Особенности процессорных архитектур. Cisc и risc мархитектура. Их краткая характеристика
 Скачать 2.4 Mb.
|
14. Принципы фон-Неймана по построению вычислительных систем.1. Использование двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Преимущество перед десятичной системой счисления заключается в том, что устройства можно делать достаточно простыми, арифметические и логические операции в двоичной системе счисления также выполняются достаточно просто. 2. Программное управление ЭВМ. Работа ЭВМ контролируется программой, состоящей из набора команд. Команды выполняются последовательно друг за другом. Созданием машины с хранимой в памяти программой было положено начало тому, что мы сегодня называем программированием. 3. Память компьютера используется не только для хранения данных, но и программ. При этом и команды программы и данные кодируются в двоичной системе счисления, т.е. их способ записи одинаков. Поэтому в определенных ситуациях над командами можно выполнять те же действия, что и над данными. 4. Ячейки памяти ЭВМ имеют адреса, которые последовательно пронумерованы. В любой момент можно обратиться к любой ячейке памяти по ее адресу. Этот принцип открыл возможность использовать переменные в программировании. 5. Возможность условного перехода в процессе выполнения программы. Не смотря на то, что команды выполняются последовательно, в программах можно реализовать возможность перехода к любому участку кода. Самым главным следствием этих принципов можно назвать то, что теперь программа уже не была постоянной частью машины (как например, у калькулятора). Программу стало возможно легко изменить. А вот аппаратура, конечно же, остается неизменной, и очень простой.  15. Конвейерная организация. Простейшая организация конвейера и оценка его производительности. Примеры. Конвейерный принцип обработки информации подразумевает, что в каждый момент времени процессор работает над различными стадиями выполнения нескольких команд, причем на выполнение каждой стадии выделяются отдельные аппаратные ресурсы. По очередному тактовому импульсу каждая команда в конвейере продвигается на следующую стадию обработки, выполненная команда покидает конвейер, а новая поступает в него. Происходит повышение производительности: · За счет совершенствования элементной базы (переход к новой интегральной технологии, рост плотности размещения компонентов на единице площади кристалла, рост частоты · За счет рациональной организации процесса выполнения команд в компьютере (параллелизм, архитектурные решения: CISC и RISC) Конвейер имеет два независимых блока обработки – извлечение и выполнения команды. Пока команда выполняется на втором блоке, первый блок может загружать следующую машинную команду Причины снижения производительности конвейера: · Время выполнения больше времени извлечения команды · В командах условного перехода нельзя заранее предсказать адрес следующей выполняемой команды Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых команд и операндов соответствует максимальной производительности конвейера. Если произойдет задержка, то параллельно будет выполняться меньше операций, и суммарная производительность снизится Простейшая организация конвейера: 1. Выборка команды (чтение очередной команды из памяти и занесение ее в регистр команды) 2. Декодирование команды (определение кода операции и способов адресации операндов) 3. Вычисление адресов (вычисление адреса операнда) 4. Выборка операндов (извлечение операндов из памяти. Эта операция не нужна для операндов, находящихся в регистрах) 5. Исполнение команды (непосредственное выполнение команды) 6. Запись результата Конвейеризация увеличивает пропускную способность процессора (количество команд, завершающихся в единицу времени), но она не сокращает время выполнения отдельной команды. Конвейеризация – это техника, в результате которой задача или команда разбивается на некоторое число подзадач, которые выполняются последовательно. Каждая подкоманда выполняется на своем логическом устройстве. Все логические устройства (ступени) соединяются последовательно таким образом, что выход i-ой ступени связан с входом (i+1)-ой ступени, все ступени работают одновременно. Множество ступеней называется конвейером. Выигрыш во времени достигается при выполнении нескольких задач за счет параллельной работы всех ступеней, вовлекая на каждом такте новую задачу или команду. Функциональная структура конвейерных ВС представляется в виде последовательности связанных элементарных блоков обработки (ЭБО) информации. Все блоки работают параллельно, но каждый из них реализует лишь свою операцию над данными одного и того же потока. |