Особенности процессорных архитектур. Cisc и risc мархитектура. Их краткая характеристика
 Скачать 2.4 Mb.
|
20. Организация регистров современного процессора.Основные регистры процессоров Обычно процессоры разделены на две части: операционное устройство (ОУ) и шинный интерфейс (ШИ). Роль ОУ заключается в выполнении команд, в то время как ШИ подготавливает команды и данные для выполнения. ОУ содержит АЛУ и устройство управления УУ и регистры общего назначения. Эти устройства обеспечивают выполнение команд, арифметические вычисления и логические операции. Три элемента ШИ - блок управления шиной, очередь команд и сегментные регистры - осуществляют три важные функции: 1. ШИ управляет передачей данных на ОУ, в память и на внешние устройства ввода-вывода. 2. Сегментные регистры управляют адресацией памяти. 3. Выборка команд. Все программные команды находятся в памяти, и ШИ должен иметь доступ к ним для выборки их в очередь команд. ШИ должен "заглядывать вперед" и выбирать команды так, чтобы всегда существовала непустая очередь команд, готовых для выполнения. ОУ и ШИ работают параллельно, причем ШИ опережает ОУ на один шаг. ОУ сообщает ШИ о необходимости доступа к данным в памяти или на устройство ввода-вывода. Кроме того, ОУ запрашивает машинные команды из очереди команд. Пока ОУ занято, ШИ выбирает следующую команду из памяти. Эта выборка происходит во время выполнения, что повышает скорость обработки. Сегментные регистры Сегментом называется область, которая начинается на границе параграфа, т.е. по любому адресу, кратному 16. Хотя сегмент может располагаться в любом месте памяти и иметь размер до 64 Кбайт, он требует столько памяти, сколько необходимо для выполнения программы. Сегмент кодов (CS) содержит машинные команды, которые будут выполняться. Обычно первая выполняемая команда находится в начале этого сегмента и операционная система передает управление по адресу данного сегмента для выполнения программы. Регистр сегмента кодов (CS) адресует данный сегмент. Сегмент данных (DS) содержит определенные данные, константы и рабочие области, необходимые программе. Регистр сегмента данных (DS) адресует данный сегмент. Сегмент стека (SS) содержит адреса возврата как для программы при возврате в операционную систему, так и для вызовов подпрограмм при возврате в главную программу. Регистр сегмента стека (SS) адресует данный сегмент. Еще один сегментный регистр - дополнительный регистр сегмента (ES) - предназначен для специального использования. Регистры общего назначения Регистр - совокупность устройств, используемых для хранения информации, и обеспечения быстрого доступа к ней. Регистр (AX) является основным сумматором и применяется для всех операций ввода-вывода, некоторых операций над строками и некоторых арифметических операций. Регистр (BX) является базовым регистром. Это единственный регистр общего назначения, который может использоваться в качестве индекса для расширенной адресации. Регистр (CX) является счетчиком. Он необходим для управления числом повторений циклов и для операций сдвига или вправо. Регистр (CX) используется также для вычислений. Регистр (DX) является регистром данных. Он применяется для некоторых операций ввода-вывода и тех операций умножения и деления над большими числами. Регистровые указатели (SP и BP) обеспечивают системе доступ к данным в сегменте стека. Регистр (SP) обеспечивает использование стека в памяти, позволяет временно хранить адреса и иногда данные. Этот регистр связан с регистром (SS) для адресации стека. Регистр (BP) облегчает доступ к параметрам (данным и адресам, переданным через стек). Индексные регистры (SI и DI) применяются для расширенной адресации и для использования в операциях сложения и вычитания. Регистр (SI) является индексом источника и применяется для некоторых операций над строками. Регистр (DI) является индексом назначения и применяется также для некоторых операций над строками. Регистр командного указателя (IP) содержит смещение на команду, которая должна быть выполнена 21.Фон-неймановская архитектура  22.BIOS и UEFI. Определение. Состав. Предназначение. BIOS - базовая система ввода-вывода определяет ход процесса загрузки компьютера. Лишь только после этого происходит загрузка операционной системы ПК и дальнейшая его работа происходит уже под управлением ОС. Назначение: обслуживание компонентов компьютера, определение и установка взаимосвязи между этими компонентами, режимов их работы. Физически BIOS - это набор нескольких программ. Настройка самой BIOS происходит с помощью программы BIOS SetUp, в которую можно попасть при нажатии кнопки Delete (либо, в некоторых версиях - F2) во время загрузки компьютера. Есть два типа перезаписываемых микросхем, хранящих BIOS: микросхемы EPROM: содержимое этих микросхем может стерто при помощи ультрафиолетового излучения специальным прибором (старый вариант); микросхемы EEPROM: содержимое этих микросхем может быть стерто при помощи электрического сигнала, при этом микросхему не обязательно вынимать из компьютера. UEFI — это стандартный интерфейс встроенного ПО для компьютеров, заменяющий BIOS. В создании этого стандарта участвовали более 140 технологических компаний, составляющих часть консорциума UEFI, включая Майкрософт. Стандарт был создан для улучшения взаимодействия программного обеспечения и устранения ограничений BIOS. Вот некоторые из преимуществ UEFI: • Повышение безопасности путем защиты процессов, выполняемых перед запуском или загрузкой, от атак bootkit. • Уменьшение времени загрузки или восстановления после гибернации. • Поддержка дисков объемом более 2,2 Тбайт. • Поддержка современных драйверов устройств с 64-разрядным встроенным ПО, которые система может использовать для привлечения более 17,2 миллиарда гигабайт памяти во время запуска. • Возможность использовать BIOS с оборудованием UEFI. 23. Поколения вычислительных машин. Перове поколение: ЭВМ первого поколения были ламповыми машинами 50-х годов. Их элементной базой были электровакуумные лампы. Эти ЭВМ были весьма громоздкими сооружениями, содержавшими в себе тысячи ламп, занимавшими иногда сотни квадратных метров территории, потреблявшими электроэнергию в сотни киловатт. Для ввода программ и данных применялись перфоленты и перфокарты. Не было монитора, клавиатуры и мышки. Использовались эти машины, главным образом, для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. Второе поколение: В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Машины стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Возросло быстродействие и объем внутренней памяти. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. В этот период стали развиваться языки программирования высокого уровня: ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Составление программы перестало зависеть от конкретной модели машины, сделалось проще, понятнее, доступнее. Третье поколение: В 1959 г. был изобретен метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные таким образом схемы стали называться интегральными схемами или чипами. Изобретение интегральных схем послужило основой для дальнейшей миниатюризации компьютеров. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год. Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах (ИС). ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370. В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски. Четвертое поколение: Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов. В 1971 году американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Это событие стало революционным в электронике. Микропроцессор – это миниатюрный мозг, работающий по программе, заложенной в его память. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода и внешней памяти, получили новый тип компьютера: микро-ЭВМ. Микро-ЭВМ относится к машинам четвертого поколения. Наибольшее распространение получили персональные компьютеры (ПК). Их появление связано с именами двух американских специалистов: Стива Джобса и Стива Возняка. В 1976 году на свет появился их первый серийный ПК Apple-1, а в 1977 году – Apple-2. Однако с 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее архитектура стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (Personal Computer). Пятое поколение: Они будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта. Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом. Соответственно, предполагается применение принципиально новых технологий. Огромные усилия были предприняты Японией в разработке компьютера 5-го поколения с искусственным интеллектом, но успеха они пока не добились. Фирма IBM тоже не намерена сдавать свои позиции мирового лидера. Мировая гонка за создание компьютера пятого поколения началась еще в 1981 году. С тех пор еще никто не достиг финиша. (Таблица(не полная замена текста, но думаю, что ее должно хватить))
24. Классификация вычислительных систем по Флинну. По-видимому, самой ранней и наиболее известной является классификация архитектур вычислительных систем, предложенная в 1966 году М.Флинном. Классификация базируется на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн выделяет четыре класса архитектур: SISD,SIMD, MISD,MIMD.   SISD (single instruction stream / single data stream) - одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические последовательные машины, или иначе, машины фон-неймановского типа. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом, и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных. Не имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка.   SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными - элементами вектора. Способ выполнения векторных операций не оговаривается, поэтому обработка элементов вектора может производиться либо процессорной матрицей, либо с помощью конвейера.  MISD (multiple instruction stream / single data stream) - множественный поток команд и одиночный поток данных. Определение подразумевает наличие в архитектуре многих процессоров, обрабатывающих один и тот же поток данных. Однако ни Флинн, ни другие специалисты в области архитектуры компьютеров до сих пор не смогли представить убедительный пример реально существующей вычислительной системы, построенной на данном принципе. Ряд исследователей относят конвейерные машины к данному классу, однако это не нашло окончательного признания в научном сообществе. Будем считать, что пока данный класс пуст.   MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) - множественный поток команд и множественный поток данных. Этот класс предполагает, что в вычислительной системе есть несколько устройств обработки команд, объединенных в единый комплекс и работающих каждое со своим потоком команд и данных. 25. Состав системного блока современной рабочей станции. Единицы измерения рабочих частот процессоров и системных шин. Единицы измерения всех видов памяти. Состав системного блока современной рабочей станции: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||