные данные

две шины данных – входная и выходная

Данное ЗУ основано на использовании адреса хранения слова. Адресом служит номер ячейки запоминающего массива, в которой это слово размещается.

Адрес подается на вход ДШ А (дешифратора адреса), в ЗУ по данному адресу считываются данные D_О или записываются данные D_I

Можно объединить шину входных данных и шину выходных данных и использовать двунаправленную шину данных

D_I/O двунаправленная шина данных

ЗУ с линейной выборкой

ЗУ типа 2D (от английского dimention - размерность)

Организация ЗУ типа 2D обеспечивает двухкоординатную выборку каждого запоминающего элемента ячейки памяти. Основу ЗУ составляет плоская матрица из запоминающих элементов, сгруппированных в 2kячеек по n разрядов. Обращение к ячейке задается k-разрядным адресом, выделение разрядов производится разрядными линиями записи и считывания. ЗУ типа 2D являются быстродействующими и достаточно удобными для реализации. Однако они неэкономичны по объему оборудования из-за наличия в них дешифратора с 2k выходами. В настоящее время структура типа 2D используется в основном в ЗУ небольшой емкости