Конвейеризация - способ обеспечения параллельности выполнения команд

Выполнение типичной команды можно разделить на следующие этапы:

• выборка команды - IF (по адресу, заданному счетчиком команд, из памяти извлекается команда);
• декодирование команды / выборка операндов из регистров - ID;
• выполнение операции / вычисление эффективного адреса памяти - EX;
• обращение к памяти - MEM;
• запоминание результата - WB.
  

В зависимости от типа команды и способа адресации, время выполнения команды сильно варьируется. Дольше всего выполняются этапы, связанные с обращением к памяти. На рисунках показаны блоки и конвейер команд гипотетического процессора, имеющего пять блоков исполнения команд и соответственно пять этапов (ступеней). Изображены выполняемые команды, номера тактов и этапы выполнения команд. На первом такте считывается первая команда. На втором, пока декодируется первая команда, считывается вторая. На пятом такте в процессоре одновременно находятся пять команд, каждая в своем узле.

Конвейеризация увеличивает пропускную способность процессора (количество команд, завершающихся в единицу времени), но она не сокращает время выполнения отдельной команды. Имеются некоторые накладные расходы на конвейеризацию, возникающие в результате несбалансированности задержки на каждой его ступени. Частота синхронизации (такт синхронизации) не может быть выше, чем время, необходимое для работы наиболее медленной ступени конвейера. Конвейер не всегда представляет собой линейную цепочку этапов. В ряде ситуаций оказывается выгодным, когда функциональные блоки соединены между собой не последовательно, а в соответствии с логикой обработки. Отдельные блоки в цепочке могут пропускаться, а другие - образовывать циклические процедуры. Это позволяет с помощью одного конвейера вычислять более одной функции.

Поток команд - естественная последовательность команд, проходящая по конвейеру процессора. Процессор может поддерживать несколько потоков команд (суперпроцессоры 5 и 6 поколения), если для каждого потока и каждого этапа есть исполнительные элементы.

Суперконвейер команд - разбиение каждой ступени на подступени при одновременном увеличении тактовой частоты внутри конвейера; включение в состав процессора многих конвейеров, работающих с перекрытием. Дробление ступеней позволяет поднять тактовые частоты процессора. К суперконвейерным относятся процессоры, в которых число ступеней больше шести

9. Скалярная и векторная обработка информации

Векторный процессор - это процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать массивы данных - векторы. Векторный процессор может быть реализован в двух вариантах. В первом он представляет собой дополнительный блок к универсальной вычислительной машине (системе). Во втором - векторный процессор является основой самостоятельной ВС.

В архитектуре средств векторной обработки используется один из двух подходов - векторно-параллельный или векторно-конвейерный.
В векторно-параллельном процессоре одновременные операции над элементами векторов проводятся с помощью нескольких функциональных блоков (ФБ) с плавающей запятой, каждый из которых отвечает за одну пару элементов.
В векторно-конвейерном варианте обработка элементов векторов производится одним конвейерным ФБ. Операции с числами в форме с ПЗ достаточно сложны, но поддаются разбиению на отдельные шаги. Каждый этап обработки может быть реализован с помощью отдельной ступени конвейерного ФБ. Очередная пара элементов векторов-операндов подается на вход конвейера как только освобождается его первая ступень.
Одновременные операции над элементами векторов можно проводить и с помощью нескольких конвейерных ФБ. Такого рода обработка совмещает векторно-параллельный и векторно-конвейерный подходы.

Для повышения скорости обработки векторов все функциональные блоки векторных процессоров строятся по конвейерной схеме, причем так, чтобы каждая ступень любого из конвейеров справлялась со своей операцией за один такт (число ступеней в разных функциональных блоках может быть различным).

(Супер) скалярный процессор (например,`Motorola MC68060), исполняет множество (до 4-х в упомянутом процессоре) разных команд за один такт.

Скалярная система основана на выполнении обычных арифметических операций над отдельными числами или парами чисел. Строго говоря, системы, использующие скалярную обработку данных, по своей производительности уступают суперЭВМ, но у них наблюдаются тенденции, характерные для высокопроизводительных вычислительных систем: необходимость распараллеливания больших задач между процессорами.

10. Требования к охлаждению процессора

В блоках питания корпусов типа АТХ вентилятор, как правило, вытяжной. Наружный воздух подается внутрь корпуса через специальные отверстия в передней панели. Но собственные вентиляторы компонентов рассчитаны на прокачку поступающего воздуха с температурой не выше 30-35 градусов.

Нередко складывается ситуация, когда вентилятор получает воздух от трудолюбивого «соседа», сильно нагревающегося в процессе работы. Естественно, что начинает перегреваться охлаждаемая им микросхема, и это вызывает общее повышение температуры воздуха внутри корпуса. Все вентиляторы и микросхемы получают горячий воздух, и далее процесс принимает лавинный характер.

Количество потребления электроэнергии зависит от комплектации. Цифры разнятся – от 150 до 500 Вт. Например, Intel i7, в среднем «ест» около 350 Вт. (выцеплено с какого-то форума)

Нормальная и предельная температуры процессоров на основе Intel i7:

1. Пассивное охлаждение (отвод тепла от радиатора осуществляется излучением тепла и естественной конвекцией)
2. Активное охлаждение (отвод тепла от радиатора осуществляется излучением (радиацией) тепла и принудительной конвекцией (обдув вентиляторами))

11. BIOS компьютера. Назначение, настройка параметров

BIOS (Basic Input/Output System) - 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. Во время работы компьютера BIOS обеспечивает базовые функции ввода-вывода информации и функции взаимодействия различных устройств между собой.

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 (не стоит путать программу BIOS SetUp с самой системой BIOS).

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.

12. Диагностика компьютера по сигналам BIOS POST

При каждом включении компьютера автоматически запускается диагностическая программа само тестирования при включении питания POST (Power-On-Self-Test), которая "записана" в ПЗУ BIOS.

POST выполняет проверку всех важнейших компонентов компьютера: контролирует работоспособность процессора, CMOS, поддерживающих чипов материнской платы, а также проводит быстрый тест оперативной памяти. Информация о том, как прошла диагностика компьютера, выдается на динамик компьютера в виде специального звукового сигнала.

Если компьютер работает нормально, то есть диагностическая программа POST успешно завершилась, вы услышите один короткий звуковой сигнал, после чего начнется загрузка операционной системы компьютера.

При обнаружении неработоспособного компонента компьютера диагностическая программа POST выдает специальный звуковой сигнал (последовательность коротких и длинных гудков), характеризующий обнаруженную ошибку, а компьютер прекращает свою работу.

Если компьютер выдал последовательность коротких и длинных гудков и прекратил работу, нужно подсчитать число гудков для последующего их анализа. Можно выключить компьютер, выждать около 30 секунд и снова его включить.

13. Структура и основные компоненты материнской платы компьютера

Материнская плата, также называемая главной или системной платой (в разговорах специалистов просто “ мать ”), представляет собой одно из основных устройств в компьютере и обеспечивает связь между всеми элементами. Она изготовляется из стекловолокна, причем состоит из нескольких листов, на которые наносятся контакты (так называемая печатная плата) и имеет многослойную структуру.

На ней располагаются следующие основные элементы: процессор, оперативная память, набор управляющих микросхем(чипсет), BIOS, кэш-память, шины, слоты расширения, батарейка и другие устройства. Кроме вышеперечисленных устройств, на плате име­ются разъемы для параллельных, последовательных портов (для подключения клавиатуры и мыши), источника питания, встроенного динамика, индикаторов и кнопок, находящихся на передней панели системного блока. Тип материнской платы влияет на производительность компьютера и определяет те устройства, которые можно к ней подключить.

Для передачи данных между устройствами, расположенными на материнской плате, используются проводники, называемые шиной. Шины используются для передачи информации между устройствами и могут быть нескольких видов: шина главного процессора (на которой работает процессор и кэш-память), системная шина. Системная шина является основным источником передачи информации между устройствами, находящимися на материнской плате и вне ее, такими, как оперативная память, процессор, клавиатура, жесткий диск, флоппи-дисковод, клавиатура, мышь и так далее. Конечно, такое взаимодействие происходит не напрямую, а через специальные устройства, называемые контроллерами.

Чипсет – набор микросхем на материнской плате, который выполняет роль связывающего элемента, которое обеспечивает прохождение сигнала по шинам к оперативной памяти, слотам расширения, центрального процессора, таймера и других устройств. В современных компьютерах он состоит из двух частей: северный мост и южный мост. Северный мост отвечает за связи по шине с центральным процессором с одной стороны и с южным мостом, оперативной памятью. В северный мост может быть интегрирована видеоподсистема. Южный мост являются связующим звеном между северным мостом и жестким диском, DVD-накопителем, картами расширения, USB и прочими. В него может быть встроена аудиосистема.

14. Понятие шины адреса и шины данных

Шина адреса — компьютерная шина, используемая центральным процессором или устройствами, способными инициировать сеансы DMA, для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи.

Основной характеристикой шины адреса является её ширина в битах. Ширина шины адреса определяет объём адресуемой памяти.

Шина данных — часть системной шины, предназначенная для передачи данных между компонентами компьютера^[1].

В компьютерной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения всем устройствам (шина адреса) — кому эти данные предназначены.

На материнской плате шина может также состоять из множества параллельно идущих через всех потребителей данных проводников

Основной характеристикой шины данных является её ширина в битах. Ширина шины данных определяет количество информации, которое можно передать за один такт.

15. Системы счислений и устройство памяти процессора CISC на примере Intel x86

Система счисле́ния (англ. numeral system или system of numeration) — символический метод записи чисел, представление чисел с помощью В позиционных системах счисления один и тот же числовой знак (цифра) в записи числа имеет различные значения в зависимости от того места (разряда), где он расположен.

Представление чисел в формате с фиксированной запятой. Целые числа в компьютере хранятся в памяти в формате с фиксированной запятой. В этом случае каждому разряду ячейки памяти соответствует всегда один и тот же разряд числа, а "запятая" "находится" справа после младшего разряда, то есть вне разрядной сетки.

Для хранения целых неотрицательных чисел отводится одна ячейка памяти (8 битов). Например, число А₂ = = 11110000₂ будет храниться в ячейке памяти следующим образом:

Максимальное значение целого неотрицательного числа достигается в случае, когда во всех ячейках хранятся единицы. Для n-разрядного представления оно будет равно

2ⁿ - 1.

Представление чисел в формате с плавающей запятой. Вещественные числа хранятся и обрабатываются в компьютере в формате с плавающей запятой. В этом случае положение запятой в записи числа может изменяться.

Формат чисел с плавающей запятой базируется на экспоненциальной форме записи, в которой может быть представлено любое число. Так число А может быть представлено в виде:

где m - мантисса числа;
q - основание системы счисления;
n - порядок числа.

x86 (англ. Intel 80x86) — архитектура процессора c одноимённым набором команд, впервые реализованная в процессорах компании Intel.

Использует сегментированную модель памяти, организованную следующим образом: адресное пространство в 1 MiB разбивается на 16-байтовые блоки, называемые параграфами. Всего параграфов в 1 MiB — 65536, что позволяет пронумеровать их 16-разрядными числами. Сегменты памяти имеют размер 65536 байт, и всегда начинаются на границе параграфа. Адрес ячейки памяти состоит из двух частей: номера параграфа, с которого начинается сегмент и смещения внутри сегмента и обычно записывается как SSSS:OOOO (Segment и Offset), где S и O — шестнадцатеричные цифры. SSSS называется сегментной компонентой адреса, а OOOO — смещением. Адрес ячейки, выдаваемый на шину, представляет собой сегментную компоненту умноженную на 16 плюс смещение. Сегментная компонента помещается в специальный регистр, называемый сегментным, а смещение в регистр IP(регистр инструкций). Микропроцессоры 8086/8088, 80186/80188 и 80286 имели четыре сегментных регистра, т.е могли работать одновременно с четырьмя сегментами памяти, имеющими определенное назначение. В 80386 добавили ещё два, не имеющих специального назначения.

 CS — Сегмент кода. Используется для выборки команд программы;

 DS — Сегмент данных. Используется по умолчанию для доступа к данным;

 ES — Дополнительный сегмент. Является получателем данных в командах обработки строк;

 SS — Сегмент стека. Используется для размещения программного стека;

Несмотря на то, что сегментные регистры имеют специальные назначения, архитектура допускает при обращении к данным заменить один сегмент на любой другой. Сегменты кода, стека и получателя строк всегда используют регистры CS, SS и ES и не могут быть изменены.

16. Основные устройства, входящие в состав персонального компьютера

Оперативная память занимает значительную часть адресного пространства компьютера. Ее установленный объем и быстродействие оказывают огромное влияние на быстродействие персонального компьютера в целом (порой даже большее, чем скорость процессора). Надежность ее работы во многом определяет надежность всего компьютера. Поэтому всеми разработчиками ей уделяется большое внимание.

Все персональные компьютеры используют оперативную память динамического типа (DRAM — Dynamic Random Access Memory), основным преимуществом которой перед статической оперативной памятью (SRAM — Static RAM) является низкая цена.

Системная постоянная память (ПЗУ) занимает сравнительно небольшой объем (обычно 64 Кбайта). Однако ее значение для компьютера очень велико. Само ее название ROM BIOS (ROM Basic Input/Output System) — базовая система ввода/вывода — говорит о том, что в ней находится функционально полный набор программ нижнего уровня для управления устройствами ввода/вывода. Поэтому даже до загрузки в оперативную память исполняемых программ с диска компьютер имеет возможность обслуживать клавиатуру, дисплей, подавать звуковые сигналы, общаться с дисками и т.д.

Помимо микропроцессора и системной памяти на системной (материнской) плате располагаются и другие важные модули, обеспечивающие работоспособность компьютера: контроллеры прерываний и прямого доступа, тактовый генератор, системный таймер, буферные микросхемы, контроллер шины и т.д. В первых компьютерах семейства все эти функции выполняли отдельные специализированные микросхемы сравнительно низкой степени интеграции. В современных компьютерах применяются сверхбольшие интегральные схемы, которые, тем не менее, обеспечивают полную программную и аппаратную совместимость с предыдущими моделями. Эти микросхемы называются набором микросхем или chipset (чипсет). Преимущества такого подхода — chipset занимает меньше места на плате, меньшая потребляемая мощность, значительно большая надежность. Компьютеры, выполненные на системных платах с chipset известных фирм, имеют лучшую репутацию. В большинство наборов микросхем входит так называемый периферийный контроллер, включающий два контроллера прерываний, два контроллера прямого доступа к памяти, таймер, часы реального времени, а также CMOS-память.

Системный тактовый генератор генерирует сигналы синхронизации для работы микропроцессора, всех контроллеров и системной шины.

Видеоадаптер представляет собой устройство сопряжения компьютера с видеомонитором и чаще всего выполняется в виде специальной платы расширения, вставляемой в системную шину или локальную шину компьютера. При этом изображение, формируемое на экране монитора, хранится в видеопамяти, входящей в состав видеоадаптера.

Видеопамять представляет собой оперативную память, которая, хотя и не является, по сути, системной памятью, рассматривается процессором как часть системной памяти с адресами A0000 — BFFFF (всего 128 Кбайт). То есть с этой памятью процессор может взаимодействовать как с системной оперативной памятью: писать информацию в любую ячейку и читать информацию из любой ячейки. Но одновременно эта же память постоянно сканируется (то есть последовательно опрашивается) самим видеоадаптером для формирования растрового изображения на экране монитора. То есть доступ к этой памяти имеют как процессор, так и видеоадаптер.

В графическом режиме в видеопамяти хранится описание каждой точки на экране монитора. Каждой точке соответствует несколько бит памяти (используется ряд: 1, 4, 8, 16, 24 бит на одну точку). При этом, соответственно, каждая точка может иметь 2ⁿ состояний, где n — количество битов, а под состоянием понимается цвет и яркость точки. При одном бите точка может быть белой или черной, при 4 битах она может иметь 16 цветов, при 8 битах — 256, при 16 битах — 65 536, а при 24 битах — 16 777 216 цветов и оттенков. Здесь же отметим, что общее количество точек на экране в современных компьютерах выбирается из ряда 640 (по горизонтали) x 480 (по вертикали), 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x1200. Отсюда нетрудно рассчитать требуемый для полного экрана объем видеопамяти. Так, например, при разрешении 800x600 точек и при 256 цветах (8 бит или 1 байт) требуется 800x600x1 = 480 000 байт памяти. При разрешении 1024x768 и 65 536 цветов (2 байта) требуется 1024x768x2 = 1 572 864 байта.

Принцип работы клавиатуры довольно прост. Он сводится к постоянному сканированию (последовательному опросу) всех клавиш (обычно применяется 101-клавишная клавиатура) и к пересылке в компьютер номера нажатой клавиши (8-битного скэн-кода), причем как при ее нажатии, так и при отпускании. При отпускании клавиши ее скэн-код предваряется посылкой кода F0. Если клавиша удерживается длительное время, то через заданный интервал посылки ее скэн-кодов повторяются с заданной частотой. Если одновременно нажимается более одной клавиши, то повторяется посылка кода только последней из нажатых клавиш.

При получении скэн-кода контроллером 8042 он формирует сигнал запроса аппаратного прерывания IRQ1. Это приводит к вызову программы обработки нажатия клавиши, находящейся в BIOS. Служебные клавиши (Shift, Сtrl, Alt) и переключающие клавиши (Caps Lock, Insert, Num Lock) обрабатываются специальным образом, а в случае нажатия символьных клавиш их скэн-коды преобразуются в коды соответствующих символов и помещаются в буфер клавиатуры. Буфер клавиатуры — это 16-байтная область памяти, организованная по принципу FIFO "первый вошел — первый вышел", в которой хранятся коды нажатых клавиш до тех пор, пока их сможет обработать программа.

Внешняя память компьютера представляет собой дисковые накопители информации — встроенный накопитель на жестком диске (винчестер) и накопитель на сменных гибких дисках (дискетах). В обоих случаях магнитные диски хранят информацию в виде намагниченных концентрических дорожек (цилиндров) на магнитном покрытии, разбитых на сектора. Диск в накопителе постоянно вращается, а запись и чтение информации производятся перемещаемыми вдоль радиуса диска магнитными головками. Благодаря постоянному прогрессу технологии производства накопителей, развитию технологии магнитных покрытий и магнитных головок, емкость винчестеров повысилась до нескольких десятков гигабайт, а емкость дискет — до сотен мегабайт (правда, стандартным пока считается объем дискеты 1,44 Мбайт).

Важный параметр любого дисковода — это его быстродействие, которое определяется, с одной стороны, достижимой скоростью записи/чтения информации, а с другой — временем позиционирования (то есть установки в нужное положение) магнитной головки дисковода. Немаловажно и быстродействие интерфейса, осуществляющего связь компьютера с накопителем, а также применяемые способы организации обмена информацией.

В настоящее время наиболее распространены два стандартных интерфейса для винчестеров:

• IDE (Integrated Drive Electronics) — интерфейс для дисковых накопителей, официальное название — ATA (AT Attachment). Именно этот интерфейс применяется в качестве основного в персональных компьютерах. Скорость обмена может достигать 133 Мбайт/с.
• SCSI (Small Computer System Interface) — малый компьютерный системный интерфейс. В принципе, он используется и для подключения других устройств (например, сканеров), но основное его применение — для дисководов. Как правило, данный интерфейс изначально включается в структуру только некоторых серверов, а для его реализации в персональных компьютерах необходима дополнительная плата расширения (кстати, довольно дорогая). Скорость обмена может достигать 320 Мбайт/с.

17. Структура и назначение элементов процессора

Микропроцессор (МП), или central processing unit (CPU) – функционально- законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших (БИС) или сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

Упрощенная структура микропроцессора:

Устройство управления (УУ) – является функционально наиболее сложным устройством микропроцессора. Оно вырабатывает управляющие сигналы во все блоки МП и компьютера с целом для исполнения заданной команды.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Микропроцессорная память (МПП) – сверхбыстродействующая память, выполненная на регистрах и используемая микропроцессорам при непосредственном выполнении команд. Количество регистров МПП составляет несколько десятков.

Узел формирования адреса - блок, отвечающий за формирования адресов для выбора следующих команд или данных.

Интерфейсная система – выводы и схемы сопряжения, предназначенные для эффективной передачи адресов, данных, команд и управляющих сигналов.

Внутренняя шина МП – обеспечивает связь составляющих частей микропроцессора.

При включении микропроцессора интерфейсная система вводит команду по системной шине в устройство управления. В устройстве управления код команды дешифрируется и создается последовательность микрокоманд. Устройство управления согласно микрокомандам переключает (управляет) блоками процессора и компьютера заставляя им выполнять необходимые действия для исполнения заданной команды. Одновременно с этим формируется адрес для загрузки следующей команды или данных, если это необходимо.

Такая организация выполнения команд по одной цепочке имеется в скалярных микропроцессорах. Начиная с процессоров Pentium, и им совместимые относятся к суперскалярным МП и способны выполнять несколько команд параллельно.

В действительности структура процессора довольна сложна. В помощь процессору может использоваться кэш-память, математический сопроцессор, графический сопроцессор, сопроцессоры ввода-вывода, разгружающие центральный процессор от несложных операций взаимодействия с устройствами. В современных процессорах может находиться несколько ядер работающих параллельно на уровне оперативной памяти.
Процессоры персональных компьютеров за время развития прошли несколько этапов эволюционирования от 16 разрядных до 32 и 64 битных структур. Для обеспечения их совместимости МП обеспечивают различные режимы работы: реальный, виртуальный, защищенный, 64 битный режим, режим совместимости. Так же в самых последних процессорах имеются инструкции всех предыдущих поколений.
Для уменьшения выделяемого тепла и потребляемой мощности, в последних моделях микропроцессоров введены блоки управления производительностью в зависимости от загруженности.

18. Назначение и принцип работы АЛУ

Арифме́тико-логи́ческое устро́йство (АЛУ) (англ. arithmetic and logic unit, ALU) — блок процессора, который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований (начиная от элементарных) над данными, называемыми в этом случае операндами.

• Одноразрядное двоичное бинарное (двухоперандное) АЛУ с бинарным (двухразрядным) выходом может выполнять до двоичных бинарных (двухоперандных) функций (операций) с бинарным (двухразрядным) выходом.

Арифметико-логическое устройство в зависимости от выполнения функций можно разделить на две части:

1. микропрограммное устройство (устройство управления), задающее последовательность микрокоманд (команд);
2. операционное устройство, в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд (команд).

По характеру использования элементов и узлов АЛУ делятся на блочные и многофункциональные. В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями выполняются в отдельных блоках, при этом повышается скорость работы, так как блоки могут параллельно выполнять соответствующие операции, но значительно возрастают затраты оборудования. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.

Принцип работы АЛУ:

Регистры РК, РР, РОН1 и РОН2 - 32-разрядные. Их размер равен размеру машинного слова и совпадает с размером ячейки. Счетчик команд (СчК) и регистр-признак знака результата (W) имеют размер в 1 байт.

Исполнение программы начинается с того, что в СчК (счетчик команд) заносится 00 - адрес первой команды. Затем вступает в работу УУ (управляющее устройство). Оно организует запись в РК (регистр команд) содержимого ячейки, адрес которой указан в СчК. По коду операции УУ определяет, не останов ли это. Если "да", то работа прекращается, иначе содержимое СчК увеличивается на 4, тем самым подготавливается выполнение следующей команды.

Управляющее устройство продолжает анализировать код операции, в зависимости от которого выбирается тот или иной вариант действия.

АЛУ (арифметико-логическое устройство) работает при выполнении арифметических операции, после занесения операндов в регистры общего назначения РОН1 и РОН2 (Регистры общего назначения). Результат операции заносится в РР (регистр результата). Затем УУ переписывает результат в ячейку памяти и переходит к выполнению следующей команды.

19. Назначение и характеристики кеш-памяти

При обращение процессором на прямую к оперативной памяти, ОП не успевает обслуживать поступающие заявки, процессору в этом случае приходится простаивать. Для этого используется специальное структурное решение при организации уровней подсистемы памяти, а именно включений между процессором и ОП быстродействующий КЭШ.

Отличительными особенностями КЭШ являются:

1. Малый объем (от 8кбайт)

2. Быстродействие сравнимое с быстродействием процессора.

Суть заключается в следующем, когда процессору понадобилась информация, сначала он обращается к КЭШ памяти, если информация там есть (такое событие называется КЭШ попаданием), то нужное слово извлекается из КЭШ и передается процессору. Если нет (КЭШ промах), то идет обращение к оперативной памяти, информация помещается в КЭШ затем передается процессору.

Структурная организация КЭШ

Важной отличительной особенностью КЭШ является то, что две операции передачи слова и загрузка блока в ОП могут происходить одновременно. КЭШ соединен с процессором линиями: адрес, данные, управление. Линии данные и адрес подключены к соответствующим буфером. Эти буферы имеют выход на системную магистраль, через которую они могут обмениваться с ОП информацией. Если происходит событие КЭШ попадания, то буферы адреса и данных блокируется.

20. Устройство ячейки оперативной памяти SDRAM, SRAM

Динамическая оперативная память (Dynamic RAM — DRAM) используется в большинстве систем оперативной памяти современных персональных компьютеров. Основное преимущество памяти этого типа состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т. е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большой емкости.

Ячейки памяти в микросхеме DRAM — это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. Именно так (наличием или отсутствием зарядов) и кодируются биты. Проблемы, связанные с памятью этого типа, вызваны тем, что она динамическая, т. е. должна постоянно регенерироваться, так как в противном случае электрические заряды в конденсаторах памяти будут "стекать" и данные будут потеряны. Регенерация происходит, когда контроллер памяти системы берет крошечный перерыв и обращается ко всем строкам данных в микросхемах памяти. Большинство систем имеют контроллер памяти (обычно встраиваемый в набор микросхем системной платы), который настроен на соответствующую промышленным стандартам частоту регенерации, равную 15 мкс. Ко всем строкам данных обращение осуществляется по прохождении 128 специальных циклов регенерации. Это означает, что каждые 1,92 мс (128?15 мкс) прочитываются все строки в памяти для обеспечения регенерации данных.

Это тип динамической оперативной памяти DRAM, работа которой синхронизируется с шиной памяти. SDRAM передает информацию в высокоскоростных пакетах, использующих высокоскоростной синхронизированный интерфейс. SDRAM позволяет избежать использования большинства циклов ожидания, необходимых при работе асинхронной DRAM, поскольку сигналы, по которым работает память такого типа, синхронизированы с тактовым генератором системной платы.

Память SDRAM поставляется в виде модулей DIMM и, как правило, ее быстродействие оценивается в мегагерцах, а не в наносекундах.

Существует тип памяти, совершенно отличный от других, — статическая оперативная память (Static RAM — SRAM). Она названа так потому, что, в отличие от динамической оперативной памяти (DRAM), для сохранения ее содержимого не требуется периодической регенерации. Но это не единственное ее преимущество. SRAM имеет более высокое быстродействие, чем динамическая оперативная память, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры.

По сравнению с динамической оперативной памятью быстродействие SRAM намного выше, но плотность ее гораздо ниже, а цена довольно высока. Более низкая плотность означает, что микросхемы SRAM имеют большие габариты, хотя их информационная емкость намного меньше. Большое число транзисторов и кластеризованное их размещение не только увеличивает габариты микросхем SRAM, но и значительно повышает стоимость технологического процесса по сравнению с аналогичными параметрами для микросхем DRAM. Например, емкость модуля DRAM может равняться 64 Мбайт или больше, в то время как емкость модуля SRAM приблизительно того же размера составляет только 2 Мбайт, причем их стоимость будет одинаковой. Таким образом, габариты SRAM в среднем в 30 раз превышают размер динамической оперативной памяти, то же самое можно сказать и о стоимости. Все это не позволяет использовать память типа SRAM в качестве оперативной памяти в персональных компьютерах.

Несмотря на это, разработчики все-таки применяют память типа SRAM для повышения эффективности PC. Но во избежание значительного увеличения стоимости устанавливается только небольшой объем высокоскоростной памяти SRAM, которая используется в качестве кэш-памяти. Кэш-память работает на тактовых частотах, близких или даже равных тактовым частотам процессора, причем обычно именно эта память непосредственно используется процессором при чтении и записи.

21. Устройство ячейки флеш-памяти

Флэш-память (flash memory) — относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, не высокой стоимости, большому объему, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флэш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации.

Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи к сожалению ограничено.

Достоинства:

· Высокая скорость доступа к данным.Экономное энергопотребление.Устойчивость к вибрациям.

· Удобство подключения к компьютеру.

· Компактные размеры.

Недостатки:

· Ограниченное количество циклов записи

Флэш-память (flash memory) — относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, не высокой стоимости, большому объему, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флэш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации.

Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи к сожалению ограничено.

Date: 2015-07-27; view: 2261; Нарушение авторских прав