Рабочий цикл процессора |
22 |
При выполнении большинства команд формируются признаки операций, которые используются в командах условного перехода.
При выполнении команд передачи управления проверяется условие перехода по вышеуказанным признакам для команд условных переходов.
Если условие не выполняется, то выбирается следующая по порядку команда по подвинутому адресу, хранящемуся в СчК.
Если условие выполняется, то в СчК заносится адрес перехода.
Команда вызова подпрограмм и переход к подпрограмме выполняется так же, как и команда перехода, но при этом дополнительно запоминается состояние процессора.
Системные команды производят переключение состояния процессора (программы). Команды ввода-вывода инициируют обращение процессора к УВВ (ПУ).
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич
Характерные черты PC –совместимого компьютера |
23 |
1)Процессор семейства INTEL;
2)Единая система распределения пространства адресов памяти между оперативной стандартной (conventional Memory), служебной памятью периферийных адаптеров, постоянной и расширенной оперативной памятью;
1)Унифицированное распределение адресов пространства ВВ-ВЫВ
с фиксированным положением обязательных портов;
1)Система аппаратных прерываний;
2)Система прямого доступа к памяти (связь с ВНУ без отвлечения процессора);
1)Набор системных устройств и интерфейсов ВВ-ВЫВ;
2)Унифицированные шины расширения;
3)Базовая система ВВ-ВЫВ.
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич
Характерные черты PC –совместимого компьютера |
24 |
Компьютер функционально имеет 3 основные части:
процессор и сопроцессоры (математические, графические, ввода- вывода);
память (внутренняя и внешняя);
периферийные устройства.
Отличия Pentium от предшественников
1) Получила дальнейшее развитие конвейеризация вычислений: увеличено до 5 и более ступеней конвейера;
2)Включено новое устройство – предсказание переходов. Для этого имеется специальный буфер адреса перехода, который хранит данные
опоследних 256 переходах; применяются статический и динамический методы предсказания переходов. Эффективность до 90%;
3)Разделена КЭШ – памяти на КЭШ – памяти команд и
КЭШ – памяти данных;
4) Адресная шина процессора 32-битная, а шина данных 64-битная.
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич
Pentium P5 |
25 |
1995 г. – выпущен.
Главная задача при разработке архитектуры Р5 - процессор должен выполнять 2 команды за такт. 3 млн транзисторов.
суперскалярная архитектура;
удвоенная 64-разрядная ШД;
поддержка многопроцессорности;
усовершенствованный высокопроизводительный блок с плавающей запятой;
раздельные КЭШ команд и данных;
наличие блока предсказания перехода;
усовершенствованный контроль функционирования;
средства управления энергопотреблением;
мониторинг производительности.
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич
Структурная схема Р5 |
26 |
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич
Структурная схема Р5 |
27 |
С помощью 64-разрдной ШД процессор может одновременно считывать и записывать 2 операнда или результата. Поэтому скорость обмена с памятью 528 Mb/s. Отсюда производительность процессора в 2.5 раза превышает производительность предыдущих.
Системная шина данных может работать в конвейерном режиме: при передаче данных по ШД, ША не простаивает, по ней можно передавать адрес следующего операнда.
Для хранения данных на кристалле используется раздельные типы КЭШ –
данных и команд.
КЭШ команд и данных реализуют гарвардскую архитектуру.
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич
Структурная схема Р5 |
28 |
U – основной конвейер, V - подчиненный конвейер команд. |
|
Цикл выполнения команды содержит следующие фазы выполнения: |
|
PF1 - предварительная выборка команд в буфер; |
|
D1 – декодирование кода команды; |
|
|
|
D2 – декодирование адреса операнда; |
|
EX – выполнение операции в АЛУ; |
|
WR – запись результата в ROM или КЭШ; |
|
FPU – конвейер плавающей запятой, использует 3 первых ступени целочисленного конвейера U (PF1,D1,D2), после чего выполнение команды продолжается на 5 дополнительных ступенях FPU:
EX – чтение операнда из стека КЭШ
X1 - фаза 1 использования плавающей команды;
X2 - фаза 2 использования плавающей команды;
WF - округление и запись результата в POH;
ER - ошибка, сообщение о наличии ошибок.
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич
Структурная схема Р5 |
29 |
Наибольшая эффективность конвейера достигается, когда каждый такт на вход конвейера поступает новая команда, на выходе - очередной результат.
Длина конвейера существенно определяет производительность.
При появлении команды перехода или ветвления на входе конвейера процессор узнаёт о необходимости перехода или ветвления команды. Тогда все предыдущие ступени необходимо сбросить. Происходит сброс конвейера и его новая загрузка (потеря 4-х тактов).
Если подобный переход циклически повторяется много раз, происходит существенное замедление работы. Для исключения лишних проскальзываний конвейера используется механизм предсказания
переходов.
В ТАБП (таблица предсказания переходов ) – содержащей 256 строк, в каждой строке записывается адрес команды перехода и «куда переходить».
Когда в буфер команд попадает команда перехода она контролируется ТАБП и если в таблице имеется такой переход и бит перехода установлен в 1, тогда совершается переход.
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич
Структурная схема Р5 |
30 |
В конце каждого конвейера U и V после WR имеется 2 буфера – по одному для U и V на 4 байта, что позволяет продолжать вычисления после команды записи данных в память даже если ШД занята в это время.
Контроллер шины в дальнейшем освобождает буфер, передавая его содержимое в память.
Конвейер U является главным, V – второстепенным. Значит команда, поступающая на вход U может спариваться с командой, подаваемой на конвейер V, существует правило объединения этих команд.
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич
Слово состояния процессора |
31 |
В ходе функционирования процессора постоянно меняется состояние его внутренних регистров. Если поступит запрос на прерывание выполнения основной программы или команда перехода к подпрограмме, которые приводят к изменению порядка выполнения программы, то для корректного возврата из подпрограммы в основную программу необходимо запомнить
состояние процессора.
Содержимое регистров, обеспечивающих восстановление состояния вычислительного процесса, составляет слово состояния программы или
процессора ССП (PSW- Program status word).
Чаще всего в информацию о состоянии процессора включают содержимое
счетчика команд, содержимое регистра признаков и аккумулятора.
Слово состояния обычно сохраняют в специально отведенной области памяти ЭВМ или стековой памяти. Сохранение производится автоматически (т.е. аппаратно) в начале обслуживания запроса на прерывание программы. Другие регистры процессора могут быть сохранены и восстановлены программным путем.
Физика компьютеров 2011 Л.А. Золоторевич