
- •Введение
- •Общие сведения Технико-эксплуатационные характеристики эвм
- •История развития эвм
- •Классификация эвм
- •Классификация эвм по назначению
- •Классификация эвм по функциональным возможностям иразмерам
- •Функциональная и структурная организация эвм
- •Связь между функциональной и структурной организацией эвм
- •Обобщенная структура эвм и пути её развития
- •Обрабатывающая подсистема
- •Подсистема памяти
- •Подсистема ввода-вывода
- •Подсистема управления и обслуживания
- •Архитектуры эвм
- •Sisd-компьютеры
- •Компьютеры с cisc архитектурой
- •Компьютеры с risc архитектурой
- •Компьютеры с суперскалярной обработкой
- •Simd-компьютеры
- •Матричная архитектура
- •Векторно-конвейерная архитектура
- •Ммх технология
- •Misd компьютеры
- •Mimd компьютеры
- •Многопроцессорные вычислительные системы
- •Многопроцессорные вычислительные системы с общей шиной.
- •Многопроцессорные вычислительные системы с многовходовыми модулями оп.
- •Многомашинные вычислительные системы (ммвс)
- •Многомашинные комплексы
- •Ммр архитектура
- •Структура и форматы команд эвм
- •Форматы команд эвм
- •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
- •Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные
- •Процессоры. Центральный процессор
- •Логическая структура цп
- •Структурная схема процессора
- •Характеристики процессора
- •Регистровые структуры центрального процессора
- •Основные функциональные регистры
- •Регистры процессора обработки чисел с плавающей точкой
- •Системные регистры
- •Регистры отладки и тестирования
- •Назначение и Классификация цуу
- •Устройства управления цп
- •Цуу с жесткой логикой.
- •Цуу с микропрограммной логикой
- •Процедура выполнения команд
- •Язык микроопераций
- •Описание слов, регистров и шин
- •Описание массива данных и памяти.
- •Описание микроопераций
- •Условные микрооператоры.
- •Арифметико-логическое устройство
- •Структура алу
- •Сумматоры
- •Классификация алу
- •Методы повышения быстродействия алу
- •Память эвм
- •Организация внутренней памяти процессора.
- •Оперативная память и методы управления оп
- •Методы управления памятью без использования дискового пространства (без использования внешней памяти).
- •Распределение памяти фиксированными разделами.
- •Размещение памяти с перемещаемыми разделами.
- •Организация виртуальной памяти.
- •Страничное распределение.
- •Сегментное распределение.
- •Странично - сегментное распределение.
- •Свопинг
- •Методы повышения пропускной способности оп.
- •Выборка широким словом.
- •Расслоение сообщений.
- •Методы организации кэш-памяти
- •Типовая структура кэш-памяти
- •Способы размещения данных в кэш-памяти.
- •Прямое распределение.
- •Полностью ассоциативное распределение.
- •Частично ассоциативное распределение.
- •Распределение секторов.
- •Методы обновления строк в основной памяти
- •Системы внешней памяти
- •Общие принципы организации системы прерывания программ
- •Характеристики системы прерываний
- •Программно-управляемый приоритет прерывающих программ
- •Организация перехода к прерывающей программе
- •ПодСистема ввода/вывода Принципы организации подсистемы ввода/вывода
- •Каналы ввода-вывода
- •Интерфейсы ввода-вывода
- •Классификация интерфейсов
- •Типы и характеристики стандартных шин
- •Вычислительные системы
- •Общие положения
- •Классификация вс
- •Понятие открытой системы
- •Кластерные структуры
- •12. Библиографический список
- •Содержание
- •1. Общие сведения 5
- •2. Архитектуры эвм 22
- •3. Структура и форматы команд эвм 37
- •4. Типы данных 47
- •5. Процессоры. Центральный процессор 53
- •6. Язык микроопераций 72
- •7. Арифметико-логическое устройство 77
- •8. Память эвм 84
- •9. Общие принципы организации системы прерывания программ 118
- •10. ПодСистема ввода/вывода 125
- •11. Вычислительные системы 134
- •12. Библиографический список 140
Какую работу нужно написать?
Структура алу
Обобщенная структурная схема АЛУ (рис. 7.1) включает:
- блок регистров для приема и размещения операндов и результатов;
- операционный блок, в котором осуществляется преобразование операндов в соответствии с реализуемыми алгоритмами;
- схемы контроля, обеспечивающие непрерывный оперативный контроль и диагностирование ошибок;
- блок управления (БУ), в котором после приема кода операции (КОП) из центрального устройства управления формируются управляющие сигналы (УС), координирующие взаимодействие всех узлов АЛУ между собой и с другими блоками процессора.
Блок регистров связан с РОН центрального процессора и кэш-памятью данных.
Иногда АЛУ не содержит своего БР, в этом случае операционный блок непосредственно работает с регистрами общего назначения процессора. Для оперативного управления выполнением операции в ОБ на разных этапах анализируется преобразуемая информация и формируются сигналы признаков (флаги), которые используются в БУ для выработки и посылки в процессор сигнала признака результата (ПРез).
Для оценки АЛУ используются следующие характеристики: множество выполняемых операций, разрядность, время выполнения операций, надежностные и энергетические характеристики.
Рис. 7.1. Обобщенная структурная схема АЛУ.
Сумматоры
Сумматоры АЛУ делятся:
по типу использования для суммирования базовых элементов (комбинационные и накапливающие);
по способу осуществления операции суммирования (последовательные и параллельные).
Сумматоры последовательного действия выполняются, как правило, на комбинационных элементах; на сегодняшний день устройства такого типа почти не применяются. В АЛУ современных ЭВМ средней и высокой производительности применяются сумматоры параллельного действия, выполняемые на накапливающих или комбинационных элементах.
Рис. 7.2. Сумматор параллельного действия (на накапливающих элементах).
В качестве накапливающих элементов могут служить обычные T-триггеры. Перед суммированием триггеры сумматора устанавливаются в нулевое состояние сигналом сброс. Затем на счетные входы триггеров подается первое слагаемое и запоминается. В следующем такте на входы триггеров подается второе слагаемое.
Триггеры тех разрядов, в которых второе слагаемое равно 1, меняют свое состояние на противоположное. В тех разрядах, в которых триггеры перешли из единичного состояния в нулевое, возникают сигналы переносов, последовательно передаваемые в старшие разряды сумматора. Арифметические операции сумматора выполняются с учетом знаков операндов.
Классификация алу
По способу представления чисел:
для чисел с фиксированной точкой;
для чисел с плавающей точкой;
для десятичных чисел.
По способу действия над операндами:
последовательные;
В параллельных АЛУ операнды представляются параллельным кодом и операции совершаются параллельно во времени над всеми разрядами операндов.
параллельные.
В последовательных АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. Такие АЛУ, как правило, используют конвейерный метод обработки, при котором совмещаются во времени фазы выполнения операции для различных разрядов операндов.
По выполняемым функциям АЛУ подразделяются на:
многофункциональные;
В многофункциональных АЛУ все возможные операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.
функциональные (блочные).
В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными и алфавитно-цифровыми полями, операции умножения выполняются в отдельных блоках. Такой подход позволяет увеличить скорость работы АЛУ за счет использования быстродействующих блоков, а также за счет организации параллельной работы этих блоков. Однако в этом случае значительно увеличиваются затраты на оборудование.
По структурной организацииАЛУ подразделяются на устройства, имеющие:
регистровую структуру с непосредственными связями и закрепленной логикой;
магистральную структуру с сосредоточенной памятью и логикой.
В АЛУ с регистровой структуройза каждым из регистров закреплена своя логическая схема, используемая для выполнения микрооперации (см. рис. 7.3).
Пример:
С регистром Рг1непосредственно связан преобразователь кодаПК1. С регистромРг3объединенКСМпо схеме накапливания сумматора, а сКСМ, в свою очередь, связаныПК2и комбинационная схемаКСдля мультиплексирования входных данных. На регистреРг3выполняются микрооперации сдвига вправо или влево и сброс. РегистрРг4выполняет микрооперации сдвига и непосредственно связан сПК3. Таким образом, в АЛУ с такой структурой функции хранения и преобразования информации выполняются одним и тем же операционным блоком.
Рис. 7.3. Регистровая структура с закрепленной логикой
В АЛУ с магистральной структуройрегистры выделены в отдельный блок, а схемы для преобразования информации выделены также в отдельный операционный блок (ОБ), который связан с блоками регистров по входам и выходам (см. рис. 7.4). Блок регистров (БР) осуществляет функции приема, хранения и выдачи операндов и результатов, а ОБ выполняет весь набор микроопераций над словами, хранимыми в блоке регистров. В АЛУ с такой структурой блок регистров может быть реализован или как СОЗУ, или как совокупность отдельных регистров с индивидуальными схемами управления.СтруктуражеОБимеет следующие модификации:
последовательное соединение операционных узлов;
параллельное соединение операционных узлов.
ПримерАЛУ с магистральной структурой с последовательным соединением узлов ОБ.
В этом АЛУ преобразователь кода ПК, комбинационный сумматорКСМи сдвигательСДВсоединены последовательно, причемПКиКСМпо входам связаны с выходными шинами блока регистров, а выходСДВ– с входной шиной блока регистров. Такая организация операционного блока дает возможность выполнять с высокой скоростью последовательности микроопераций, обеспечивающие выполнение одного слова.
Рис. 7.4. Магистральная структура с последовательным соединением операционных узлов
В случае же параллельного соединения операционных блоков АЛУ все операционные блоки: СМ,СДВ,КС,ПКпараллельно соединяются с входными и выходными шинами блока регистров, что позволяет выполнять несколько микроопераций параллельно. Выглядит это так, как показано на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Магистральная структура с параллельным соединением операционных узлов