|
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (Технический университет) |
|
Архитектура ЭВМ |
|
Основные концепции и современные ВА |
|
|
|
Курс читает: Внуков Андрей Анатольевич |
|
Составители: студенты групп МС-41,МС-42 Лысенко А.И. и Степанов Е.В. |
|
МОСКВА 2009 |
Содержание
Существующие архитектурные концепции
Существующие архитектурные концепции 2
Архитектура ЭВМ 5
Архитектурные принципы 5
Вычислительные архитектуры на СБИС 5
ВА Память 6
ВА Логика + память 6
Систолическая ВА 6
Мультимикропроцессорная ВА 8
Транспьютерные платы 8
Транспьютерный модуль (TРAM) 9
Последовательный байтовый протокол передачи данных 9
Параллельный байтовый протокол передачи данных 10
Универсальная ВА 10
Нейровычислительная ВА 11
Фон Неймановская ВА 13
Модифицированная фон Неймановская ВА 14
Гарвардская ВА (ГВА) 16
Классическая ГВА 16
Модифицированная ГВА (МГВА) 17
Вариант использования трех ОЗУ 18
Вариант использования двух ОЗУ 19
Структура внутренней и внешней памяти 19
Супер ГВА (СГВА) 20
Процессор ввода/вывода 22
Транспьютерная ВА (ТВА) 22
Основные сокращения
ЭВМ – электронно-вычислительная машина
ПК – персональный компьютер
ВА – вычислительная архитектура
ВС – вычислительная система
ИС– интегральная схема
БИС – большая интегральная схема
СБИС – сверхбольшая интегральная схема
ПЛИС- программируемая логическая интегральная схема
МП – микропроцессор
ПЭ – процессорный элемент
ЦП – центральный процессор
ЦСП - цифровой сигнальный процессор
ТП ЦСП – транспьютероподобный цифровой сигнальный процессор
Т – транспьютер
Tr – корневой транспьютер (root)
ТРАМ – транспьютерный модуль
К – коммутатор
А - адаптер
ЗУ – запоминающее устройство
ОЗУ – оперативно запоминающее устройство
ПЗУ –постоянное запоминающее устройство
ППЗУ – программируемое постоянное запоминающее устройство
HDD – жесткий диск
ОС – операционная система
ПО – программное обеспечение
ОШ – общая шина
ША – шина адреса
ШД – шина данных
ШУ – шина управления
ШВВ – шина ввода/вывода
ГВА – гарвардская вычислительная архитектура
МГВА – модифицированная гарвардская вычислительная архитектура
СГВА – супер гарвардская вычислительная архитектура
ТВА – транспьютерная вычислительная архитектура
Существующие архитектурные концепции
В настоящее время существует большое количество универсальных микропроцессоров (МП), имеющих разумную внутреннюю архитектуру. Также имеется ряд вычислительных систем со множеством процессоров, в составе которых присутствуют два и более процессорных элемента (ПЭ), которые могут обращаться как и к локальной, так и к общей памяти, а сами ПЭ могут соединяться внешними коммуникативными каналами, через которые передаются данные и программы.
Архитектура эвм
Архитектура конкретной ЭВМ определенна:
1) Архитектурными принципами, заложенными во внутреннюю архитектуру простого или сложного универсального процессора.
2) Архитектура процессора определенна конкретными конструктивно-технологическими решениями, использующимися в конкретном процессорном элементе (ПЭ) или микропроцессоре (МП).
3) Архитектура ЭВМ определяется возможностями языка программирования низкого уровня Assembler.
Архитектурные принципы
Э
Подложка из кремния
Кристалл
Интегральная схема (ИС) - кристалл или плёнка с электронной схемой, на которой расположены все устройства.
Микросхема (МС) — ИС, заключённая в корпус.
СБИС характеризуется сверхвысокой степенью активных элементов на кристалле.
Вычислительные архитектуры на СБИС
1) Память
2) Логика + память
3) Систолическая
4) Мультимикропроцессорная
5) Универсальная
6) Нейровычислительная
ВА Память
Реализуется на БИС и СБИС. Представляет алгоритм (стек, очередь) доступа к оперативно запоминающему устройству (ОЗУ) и программируемому постоянно запоминающему устройству (ППЗУ).
Память может быть как общей, так и локальной.
рис. однопортовые ОЗУ, 2-х портовые ОЗУ, изолированные блоки ОЗУ
ВА Логика + память
Реализуется на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС). Реализация алгоритмов обрабатывается в специально создаваемой вычислительной системе из стандартных вычислительных блоков.
В отличие от обычных интегральных схем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования. При программировании в память ПЛИС записывается двоичный код, с помощью которого создается требуемая конфигурация из элементов, которые имеются в ПЛИС.
Кроме операций доступа к памяти могут выполняться логические операции, операции ввода вывода, обработка данных в регистрах. С помощью этой ВА можно сделать вычислительную систему, лишенную избыточности.
Альтернативой ПЛИС являются заказные БИС и СБИС, которые существенно дороже, и компьютеры (микроконтроллеры), которые из-за программного способа реализации алгоритмов медленнее ПЛИС.