1. Поколения вычислительных машин. 5
 Скачать 2.93 Mb.
|
22. Классификация вычислительных систем Альтернативная классификация.Четыре основные классификации: n - кол-во разрядов, m - кол-во процессоров Разрядно-последовательные (n=1) пословно-последовательные (m=1) [n=m=1] Один двоичный запрос в единицу времени Разрядно-параллельные (n>1) пословно-последовательные (m=1) [n>1, m=1] Большинство последовательных компьютеров Разрядно-последовательные (n=1) пословно-параллельные (m>1) [n=1, m>1] Состоят из большого числа одноразрядных процессорных элементов, каждый независим от остальных Разрядно-параллельные (n>1) пословно-параллельные (m>1) [n,m>1] Большая часть параллельных ВС. Обрабатывают n*m двоичных разрядов. Недостатки и достоинства классификации: · введение единой числовой метрики для всех типов ВС, которая вместе с другими характеристиками позволяет сравнивать любые две системы между собой · способ вычислительной ширины битового слоя m · нет различия между разными ВС (процессорные матрицы, векторно-конвейерные и многопроцессорные системы) · не определяется, за счет чего ВС может обрабатывать более одного слова 23. Внутренние связи в вычислительных системахВнутренние связи в вычислительных системах могут быть разделены на три основных типа: с коммутаторами связей, с сетями связей, с конвейерными связями. В самом обширном классе вычислительных систем - МIМD - наиболее широко представлены системы с коммутаторами и с сетями внутренних связей. В первых имеется отдельный (функционально) коммутатор — устройство, которое связывает в систему модули ВС (процессоры и блоки памяти). Обычно коммутатор — это сложное устройство, по стоимости сравнимое с процессором. Во-вторых системах модули системы связываются друг с другом с помощью сети той или иной топологии. При использовании коммутатора все связи между процессорами реализуются через него, а при использовании сети процессоры могут непосредственно связываться только со своими соседями, поэтому обращение к «далекому» процессорному элементу осуществляется через длинную цепочку промежуточных процессорных элементов с непосредственными связями между каждой парой соседей. Конвейерные связи представляют собой последовательное соединение ступеней конвейера, реализованного в вычислительной системе. 24. Устройство управления современного процессора. Определение. Микрокоманда. Микрооперация. Микропрограмма. Задачи решаемые устройством управления.Управляющий автомат, устройство управления процессором (УУ) — блок, устройство, компонент аппаратного обеспечения компьютеров. Представляет собой конечный дискретный автомат. Структурно устройство управления состоит из: дешифратора команд (операций), регистра команд, узла формирования (вычисления) текущего исполнительного адреса, счётчика команд. УУ современных процессоров обычно реализуются в виде микропрограммного автомата и в этом случае УУ включает в себя ПЗУ микрокоманд. УУ предназначено для формирования сигналов управления для всех блоков машины. В архитектуре Фон-Неймана является неотъемлемой частью центрального процессора. Примеры работы УУ при исполнении команды Пересылка данных из одного внутреннего регистра процессора в другой. Эта команда исполняется за 2—3 такта синхроимпульсов. В первом такте УУ выдает на шину адреса состояние счетчика команд ПК для выборки кода очередной команды и импульс чтения ОЗУ, при этом анализируется бит готовности ОЗУ. При готовности ОЗУ код команды передается в регистр текущей команды. Иначе УУ исполняет такты ожидания, не изменяя состояние линий управления/адреса. Собственно исполнение этой команды выполняется за два такта синхроимпульсов, если выборка команды и декодирование её производится в одном такте. В первом такте УУ декодирует код регистра команды. Во втором такте на внутреннюю общую шину данных с помощью ключей выдается состояние регистра-источника и одновременно вход регистра-приемника подключается другими ключами к этой же внутренней шине данных, в результате этого регистр-приемник принимает состояние регистра-источника. Далее УУ размыкает ключи и переходит к исполнению следующей команды. Запись внутреннего регистра процессора в ОЗУ по адресу из адресного регистра. Выборка команды из ОЗУ происходит аналогично. Для исполнения этой команды необходимо несколько тактов. Как всегда, в первом такте производится чтение и дешифрация кода команды. Затем на внешнюю шину адреса ключами, управляемыми от УУ, выдается состояние адресного регистра, и, одновременно, на внешнюю шину данных выдается состояние регистра-источника, на линию управления записью в память выдается сигнал записи. УУ проверяет сигнал готовности памяти, если ОЗУ готово, то УУ снимает все сигналы управления и переходит к чтению следующей команды, иначе исполняет пустые такты ожидания. Исполнение команды условного перехода. Помимо аналогичных описанных действий, УУ дополнительно анализирует внутренний регистр состояний процессора — результата исполнения предыдущей команды. Например, если в результате предыдущей команды сложения или вычитания был получен результат 0, то в бите регистра состояния процессора (флаге) записывается признак нуля. УУ при исполнении команды условного перехода анализирует этот флаг и, в зависимости от его состояния, либо загружает в счетчик команд указанный в команде адрес перехода, либо при невыполнении условия загружает в счетчик команд адрес следующей по порядку в программе команды. Описанные примеры упрощены, в современных процессорах стремятся исполнить в одном такте как можно больше действий, иногда действия производятся на фронте и спаде тактового сигнала. Когда одна команда занимает несколько слов в программной памяти, тогда УУ последовательно считывает все слова кода команды и, только после этого, приступает к её исполнению. Микрокоманда - элементарное действие, обеспечивающее выполнение заданной операции, УУ процессора генерирует последовательность микрокоманд в соответствии с кодом поступившей команды. Каждая микрокоманда выполняется в течение одного машинного такта. Микрооперация - элементарное машинное действие (элементарная операция), которое выполняется над содержимым операционных блоков (операндами). Микропрограмма (англ. firmware) — системное программное обеспечение, встроенное («зашитое») в аппаратное устройство, и хранящееся в его энергонезависимой памяти. или: Компьютерная программа, записанная на интегральной микросхеме ПЗУ и управляющая работой аппаратного обеспечения. Программа, записанная на той же микросхеме, что и процессор, и превращающая его в специализированный для управления аппаратным обеспечением (микроконтроллер). Программа по тактам управляющая ресурсами вычислительного устройства (ALU, сдвигатели, мультиплексоры и др.). Обычно в командном слове выделяются отдельные биты для управления необходимым устройством. Программа конфигурирования различных ПЛИС (FPGA, CPLD, PAL и т. п.). Каждая фаза - набор микроопераций, который образует микропрограмму УУ решает 2 задачи: · Организация выполнения процессором микроопераций в нужной последовательности · Формирование управляющих сигналов, необходимых для выполнения каждой микрооперации |