Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный технический университет им. H.Э.Баумана

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

x64b.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

10.02.2015

Размер:

4.62 Mб

Скачать

☆

1 / 171 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

Архитектура современной вычислительной системы (обзор)

ЦПУ		Видео
Rn	АЛУ	контроллер
Rn	АЛУ
УУ		ОЗУ	Контроллер
УУ			клавиатуры
		Общая шина
	Сетевой	Контроллер
	Сетевой	управления	Шина
	адаптер	управления	Шина
	адаптер	дисками
		дисками

Сеть	Диск0		Диск1

P6		Блок							P6
Предсказание переходов		согласования							Предсказ
		результатов
Предвыборка/	Очередь команд	Разупорядоченное ядро							Предвыбор
декодирование		Разупорядоченное ядро							декодирова
Кэш-память	Кэш-память	Конвейер
Кэш-память	Кэш-память	ФУ1		ФУ		...	ФУ
1го уровня	1го уровня				2			N
(инструкции)	(данные)	Конвейер
		Конвейер
	Кэш-память	ФУ1		ФУ2 ...			ФУN		Кэш
	Кэш-память								Кэш
	2го уровня	Конвейер							2го у
		Конвейер
		ФУ	1	ФУ2 ...			ФУN
			1
Устройство сопряжения			Регистры (Rn)						Устройство
	с шиной		Регистры (Rn)						с ш
	с шиной								с ш

- УУ выбирает команду для исполнения			Локальная шина
- получить эффективный адрес исполняемой инструкции
- вычислить физический адрес инструкции					северный
- послать по шине запрос на считывание кода инструкции		западный			мост	восточный
- сохранить код операции во внутреннем регистре		западный				восточный
- УУ анализирует полученную инструкцию и осуществляет выборку операндов		мост				мост
				GMCH
- для каждого операнда, размещенного в памяти:	Видео	(AGP)		GMCH			Шина памяти
- получить эффективный адрес операнда	контроллер		контроллер-
- вычислить физический адрес операнда			концентратор
- послать по шине запрос на считывание операнда				памяти
- поместить операнд во внутренний регистр				памяти
- поместить операнд во внутренний регистр						ОЗУ	ОЗУ	ОЗУ	ОЗУ
- УУ передает команду в АЛУ (если команда выполняется в АЛУ)						ОЗУ	ОЗУ	ОЗУ	ОЗУ
- АЛУ выполняет команду и сохраняет результат во внутреннем регистре		южный	(HI)	(HI)	(HI)
- УУ сохраняет результат в операнде-приёмнике		южный
- УУ сохраняет результат в операнде-приёмнике		мост
- послать по шине запрос на запись операнда (приёмник обычно является
одним из источников и его адрес уже известен)				IOCH				Сеть
Основные понятия:				IOCH		Сетевой		Сеть
Основные понятия:			контроллер-			Сетевой
- частота, ширина, арбитраж и протокол шины			контроллер-			адаптер
- частота, ширина, арбитраж и протокол шины			концентратор			адаптер
- прерывания, исключения, остановы, программные прерывания			концентратор
- прерывания, исключения, остановы, программные прерывания			ввода-вывода
- устройства, управляющие шиной (master-bus)			ввода-вывода
- блокировка шины (сигнал #lock шины, инструкции с префиксом lock)						(PCI)
- SMP (MPP, NUMA, cc-NUMA, CUMA)						(PCI)
- SMP (MPP, NUMA, cc-NUMA, CUMA)
Повышение производительности процессора:									(USB)
- конвейерные процессоры, RISC и CISC		PS/2	контроллер		мост	(USB)	Разветвитель
- цена ветвлений, спекулятивное исполнение, предсказание переходов, условные присваивания			контроллер

									(USB)
- параллелизм кода, VLIW и суперскалярные процессоры									(USB)
- параллелизм кода, VLIW и суперскалярные процессоры
- упреждающее чтение, разупорядоченные чтения и запись, барьеры памяти				контроллер
Повышение производительности памяти (кэширование):				контроллер		(EIDE)
Повышение производительности памяти (кэширование):						(EIDE)
- сквозная (write-through) и отложенная (write-back) запись в кэш	Диск 0	(SATA)		контроллер
- прямой, ассоциативный и множественно-ассоциативные кэши	Диск 0	(SATA)		контроллер
- прямой, ассоциативный и множественно-ассоциативные кэши
- когеррентность кэш-памяти, MESI						CD-ROM

Кэши ассоциативные, с прямым отображением и множественно-ассоциативные

Длина строки кэша = 32

(25)

Адрес 0x24C = 0b0010 0100 1100

00 04 08 0C 10 14 18 1C

5 бит

0000

xx xx xx xx xx xx xx xx

0020

xx xx xx xx xx xx xx xx

Тэг

Смещение

0040

xx xx xx xx xx xx xx xx

строкикэша

0060

10010

01100

строки)(25 кэша

0140

0080

отображение

Тэг=0x12

Смещение=0xC

00A0

строки кэша

00C0

определяется

00E0

её тэгом

0100

Длина строки кэша = 32 (25)

0120

(25)

0160

Тэг «Время»

00 04 08 0C 10 14 18 1C

0180

#0x00

123

8 (23) строк

=ОЗУОбъем1K (210) или 32

0340

ОЗУОбъем= 1K (210) или

01A0

#0x14

01C0

#0x12

xx xx xx xx xx xx xx xx

01E0

xx xx xx xx xx xx xx xx

#0x02

0200

xx xx xx xx xx xx xx xx

#0x11

986

0220

xx xx xx xx xx xx xx xx

#0x0F

0240

xx xx xx xx xx xx xx xx

#0x01

0260

#0x10

0280

xx xx xx xx xx xx xx xx

при вытеснении

02A0

выбирается самая

02C0

«старая» строка

02E0

(LRU -Least Recently Used)

0300

0320

0360

0380

03A0

03C0

03E0

В приведенных иллюстрациях предполагается использование кэш-памяти объемом 256

байт (28) со строками длиной 32 байта (25) каждая (т.е. кэш содержит 8 (23) строк); общий

объем ОЗУ составляет 1К (210 байт, 25 строк).

Ассоциативный кэш — любая строка кэша может быть отображена в любую строку ОЗУ;

текущее отображение задается тэгом строки. При обращении к данным необходим поиск

кэша

строки с нужным тэгом в кэше; в случае промаха выполняется поиск и вытеснение самой

«старой» (LRU) строки.

строки)5

кэш-памяти, каждая строка кэша может быть сопоставлена со строкой ОЗУ из

Кэш с прямым отображением

— каждой строке ОЗУ сопоставлена только одна строка

ограниченного набора (строк, отстоящих друг от друга на расстояние, равное размеру кэш-

памяти). При обращении к данным номер строки кэш-памяти однозначно определяется

или

адресом, попадание или промах определяется совпадением тэга адреса с тэгом строки

10)

кэша.

1K (2

Множественно-ассоциативный кэш — каждой строке ОЗУ сопоставлена группа из

нескольких возможных строк кэша (зона). Каждая зона организована как небольшой (4-8-16

строк, редко больше) ассоциативный кэш. При обращении к данным в ОЗУ номер

ОЗУ

проверяемой зоны однозначно определяется адресом; внутри зоны используют LRU или

Объем

псевдо-LRU. (Часто множественно-ассоциативный кэш размером 2N строк рассматривают не как набор 2N-K зон по 2K строк, а как 2K банков по 2N-K строк каждый; строка в банке определяется прямым отображением, выбор нужного банка — LRU).

	Длина строки кэша = 32		(25)					Адрес 0x24C = 0b0010 0100 1100
	Длина строки кэша = 32		(25)
		00 04 08 0C 10 14 18 1C
0000								2 бита			3 бита			5 бит


0020									Тэг		Строка		Смещение
0040		xx xx xx xx xx xx xx xx							Тэг		Строка		Смещение
0040		xx xx xx xx xx xx xx xx						10		010				01100
0060								10		010				01100
0080
0080								Тэг=2		Строка=2		Смещение=0xC
00A0								Тэг=2		Строка=2		Смещение=0xC
00C0					тэги совпадают → кэш
00E0					содержит нужную строку
00E0
0100					Длина				строки кэша = 32 (2
0120					Длина				строки кэша = 32 (2
0140		xx xx xx xx xx xx xx xx				Тэг			00 04 08 0C 10 14 18 1C				N
0160						Тэг			00 04 08 0C 10 14 18 1C				N
0180						#1							(0)
0180						#1							(0)
01A0						#0	#2		xx xx xx xx xx xx xx xx				(1)	строк)3
0200						#0							(4)	строк)3
01C0													(2)
01E0						#2							(3)
0220						#3							(5)	8 (2
0240		xx xx xx xx xx xx xx xx				#1							(6)	8 (2
0260						#0							(7)
0280
0280
02A0
02C0
02E0
0300
0320
0340		xx xx xx xx xx xx xx xx
0360
0380
03A0
03C0
03E0
	Длина строки кэша = 32			(25)				Адрес 0x24C = 0b0010 0100 1100
	Длина строки кэша = 32			(25)
		00 04 08 0C 10 14 18 1C
0000									3 бита		2 бита			5 бит


0020									Тэг		Зона		Смещение
0040		xx xx xx xx xx xx xx xx							Тэг		Зона		Смещение
0040		xx xx xx xx xx xx xx xx						100			10			01100
0060								100			10			01100
0080
0080					отображение строкиТэг=4						Зона=2	Смещение=0xC
00A0					отображение строкиТэг=4						Зона=2	Смещение=0xC
00C0		xx xx xx xx xx xx xx xx			кэша определяется
00E0					её тэгом и зоной
0100						Длина строки кэша = 32 (25)
0120						Длина строки кэша = 32 (25)
0140		xx xx xx xx xx xx xx xx				Тэг «Время»					00 04 08 0C 10 14 18 1C				N
0160						Тэг «Время»					00 04 08 0C 10 14 18 1C				N
0180						#0		34							(0)
01A0						#5		8							(0)	строк
01A0						#5		8							(1)
01E0						#0		321							(1)
01C0		xx xx xx xx xx xx xx xx				#4		25
0200						#1		14							(2)	)
0220						#4		83			xx xx xx xx xx xx xx xx				(2)	(23
0240		xx xx xx xx xx xx xx xx				#7		56							(3)	8
0260						#2		97							(3)
0260						#2		97
0280
0280						адрес определяет зону
02A0						адрес определяет зону
02C0		xx xx xx xx xx xx xx xx				для размещения строки;
02E0					внутри зоны используется LRU
02E0
0300
0320
0340		xx xx xx xx xx xx xx xx
0360
0380
03A0
03C0		xx xx xx xx xx xx xx xx
03E0

Представление бинарных данных															Основная проблема с точки зрения человека — разные порядки нумерации слов в тексте
При использовании разных систем счисления (наиболее распространены															(или последовательности чисел) и цифр в числах:
системы с основаниями 2, 8, 16 — степенями двойки) используется															Слова или числа - слева-направо:
позиционная форма записи чисел. При этом самый младший разряд															Слова или числа - слева-направо:
															Первое → Второе → Третье → Четвертое … т.е. нумерация «ячеек памяти», куда
пишется самым последним, правым. (Видимо, унаследовано от
пишется самым последним, правым. (Видимо, унаследовано от															помещаются «слова» идет слева-направо:0..1..2..3..4... и т.п.
«обратного» направления арабского письма - справа-налево).
«обратного» направления арабского письма - справа-налево).															Цифры в числе (арабская запись) - справа-налево:
Двоичное															Цифры в числе (арабская запись) - справа-налево:
Двоичное															… 4 ← 3 ← 2 ← 1 ← 0
00100010101101010011011111100100															… 4 ← 3 ← 2 ← 1 ← 0
00100010101101010011011111100100															последняя цифра представляет собой младший (первый) разряд в числе.
Восьмиричное
Восьмиричное															т.е. нумерация разрядов идет справа-налево: ...4..3..2..1..0
00 100 010 101 101 010 011 011 111 100 100
0		4	2	5		5	2	3	3	7		4	4 = 04255233744		При воспроизведении, к примеру, 16ти разрядного образа памяти, байты (или слова, или
Шестнадцатиричное															двойные слова и т.п.) обычно перечисляются в привычном нам порядке слов, а вот разряды
0010 0010 1011 0101 0011 0111 1110 0100															в числах — в арабском.
2			2	B		5	3		7		E	4 = 0x22B537E4			Например, последовательность чисел 0x04030201, 0x08070605, 0x000B0A09 будет
_TEXT segment byte public 'CODE' use16											.code16
_TEXT segment byte public 'CODE' use16											.code16				представлена как:
assume cs:_TEXT											.section .text				04030201				08070605				000B0A09				- в виде списка двойных слов
org 100h											.=0x100				0201		0304		0605		0807		0A09		000B		- в виде списка слов
start:											start:				0201		0304		0605		0807		0A09		000B		- в виде списка слов
start:		int 20h									start:	int $0x20			01	02	03	04	05	06	07	08	09	0A	0B	00	- в виде списка байт
															01	02	03	04	05	06	07	08	09	0A	0B	00	- в виде списка байт
															0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B
		dd 01234567h, 89ABCDEFh										.long 0x01234567			0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B
		dd 01234567h, 89ABCDEFh										.long 0x01234567			Такой порядок называется «Little-Endian» — в меньших адресах размещаются младшие
		db 'Sample String', 0										.long 0x89ABCDEF
		db 'Sample String', 0										.long 0x89ABCDEF			(«меньшие») байты.
_TEXT ends												.ascii 'Sample String'			(«меньшие») байты.
end start												.byte 0			В некоторых вычислительных архитектурах принят более «человеческий» порядок записи
end start												.byte 0			чисел, когда порядок перечисления байтов в словах (или двойных словах) совпадает с
											.end start

															порядком перечисления разрядов (бит) в числе. Такой порядок называется «Big-Endian» —

															по меньшему адресу размещаются старшие байты. Представление при этом зависит от
	0100	═ gE#☻∩═½ёSample String.........													размера данных, для которых применяется big-endian; например, для 16ти разрядных чисел
															дамп выглядел бы так:
															дамп выглядел бы так:
															04030201				08070605				000B0A09				- в виде списка двойных слов
			═	g	E	#	☻	∩	═	½ ё		S a	m p	l e	04030201				08070605				000B0A09				- в виде списка двойных слов
	0100	cd 20 67 45 23 01 ef cd ab 89 53 61 6d 70 6c 65													0201		0403		0605		0807		0A09		000B		- в виде списка слов
			S	t	r	i	n	g . . . . . . . . .							02	01	04	03	06	05	08	07	0A	09	00	0B	- в виде списка байт
	0110	20 53 74 72 69 6e 67 00 00 00 00 00 00 00 00 00													0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B
															Последний вариант используют реже, так как с точки зрения человека «перестановки»

			═	E g		☻ #	═ ∩		ё ½		a S	p m	e l		устраняются лишь для чисел ограниченной разрядности и только лишь размещаемым по
	0100	20cd 4567 0123 cdef 89ab 6153 706d 656c													выровненным адресам; умножим, к примеру, на 10016 с переносом разрядов:
			S	r t n i . g . . . . . . . .											03020100				07060504				0B0A0908				- в виде списка двойных слов
	0110	5320 7274 6e69 0067 0000 0000 0000 0000													03020100				07060504				0B0A0908				- в виде списка двойных слов
	0110	5320 7274 6e69 0067 0000 0000 0000 0000													0100		0302		0504		0706		0908		0B0A		- в виде списка слов
															01	00	03	02	05	04	07	06	09	08	0B	0A	- в виде списка байт
			E g ═ ═ ∩ ☻ # a S ё ½ e l p m												01	00	03	02	05	04	07	06	09	08	0B	0A	- в виде списка байт
			E g ═ ═ ∩ ☻ # a S ё ½ e l p m												0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B
	0100	456720cd cdef0123 615389ab 656c706d													0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B
	0100	456720cd cdef0123 615389ab 656c706d													с точки зрения разработчиков самой вычислительной системы удобнее использовать little-
			r t S		. g n i . . . . . . . .
			r t S		. g n i . . . . . . . .										endian, так как в нем предполагаются совпадающие порядки перечислений и слов и
	0110	72745320 00676e69 00000000 00000000
	0110	72745320 00676e69 00000000 00000000													разрядов (тот же пример с умножением для little-endian):
															03020100				07060504				0B0A0908				- в виде списка двойных слов
	e l p m a S ё ½ ═ ∩ ☻ # E g												═		03020100				07060504				0B0A0908				- в виде списка двойных слов
	e l p m a S ё ½ ═ ∩ ☻ # E g												═		0100		0302		0504		0706		0908		0B0A		- в виде списка слов
	65 6c 70 6d 61 53 89 ab cd ef 01 23 45 67 20 cd													0100	0100		0302		0504		0706		0908		0B0A		- в виде списка слов
	65 6c 70 6d 61 53 89 ab cd ef 01 23 45 67 20 cd													0100	00	01	02	03	04	05	06	07	08	09	0A	0B	- в виде списка байт
	. . . . . . . . . g n i r t S														00	01	02	03	04	05	06	07	08	09	0A	0B	- в виде списка байт
	. . . . . . . . . g n i r t S														0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B
	00 00 00 00 00 00 00 00 00 67 6e 69 72 74 53 20													0110	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B
	00 00 00 00 00 00 00 00 00 67 6e 69 72 74 53 20													0110

Режимы работы процессоров семейства i8086+

• В универсальных ЦПУ обычно используют пул регистров общего

«Истинный 64х-разрядный» режим

назначения (РОН), которые могут быть использованы как в качестве

адресных регистров, так и регистров данных.

(страничная адресация)

• Разрядность регистров общего назначения, шины даных и шины

Защищенный режим i80386+

адресов в общем случае различается.

Подрежим

(селектор:смещение + страничная адресация)

• Если разрядность ША превышает разрядность регистров общего

Виртуальный i8086 (V86)

назначения, то необходимо комбинировать содержимое нескольких

поддержки старых

(сегмент:смещение + страничная адресация)

регистров (возможно, используя помимо РОН еще и специальные

режимов «IA-32e»

Защищенный режим i80286

регистры), для получения реально используемого адреса (т.н.

(64х-разрядный

(селектор:смещение)

физического).

для ОС и

Режим реальных адресов i8086 «A20 Enabled»

• Фиксированные схемы преобразования адресов; обычно реализуется

32х-разрядный для

с применением специализированных регистров (ACP, сегментные

приложений)

(сегмент:смещение)

регистры и т.п.), задающих базовый адрес, который автоматически

Режим реальных адресов i8086

прибавляется (иногда с масштабированием) к адресу, указанному в

(сегмент:смещение)

программе.

Защищенный режим i80386+

• Управляемые схемы преобразования адресов; для этого используют

(селектор:смещение + страничная адресация)

специальные структуры данных (размещенные обычно в

«IA-32»

Виртуальный i8086 (V86)

физической оперативной памяти, реже в специальной области

процессора):

(сегмент:смещение + страничная адресация)

• Сегментная (сегмент переменного, обычно большого размера;

Режим

Защищенный режим i80286

адресация в пределах сегмента непрерывна; могут

совместимости

(селектор:смещение)

перекрываться в физической памяти).

Режим реальных адресов i8086 «A20 Enabled»

• Страничная (странница фиксированного размера, обычно

(сегмент:смещение)

небольшого 0.5-8 К, обычно выровнены по адресам, кратным

размеру страницы).

Режим реальных адресов i8086

• Сегментно-страничная (комбинированная схема, когда для

(сегмент:смещение)

каждого сегмента описывается своё страничное преобразование;

4 PB (252)

4 GB (232)

16 MB (224) 1 MB (220)

улучшает управление сегментами в физической памяти).

• Логический адрес

адрес, которым оперирует программист;

Эффективный (логический) адрес

(программа)

15 0 15 0

15 0 31

15 0 63 47

• Эффективный адрес

SSSS

OOOO

SSSS

OOOO

SSSS

OOOO OOOO

SSSS

OOOO OOOO

SSSS

ssss OOOO OOOO OOOO

логический адрес, вычисленный УУ с учетом режима

(сегмент)

(селектор)

адресации;

• Физический адрес

Сегментное

Коррекция адреса

адрес, который процессор устанавливает на шине

преобразование преобразование

преобразование

адресов для чтения или записи данных в ОЗУ или при

обмене данными с устройствами;

Линейный адрес

32 23

• Преобразвание адреса

(только для УУ процессора)

FFFF FFFF

SSSS FFFF FFFF FFFF

ssss FFFF FFFF FFFF

1) реализовано в УУ процессора, а не АЛУ (включая

многие операции адресной арифметики —

индексирование, масштабирование и т.п.)

Страничное

2) выполняется при каждом обращении к внешним

данным (выборке инструкции, считывании каждого

преобразование

операнда и т.п.)

Физический адрес

23 19

32 23

Легенда:

i8086

i80286

(шина)

F FFFF

FF FFFF

FFFF FFFF

000F FFFF FFFF FFFF

i80386..i80686

x64 (AMD64, EM64T)

1 MB

16 MB

4 GB

4 PB

1 / 171 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
26.11.2019303.62 Кб3VW Хартия производственных отношений.doc
#
25.09.2019185.19 Кб5WinAPI-ekz_shpory.docx
#
09.02.201512.83 Mб15Wintergreen_Catalog_2015.pdf
#
17.11.20199.66 Mб8WOLF250RUS.doc
#
12.03.2015972.29 Кб7WRO2015_Младшая_категория.pdf
#
10.02.20154.62 Mб72x64b.pdf
#
10.02.20155.44 Mб29XSLT. Сборник рецептов.pdf
#
09.02.20151.01 Mб34YuR_2012g.docx
#
09.02.2015361.69 Кб10Zachet.docx
#
09.02.20151.15 Mб51Zadacha_2_Razobrannye_DZ_-_Magnitostatika.doc
#
09.02.201524.88 Mб487zadachi.doc

Архитектура современной вычислительной системы (обзор)

Кэши ассоциативные, с прямым отображением и множественно-ассоциативные

Представление бинарных данных

Режимы работы процессоров семейства i8086+