- •Организация и функционирование вычислительных машин
- •Раздел 1. Основные понятия архитектуры и организации эвм. 3
- •Раздел 2. Организация процессора и основной памяти вм 7
- •Раздел 3. Организация памяти в эвм 35
- •Раздел 4. Организация системы ввода-вывода в эвм. 51
- •Раздел1.Основныепонятия архитектуры и организации эвм. Состав электронной вычислительной машины (эвм)
- •Принцип программного управления и машина фон Неймана
- •Понятие архитектуры, организации и реализации эвм
- •Многоуровневая организация эвм.
- •Понятие семантического разрыва между уровнями
- •Организация аппаратных средств эвм
- •Типовая структура вм на микропроцессорных наборах
- •Раздел 2. Организация процессора и основной памяти вм
- •Типовая структура процессора и основной памяти
- •Основной цикл работы процессора
- •Организация процессора и памяти в микропроцессоре Intel 8086
- •Организация стека процессора
- •Распределение оперативной памяти в i8086, ms dos
- •Организация выполняемых программ в ms dos
- •Режимы адресации памяти в микропроцессоре Intel 8086
- •5. Адресация по базе
- •6. Косвенная адресация с масштабированием
- •7. Адресация по базе с индексированием и масштабированием
- •Система команд i8086
- •3DNow! от amd
- •Организация прерываний в процессоре Intel 80x86
- •Управление выполнением команд в эвм.
- •Способы формирования управляющих сигналов.
- •Простейшая схема формирователя управляющих сигналов
- •Способы кодирования микрокоманд.
- •Компьютеры с сокращенным набором команд.
- •Арифметические особенности risc процессоров.
- •Раздел 3. Организация памяти в эвм
- •Основные среды хранения информации.
- •Виды запоминающих устройств.
- •Память с произвольной выборкой.
- •Постоянные запоминающие устройства.
- •Ассоциативные запоминающие устройства (азу)
- •Иерархическая система памяти
- •Организация памяти типа кэш.
- •Организация структуры основной памяти в процессорах ix86.
- •Организация виртуальной памяти.
- •Организация виртуальной памяти на i386 и более старших моделях.
- •Организация работы с внешней памятью.
- •Организация работы с файлами на дисках в ms-dos.
- •Раздел 4. Организация системы ввода-вывода в эвм.
- •Архитектура систем ввода-вывода.
- •Способы выполнения операции передачи данных
- •Структуры контроллеров внешних устройств, для управления различными режимами передачи данных.
- •Программные средства управления вводом-выводом.
- •Основные компоненты процедуры управления ввода-вывода общего вида
- •Состав и реализация устанавливаемого драйвера символьного типа
- •Литература
- •Краткое введение в язык ассемблера.
- •1. Директивы задания данных
- •2. Директивы сегментации программы
- •3. Директивы группирования.
- •4. Порядок размещения сегментов.
- •5. Директивы ограничения используемых команд.
Постоянные запоминающие устройства.
Используется для хранения фиксированных микропрограмм, подпрограмм и различных постоянных (BIOS).
МПЗУ (масочное ПЗУ) – это устройство, в котором запись информации осуществляется фирмой изготовителем (путем выжигания связей (участков)).
ППЗУ (программированное ПЗУ (PROM)) – это устройство которое в исходном виде поставляются пользователю, и он сам прошивает данные (специальный прибор программатор). После такой процедуры ППЗУ не может больше перепрашиваться.
ПППЗУ (перепрашивающее программированное ПЗУ (EPROM)) – это устройство аналогично ППЗУ, только с возможностью стирания (ультрафиолетом) и перезаписи информации.
Ассоциативные запоминающие устройства (азу)
Выборка осуществляется по содержимому.
Структура АЗУ.
Регистр контекста – задает содержимое k(ключ), по которому мы должны найти содержимое памяти, но обычно поиск ведется по нескольким разрядам. Участвующие в поиске разряды из регистра контекста задаются в регистре маски (r).
Накопитель хранит nэлементов с той же разрядностью, что и контекст. Одновременно для всех ячеек проверяется условиеi:bi[1…m] &r=k&r, когда найдется такая ячейка, то подключится к шифратору, который определит номер строки и пошлет на дешифратор на получение адреса и выборки полноразрядного данного в буферный регистр данных.
Достоинства:
Высокая скорость.
Исполняется как кэш-память (буферная).
При организациипо ассоциативному принципу кэш-памяти, адрес-строка состоит из двух частей:
Если находится нужный адрес, то считывание происходит из кэша, а не из ОЗУ.
Иерархическая система памяти
Сверх оперативная память, которая реализуется на регистрах (более быстрой не существует).
Процессорный кэш (буферная память), служит для согласования скорости процессора и основной памяти. Образует систему буферизованной памяти. Для программиста эта память является прозрачной и называется кэш, реализуется на биполярных элементах (на одном кристалле с процессором, в менее быстрых на одной плате). Делится на несколько уровней и разделяется на кэш команд и кэш данных.
Основная память, все то, что представляется программисту для выполнения программ.
Дисковая – вспомогательная память на жестком диске (большая емкость).
Архивная память, многотомные накопления на магнитных лентах, CD-ROMи т. д., долговременное хранение данных без разрушения.
Чем больше “номер” у памяти, тем ниже ее ценность по быстродействию.
Основная память и дисково-вспомогательная память образуют систему виртуальной памяти, основное назначение - расширение адресного пространства. Доступна программисту до размера дискового пространства.
Дисково-вспомогательная и архивная память образуют дисковую виртуальную память, удобство работы HDDс архивными устройствами.
Организация памяти типа кэш.
Подразумевается наличие памяти М1(n1) и М2 (n2).
При этом
n1<<n2(количество ячеек памяти)
tобр.1<<tобр.2
tОБР.= (1 -)t1+(t1+t2) =t1+t2t1
где 0 < << 1 вероятность неудачного обращения в кэш за данными.
(как правило 0.05 .. 0.1)
Если данные имеются в кэше, то они выбираются за время t1, если отсутствуют, то за времяt2выбирается из основной памяти и одновременно загружается в кэш память.
Использование кэша основано на свойстве локальности программ, в течении длительного интервала времени диапазон адресов команд и диапазон данных исполнительной программой являются небольшими и практически не меняются.
Организация кэш памяти
Кэш с прямым отображение адресов.
Недостаток: для каждой ячейки основной памяти должны иметь кэш строку (сейчас такой способом не применяют).
В настоящее время кэш организуется по блочному принципу когда определено число блоков оперативной памяти, хранятся в кэше и их номера хранятся в справочнике кэша. На первом этапе устанавливается факт наличия блока в некоторой памяти, а на втором обращаться к конкретной ячейки данного блока.
В кэш-памяти для каждого набора может храниться не более двух блоков.
При использование кэша возникает два группы проблем:
Замена блока в кэш-памяти на новый блок. В настоящее время придумали два способа замены кэша.
LRU(Least-Recently-Ued) – наиболее долго не обращались к блоку, требует историю обращения к блокам (счетчики).
FIFO(Fist-in,Fist-out, буфер обратного магазинного типа, обычная очередь) – очередь не столь эффективна какLRU.
Согласование данных в кэше и основной памяти.
Store-throw– сквозная запись (одновременная запись в блок основной памяти), при этом трата ресурсов и времени на обновления памяти основной памяти .Достоинство: надежный способ согласовать данные.
SwapлибоStoreIn– запись с перекачкой, обновление блока основной памяти происходит только при выгрузке из кэша в основную память. Достоинство: производительность. Недостаток: различие данных в памяти и кэше может привести к конфликтам (проявляется в многопроцессорных компьютерах с общей памятью).