Входные параметры: регистр С - длина чисел (байт); регистры Н, L - адрес младшего байта вычитаемого; регистры D, Е - адрес младшего байта уменьшаемого. Каждое из чисел описывается в последовательных адресах памяти, начиная с младших байтов. Результат заносится в память, отведенную под вычитаемое. В этом случае, если уменьшаемое меньше вычитаемого, будет вызвана подпрограмма ВРР формирования звукового сигнала.

Контрольные вопросы к главе 3

1. Для описания функционирования какого уровня ЭВС предназначен язык микроопераций (ЯМ)?

2.Назовите средства описания на ЯМ регистра, шины, массива памяти.

3.Назовите средства описания на ЯМ приращения содержимого счетчика, сдвига, составления слова.

4.Как на ЯМ описать двухместную микрооперацию?

5.Как на ЯМ записываются условные микрооператоры?

6.Как составить и записать на ЯМ программу?

7.Как на ЯМ записать программу функционирования в режиме записи памяти с произвольным обращением?

8.То же в режиме считывания с разрушением?

9.Как взаимосвязаны язык Ассемблера и мнемокод?

10. На какие группы делится система (набор) команд МПС и микроЭВМ?

11. Какие языки высокого уровня используются для программирования микроЭВМ?

12. Чем отличаются правила записи ассемблерных программ для ручной и для автоматической трансляции? 13. Каким образом команды программ, написанные на языке высокого уровня и на языке Ассемблера переводятся в машинный код?

14. Что понимается под форматом команд? Переменным форматом команд и данных? Упрощенным форматом?

15. Для чего используются признаки (флаги)?

16. В какой форме записывается программа в мнемокодах? 17. В какой форме записывается программа в машинном коде?

18. Какие команды используются для вызова подпрограммы и для возврата в основную? 19. В чем заключается процедура выполнения программы по шагам?

20. Как осуществляется начальный вход в микропрограмму?

21. Как заставить микропроцессор выполнять функцию таймера, т.е. получать от него сигнал через заданный отрезок времени после поступления определенного входного сигнала?

22.Охарактеризуйте на память пять каких-либо выполняемых микроЭВМ команд.

23.В чем заключается назначение команд пересылки данных?

24.Почему команды пересылки данных можно назвать командами “копирования” данных?

25.Какую текущую команду отрабатывает МП, ответвляясь в подпрограмму?

Глава 4. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ АРХИТЕКТУРЫ И АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭВС

4.1. Требования различных задач к вычислительным ресурсам и ограничения фон-Неймановской архитектуры

В последнее время быстро развивающиеся технологические возможности привели к созданию мощных однокристальных микропроцессоров, таких, как Альфа, Power PC, Pentium, Intel 860 и др. Многие сложные вычислительные задачи удаётся решать на современных PС и рабочих станциях, объединённых в единую локальную сеть. Однако требования, предъявляемые к ЭВМ при необходимости решения проблемных задач первостепенной важности со временем повышаются, а возможности ЭВМ традиционной фон-Неймановской архитектуры ограничены теоретическим и техническими пределами скорости выполнения операций. На рис. 4.1 в координатах производительность - память даны требования к ЭВМ для различных задач. Производительность рассчитана исходя из требования 15-минутного решения задачи, указаны типы современных ЭВМ, включая супер-ЭВМ, которые перекрывают эти требования.

Из приведенной на рис. 4.1 информации можно сделать вывод, что супер-ЭВМ в настоящеевремя неудовлетворяютпредъявляемымк ним требованиямпo производительности иобъему памяти на несколько порядков. Принципиальные причины, не позволяющие построить ЭВМ требуемой производительности, заключаются в следующем. Ограничения накладываются возможностями отвода тепла от микросхем. Жидкостное охлаждение позволяет отвести 20 Вт с одного квадратного сантиметра. Следовательно, чем меньше выделяет энергии схема на одно логическое срабатывание А э , тем меньше выделяется мощности

Рэ=Аэ/tэ

при том же быстродействии, где tэ - время срабатывания элемента. Следовательно, в одном и том же объеме можно сосредоточить большее количество логических элементов и элементов памяти. Если объем растет, растут потери во времени на связи между элементами tсв, и времена tэ становятся соизмеримы, а иногда много меньше, чем tсв. Поэтому, чем выше производительность элемента, тем меньший объем должна иметь вычислительная система.

Немалую роль при создании ЭВМ играет показатель надёжности элемента λ . В зарубежных разработках этот параметр не ограничивает производительности, так как даже для схем большой интеграции величина λ не превышает 10-8. Отечественная элементная база, в особенности на первом этапе производства, имеет λ >10-6, это заставляет вводить резервирование и аппаратный контроль во все устройства машины, что увеличивает объём устройств и потребляемую мощность. Предельная производительность одного процессора, работающего по фон-Неймановскому принципу, вряд ли превзойдёт 108 оп/с на скалярных операциях. В конечном счёте требования к развитию вычислительных средств сводятся к увеличению производительности при уменьшении потребляемой мощности и повышению ожидаемой надёжности функционирования.

Традиционная модель вычислителя сформулирована в работах Тьюринга, Клини, Колмогорова, Глушкова и наиболее полно представлена в работах фон-Неймана в 1969 году. Фон-Неймановская архитектура имеет 4 характеристики (рис. 4.2)

1. Наличие единого вычислительного устройства, включающего процессор, средства передачи информации и память.

2. Линейная структура адресации памяти, состоящей из слов фиксированной длины.

Теоретически возможная пиковая производительность при максимальной комплектации Реально достигнутая производительность на тестовых задачах

Рис. 4.1. Требования к ЭВМ при решении различных задач

3.Низкий уровень машинного языка, команды которого осуществляют операции над элементарными операндами.

4.Централизованное последовательное управление.

Процессор

Рис. 4.2. Традиционная структура ЭВМ

Рис. 4.3. Многопроцессорная архитектура с общей шиной

Один из способов повышения скорости передачи и обработки информации - увеличение числа битов, передаваемых по шине параллельно, почему разрядность МП увеличилась с 8 до 16, затем до 32 бит, а в больших ЭВМ - до 64 разрядов.

4.2. Распараллеливание процессов обработки информации

Первый путь повышения производительности вычислительных средств увеличением быстродействия элементной базы практически исчерпал все возможности, натолкнувшись на теоретический предел 109 - 1016 оп/с. Дальнейнее продвижение в этом направлении требует открытия новых физических принципов обработки информации.

Второй путь, в основе которого лежит распараллеливание процессов обработки информации на всех уровнях решения задачи, шроко использовался на всех этапах развития вычислительных средств (рис. 4.3):

-переход от последовательного счета к параллельному,

-параллельная работа основных устройств ЭВМ,

-введение пакетного режима работы и режима разделения времени,

-мультиплексный режим обработки данных,

-конвейерный режим,

-многопроцессорные и многомашинные комплексы,

-режим управления потоками данных и другие.

Второй путь не исчерпал себя и о успехом будет развиваться в перспективных ЭВМ, особенно в супер-ЭВМ.

4.3. Принцип совмещения операций. Конвейерная обработка информации

Элементной базой ЭВМ многопроцессорной конфигурации с успехом могут служить наборы многокристальных секционных микропроцессоров (рис. 2.8, в). Автономность работы и большое быстродействие БИС управляющего процессора позволяют выбирать команды из памяти с большей скоростью, чем скорость их исполнения БИС операционного процессора. При этом в управляющем процессоре образуется очередь ещё не исполненных команд. Напомним, что очередь - последовательный список, в котором все дополнения вносятся в один конец, а доступ для выборки осуществляется к другому концу списка (FIFO).