14.Логические элементы и типовые узлы

Сюда относят :

1.Триггеры. Находятся в двух состояниях 0 или 1. Под влияние входных сигналов могут менять состояния.(RS,D,JK,T)

2.Регистры.Служат для хранения машинных слов или их частей и для выполнения некоторых логических операции(прием слова, выдача слова, сдвиги)

3.Счетчики. Служат для подсчета числа входных сигналов , образования последовательности адресов команд, циклов выполнения операций. Строятся на триггерах

4. Дешифратор – схема с несколькими входами и выходами, преобразующая код на входе в сигнал на одном из выходов.

5. Мультиплексор – осуществляет передачу сигналов с одной из входных линий в выходную.

6.Сумматор – выполняет арифметическое суммирование кодов чисел.

15. Принципы организации устройств памяти(определения)

Память ЭВМ – совокупность устройств для запоминания, хранения и выдачи информации. Основные операции в памяти – запись и считывание

Емкость – максимальное количество данных, которые могут храниться в памяти.

Удельная емкость – отношение емкости ЗУ к его физическому объему

Быстродействие – продолжительность операции обращения. (поиск по адресу и запись или считывание)

Различают память с произвольным обращением и память для считывания(ПЗУ)

Число разрядов записываемых или считываемых при обращении называется шириной выборки.

16. Иерархическая структура памяти ЭВМ.

Для поиска компромисса между быстродействием, емкостью и стоимостью памяти (противоречивые требования) современная память ЭВМ организуется в виде иерархической структуры. ЭВМ почти всегда содержит сверхоперативную память (СОП) и ОП и память с прямым доступом (НМД), и как правило, память с последовательным доступом (НМЛ). Иерархическая структура позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к информации в процессе обработки.

17. Адресная организация памяти ЭВМ.

Структура адресной памяти содержит запоминающий массив из N M-разрядных ячеек и аппаратное обрамление. Это – РгА, имеющий К разрядов; информационный регистр РгИ; блок адресной выборки; блок усилителей считывания БУС; блок разрядных усилителей сигналов записи БУЗ; блок управления памяти БУП.

При поступлении сигнала обращения в РгА с ША поступает адрес слова. Одновременно расшифровывается управляющий сигнал. В БАВ адрес дешифрируется и при считывании код слова считывается усилителями считывания в БУС и передается в РгИ. Затем слово из РгИ выдается на ШИвых. При записи записываемое слово с ШИвх принимается в РгИ, а затем записывается в выбранную БАВ ячейку.

18. Ассоциативная организация памяти.

Поиск ячейки производится не по адресу, а по ее содержимому. Поиск происходит параллельно по времени для всех ячеек. Ассоциативный поиск позволяет упростить и ускорить обработку данных за счет того, что операция считывания совмещена с выполнением некоторых логических операций. Для указания занятости ячейки используется дополнительный n разряд, равный нулю, если ячейка свободна или единице, если она занята.

19. Стековая память.

Стековая память безадресная. Запись первого слова производится в верхнюю ячейку (с нулевым номером). Ранее записанные слова сдвигаются вниз на единичный адрес. Считывание возможно только из верхней ячейки. Порядок считывания: последним поступил – первым обслуживается.

20. Способы адресации.

Непосредственная адресация – в команде вместо адреса содержится сам операнд.

Прямая адресация – исполнительный адрес совпадает с адресной частью команды.

Относительная адресация (базовая) – Аи = Ак+Аб, то есть Исполнительный адрес равен Адресному коду в команде + Аб (хранится в специально выделенной ячейке памяти в базовых регистрах).

Укороченная адресация – в команде задаются только младшие разряды адресов, старшие подразумеваются нулевыми. Позволяет использовать группу фиксированных ячеек с начальными адресами.

Регистровая адресация – частный случай укороченной адресации. В качестве фиксированных ячеек используются регистры процессора.

Косвенная адресация – адресный код команды указывает адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда или команды.

Автоинкрементная адресация – эффективна при обработке массива данных, если имеется механизм автоматического приращения или уменьшения содержимого регистра при каждом обращении к нему (автодекремент).

Адресация слов переменной длины – повышает эффективность использования ВС. В команде указывается местоположение начала слова в памяти и его длина.

Стековая адресация – реализуется правило «последний пришел – первый ушел». Команда не содержит адреса ячейки стека, но содержит адрес ячейки памяти или регистра, откуда слово передается в стек или куда оно помещается из стека.

Польская обратная запись – арифметическое выражение читается слева направо, операнды последовательно выписываются. Когда все операнды операции выписаны, записывается знак операции и следующие операнды.

Индексация – включает специальный способ кодирования команд, командные и аппаратные средства задания и выполнения модификации команд.

Виды адресаций :

1) Прямая адресация.

В адресной части команды может быть непосредственно указан испол­нительный адрес.

2) Относительная (базовая) адресация.

При этом способе адресации исполнительный адрес определяется как сумма адресного кода команды и базового адреса, как правило хранящегося в специальном регистре - регистре базы .

Относительная адресация позволяет при меньшей длине адресно­го кода команды обеспечить доступ к любой ячейке памяти. Для этого число разрядов в базовом регистре выбирают таким, чтобы можно было адресовать любую ячейку оперативной памяти, а адресный код команды используют для представления лишь сравнительно корот­кого "смещения". Смещение определяет положение операнда относи­тельно начала массива, задаваемого базовым адресом.  

3) Косвенная адресация.

Адресный код команды в этом случае указывает адрес ячейки памяти, в которой находится адрес операнда или команды. Косвенная адресация широко используется в малых и микроЭВМ, имеющих короткое ма­шинное слово, для преодоления ограничений короткого формата команды (совместно используются регистровая и косвенная адресация)

4) Стековая адресация.

Стековая память, реализующая безадресное задание операндов, особенно широко используется в микропроцессорах и миниЭВМ.

Стек представляет собой группу последовательно пронумерован­ных регистров или ячеек памяти, снабженных указателем стека, в котором автоматически при записи и считывании устанавливается номер (адрес) последней занятой ячейки стека (вершины стека). При операции записи заносимое в стек слово помещается в следующую по порядку свободную ячейку стека, а при считывании из стека извле­кается последнее поступившее в него слово.

5) Индексация.  

Для реализуемых на ЭВМ методов решения математических задач и обработки данных характерна цикличность вычислительных про­цессов, когда одни и те же процедуры выполняются над различными операндами, упорядоченно расположенными в памяти. Поскольку операнды, обрабатываемые при повторениях цикла, имеют разные адреса, без использования индексации требовалось бы для каждого повторе­ния составлять свою последовательность команд, отличающихся адресными частями.

Программирование циклов существенно упрощается, если после каждого выполнения цикла обеспечено автоматическое изменение в соответствующих командах их адресных частей согласно расположению в памяти обрабатываемых операндов. Такой процесс называется моди­фикацией команд, и основан на возможности выполнения над кодами команд арифметических и логических операций.

                                        Управление вычислительным циклом должно обеспечивать повто­рение цикла нужное число раз, а затем выход из него.

Автоматическая модификация команд и управление вычислитель­ными циклами в современных ЭВМ обеспечиваются механизмом индексации. Это понятие включает в себя специальный способ кодирования команд, командные и аппаратурные средства задания и выполнения модификации команд и управления вычислительными циклами. Упомяну­тые средства часто называют индексной арифметикой.

Для выполнения индексации в машину вводятся так называемые индексные регистры. Исполнительный адрес при индексации формиру­ется путем сложения адресного кода команды (смещения) с содержи­мым индексного регистра (индексом), а при наличии базирования - и с базовым адресом.

Для управления индексацией используются команды, задающие операции над содержимым индексных регистров - команды индексной арифметики. Можно отметить основные виды индексных операций:

- засылка в соответствующий индексный регистр начального значения индекса;

- изменение индекса;

- проверка окончания циклических вычислений.  

26

RAID можно реализовать как программный комплекс, где управляющее про­граммное обеспечение обычно либо поставляется в комплекте с ОС, либо явля­ется дополнением к ОС типа программ "volume manager" (Управление томами). Разница между уровнями основывается на изменении моделей ввода/вывода на диски. Эти модели  по своей природе предлагают различные уровни и типы характеристик производительности и защиты.

RAID О

Этот уровень RAID представляет нормальную файловую систему со страй-где потеря данных при выходе из строя одного из дисков является обычной вещью. Проще говоря, это данные, распределенные по связке дисков. Данный уровень обеспечивает хорошие характеристики производительности чтения/записи, но не восстанавливаемости

RAID 1

Говоря простым языком, этот уровень RAID обеспечивает зеркалирование и таким образом полную избыточность данных. Этот уровень часто называется  зеркалънымдиском. 

RAID O + 1

Принцип: сначала создай страйпинг, а затем зеркалируй то, что ты только что распределил. Этот уровень RAID сочетает в себе уровни 0 и 1 (страйпинг и зеркалирование)

RAID 1+0

Принцип: сначала зеркалируй, а затем проведи страйпинг того, что ты зерка-лировал. Этот уровень RAID имеет те же функциональные возможности, что и RAID 0 + 1, но он более приспособлен к нуждам высокой доступности.

RAID 2

В этот уровень RAID включен страйпинг, а защита/избыточность обеспечи­ваются средствами контроля четности. Для него требуется меньше памяти, чем для RAID но необходимость вычислять и записывать байты четности замедля­ет процесс записи

RAID3

Для этого уровня RAID алгоритм ЕСС вычисляет байты контроля четности для обеспечения избыточности данных, как это было в RAID 2, но все байты четности записываются на одном диске. Данные четности для этого уровня хра­нятся на уровне /байт в противоположность уровню блок/фрагмент.

RAID 4

Это такой же уровень, что и RAID 3, но данные четности при этом записыва­ются на уровне блоков

RAID 5

Это, напротив, одна из наиболее часто встречающихся сегодня реализаций

RAID. Для этого уровня избыточность данных обеспечивается за счет вычисле­ний четности, как и в RAID 2, 3, 4 и 7, но данные о четности хранятся вместе с данными. Следовательно, информация о четности распределена по всем дис­кам, конфигурированным для запоминающего устройства

RAID 6

Ha этом уровне RAID четность вычисляется с использованием более сложно­го алгоритма, а избыточность обеспечивается применением продвинутого мно­гомерного метода контроля четности.

RAID 7

Это улучшенная реализация RAID 3. RAID 7 позволяет организовать асинхронные операции чтения и записи, что безоговорочно улучшает общую производительность ввода/вывода

27

Одним из эффективных средств совершенствования архитектуры совре­менных ЭВМ является теговая организация памяти, при которой каждое хра­нящееся в памяти (или регистре) слово снабжается указателем - тегом . Последний определяет тип данных - целое двоичное число, чис­ло с плавающей точкой, десятичное число, адрес, строка символов, дескрип­тор и т.д. В поле тега обычно указывается не только тип, но и длина (формат) и некоторые другие его параметры. Теги формируются компилятором. Теговая организация памяти способствует реализации принципа незави­симости программ от данных. В качестве недостатка теговой организации памяти можно указать на некоторое замедление работы процессора из-за того, что установление соот­ветствия типа команды типу данных, в обычных ЭВМ выполняемое на этапе компиляции, при использовании тегов переносится на этап выполнения про­граммы.

В архитектуре некоторых ЭВМ используются дескрипторы — служеб­ные слова, содержащие описание массивов данных и команд, причем деск­рипторы могут употребляться как в машинах с теговой организацией памяти, так и без тегов. Дескриптор содержит сведения о размере массива данных, его местопо­ложении (в ОП или внешней памяти), адресе начала массива, типе данных, режиме защиты данных (например, запрет записи в ячейки массива) и неко­торых других параметрах данныхИспользование в архитектуре ЭВМ дескрипторов подразумевает, что обращение к информации в памяти производится через дескрипторы, кото­рые при этом можно рассматривать как дальнейшее развитие аппарата кос­венной адресации.

28

RISC-архитектура с сокращенным набором машинных команд. В набор команд RISC-архитектуры вошли только основные элементарные микрооперации, что позволило унифицировать формат команд вычислительного ядра, упростить конструкцию и снизить стоимость изготовления вычислительных ядер.

Основными преимуществами RISC-архитектуры является наличие следующих свойств:

• Большое число регистров общего назначения.

• Универсальный формат всех микроопераций.

• Равное время выполнения всех машинных команд.

• Практически все операции пересылки данных осуществляются по маршруту регистр – регистр

Равное время выполнения всех машинных команд позволяют обрабатывать поток командных инструкций по конвейерному принципу, т.е. выполняется синхронизация аппаратных частей с учетом последовательной передачи управления от одного аппаратного блока к другому.

29

Особенностью RISC-архитектуры является механизм перекрывающихся регистровых окон, предназначенный для уменьшения числа обращений к оперативной памяти, а также механизм межрегистровых передач, способствующий повышению производительности компьютера.

В этом случае процедурам динамически выделяются небольшие группы регистров фиксированной длины, т.е. регистровые окна. Окна последовательно выполняемых процедур перекрываются, благодаря чему возможна передача параметров от одной процедуры к другой. При вызове процедуры процессор переключается на работу с другим регистровым окном. При этом не возникает необходимости в передаче содержимого регистров в память

30

Состоянием процессора после данного такта или после выполнения данной команды следует считать совокупность состояний в соответствующий момент времени всех запоминающих элементов устройства - триггеров, регистров, ячеек памяти.

Вектор состояния или слово состояние процессора – совокупность элементов,подверженных изменениям при переходе к другой команде или программе из наиболее существенной информации.Он в каждый момент времени содержит информацию, достаточную для продолжения программы или повторного пуска программы с точки, соответствующей моменту формирования данного вектора состояния. Формируется в соответствующем регистре.

31

Назначение системы прерываний – это быстрая реакция на события, происходящие как внутри ЭВМ, так и за ее пределами. Прерывания, вызванные вне ЭВМ, вызываются внешними устройствами, периферийными устройствами. Под операцией прерывания понимается прекращение процесса выполнения текущей программы и переключение процессора на выполнение другой программы, обслуживающей причину прерывания. Основное назначение прерываний – это реагирование на критические события.

Типовая структура обработчика прерываний состоит в следующем: 1) сохранение используемых в регистре общего назначения данных в ОП. 2) обработка прерывания. 3) восстановление регистров общего назначения (из ОП в РОН).

Причины формирования прерываний. Все причины делят на внутренние и внешние. К внутренним причинам относят два типа: 1) это события, при возникновении которых нормальное продолжение выполняемого процесса невозможно (или бессмысленно). 2) причины, естественные для выполняемого процесса.

К внешним причинам (события которые возникают вне вычислительной системы) относят: 1) от неких внешних устройств ввода/вывода (напр. клавиатурное прерывание). 2) от различных таймеров. 3) другие вычислительные системы (ПК, микро ЭВМ и т.д.).