Основные понятия в архитектуре мпс
Архитектура вычислительной машины— концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения. В более подробное описание, определяющее конкретную архитектуру, также входят:
структурная схема ЭВМ,
средства и способы доступа к элементам этой структурной схемы,
организация и разрядность интерфейсов ЭВМ,
набор и доступность регистров,
организация памяти и способы её адресации,
набор и формат машинных команд процессора,
способы представления и форматы данных, правила обработки прерываний.
По перечисленным признакам и их сочетаниям среди архитектур выделяют:
По разрядности интерфейсов и машинных слов: 8-, 16-, 32-, 64-, 128- разрядные (ряд ЭВМ имеет и иные разрядности).
По особенностям набора регистров, формата команд и данных: CISC, RISC, VLIW;
По количеству центральных процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные, суперскалярные.
Многопроцессорные по принципу взаимодействия с памятью делят на:
симметричные многопроцессорные (SMP),
массивно-параллельные (MPP),
распределенные.
Аппаратная платформа включает:
АСК - Архитектура системы команд(ISA - instruction set architecture).АСК— это приблизительно то же самое, что и модель программирования, с точки зрения программиста на языке ассемблера или создателя компилятора.
Микропрограмма (firmware - микрокод). Это системное программное обеспечение, встроенное («зашитое») в аппаратное устройство, и хранящееся в его энергонезависимой памяти ПЗУ.
Микроархитектура (иногда сокращаемая до µarch или uarch)— это способ, которым данная архитектура набора команд реализована в процессоре. Каждая архитектура может быть реализована с помощью различных микроархитектур. Реализации могут варьироваться в зависимости от целей данного дизайна или в результате изменений в технологиях. Архитектура компьютера является комбинацией микроархитектуры, микрокода и архитектуры.
Центральный процеессорЦП (или центральное процессорное устройство — ЦП; central processing unit - CPU) - микросхема, исполнитель машинных инструкций (кода программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера. Иногда называют МП или просто процессором. На компьютерном сленге его называют либо "проц", либо "камень".
Архитектура фон Неймана
Большинство современных процессоров основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки данных, изобретённого Джоном фон Нейманом в 1946.
Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана (иначе принстонской) является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти по разным адресам.
.
Важнейшие этапы процесса работы МП приведены ниже. В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов.
Этапы цикла выполнения:
МП выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса ША и по шине управления ШУ отдаёт памяти команду чтения.
Выставленное число является для памяти адресом. Память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных ШД и по шине ШУ сообщает о готовности.
МП получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её (по подпрограмме, хранимой в ПЗУ).
Если последняя команда не является командой перехода, то МП увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды.
Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом(откуда и произошло название устройства).
Во время процесса МП считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы МП. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода, тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды останова или переключение в режим обработки прерывания.
Команды МП являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.
Скорость перехода от одного этапа цикла к другому определяется тактовым генератором. Тактовый генератор вырабатывает импульсы, служащие ритмом для центрального процессора. Частота тактовых импульсов в секунду называется тактовой частотой.