Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Организация ЭВМ - файл 1.doc


Лекции - Организация ЭВМ
скачать (860 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc860kb.19.11.2011 12:49скачать

содержание

1.doc

  1   2   3   4   5
3. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОРОВ

3.1. Назначение и классификация процессоров



Процессор – устройство, осуществляющее процесс автоматической обработки данных и программное управление этим процессом. Процессоры можно классифицировать, например, по следующим признакам:

  1. По используемой системе счисления:

  • работающие в позиционной системе счисления;

  • работающие в непозиционной системе счисления (например, СОК).

  1. По способу обработки разрядов:

  • с параллельной обработкой разрядов;

  • с последовательной обработкой;

  • со смешанной обработкой (последовательно-параллельной).

  1. По составу операций:

  • процессоры общего назначения;

  • проблемно-ориентированные;

  • специализированные.

  1. По месту процессора в системе:

  • центральный процессор (ЦП);

  • сопроцессор;

  • периферийный процессор;

  • канальный процессор (контроллер канала ввода/вывода);

  • процессорный элемент (ПЭ) многопроцессорной системы.

  1. По организации операционного устройства:

  • с операционным устройством процедурного типа (I-процессоры, M-процессоры);

  • процессоры с блочным операционным устройством;

  • процессоры с конвейерным операционным устройством (с арифметическим конвейером).

  1. По организации обработки адресов:

  • с общим операционным устройством;

  • со специальным (адресным) операционным устройством.

  1. По типу операндов:

  • скалярный процессор;

  • векторный процессор;

  • с возможностью обработки и скалярных, и векторных данных.

  1. По логике управления процессором:

  • с жесткой логикой управления;

  • с микропрограммным управлением.

  1. По составу (полноте) системы команд:

  • RISC;

  • CISC.

10) По организации управления потоком команд / способу загрузки исполнительных устройств:

  • с последовательной обработкой команд;

  • с конвейером команд;

  • суперскалярные процессоры;

  • процессоры с длинным командным словом (VLIW) и т. д.

Как всякая классификация, приведенная выше классификация не может считаться полной, так как количество типов процессоров достаточно велико и по своим архитектурам процессоры весьма многообразны.


    1. Логическая организация процессоров общего назначения


Схема, отражающая логическую организацию некоего усредненного процессора общего назначения, представлена на рис. 3.1. В основе структуры процессора лежит взаимосвязь операционной и управляющих частей, что соответствует модели цифрового автомата, предложенной академиком Глушковым /1/. Операционные устройства процессора (средства обработки, исполнительные устройства) включают в общем случае ОУ с фиксированной запятой (целочисленное ядро, АЛУ), ОУ с плавающей запятой (числовой сопроцессор или ядро с плавающей запятой), устройство для реализации десятичной арифметики и возможно – устройства для обработки строк и массивов.

Рис. 3.1
Отметим, что в некоторых процессорах отдельно реализуется специальное устройство для вычисления адресов (так называемая разнесенная - decoupled - архитектура), в других процессорах вычисление адресов происходит в общем операционном устройстве. Операционное устройство неразрывно связано с наиболее быстродействующей памятью ВМ – с локальной регистровой памятью процессора. Выделение регистров в отдельный блок на схеме призвано подчеркнуть самостоятельное значение, которое приобретают регистры в универсальных процессорах – они не просто являются частью операционных устройств, а используются для хранения различной информации как при обработке, так и при вводе-выводе. Целочисленные регистры объединяются в блок регистров общего назначения (РОН), регистры с плавающей запятой – в отдельный блок (в некоторых процессорах эти многоразрядные регистры используются и как векторные регистры в специальных режимах, в других векторные регистры вынесены в отдельный блок). Кроме упомянутых регистров можно выделить набор специальных управляющих регистров, используемых для управления режимами работы процессора, функционированием его различных подсистем, управления памятью и т.д. Средства управления процессором (или – устройство управления) выполняют разнообразные функции, которые включают: управление системой, программой и командами. Управление системой подразумевает управление прерываниями, остановом и запуском процессора, обеспечение отладочного режима и вообще выбор режимов работы процессора и т.д. Управление программой включает обеспечение выполнения ветвлений и циклов, вызовов и возвратов из подпрограмм и т.д. Средства управления командами обеспечивают выполнение машинных циклов работы процессора, то есть – выборки команды, ее дешифрации, собственно управления выполнением команды, управление записью результатов. В данной подсистеме могут реализовываться собственно управляющие автоматы, отвечающие за реализацию алгоритмов, заложенных в командах процессора (то есть за реализацию микрокода процессора). В некоторых случаях подобные подсистемы относят к УУ, в других – включают в состав собственно средств обработки, то есть рассматривают как часть АЛУ и числового сопроцессора, что в принципе не так важно.

Помимо выполнения операций, вычисления адресов и программного управления этими процессами, процессор должен содержать средства для обеспечения интерфейса как с оперативной памятью, так и с внешними устройствами (интерфейсы ввода-вывода). В состав интерфейса с памятью могут включаться буферная память (кэш-память), средства управления доступом и защиты памяти. Интерфейс с каналами ввода-вывода включает буферы данных, систему управления приоритетами, входящую в подсистему прерываний процессора, и т.д.

Под системными средствами понимают встроенные схемы синхронизации, возможно – таймеры, какие-то дополнительные схемы управления, сброса и т.д.


3.3. Операционные устройства процессоров
3.3.1. Операционные устройства процедурного типа и с жесткой структурой. Понятие об I-процессорах и M-процессорах
Операционные устройства процессоров могут строиться с большей или меньшей степенью универсальности, могут быть более простыми, универсальными, требующими большого объема микрокода для реализации всех необходимых алгоритмов операций, либо – более сложными и специализированными, но за счет этого – более производительными и не требующими большого объема управляющего микрокода. Первые устройства можно назвать устройствами процедурного типа, так как они требуют для реализации какого-либо алгоритма арифметической операции выполнения последовательности действий, заданной во времени (то есть процедуры).

Устройства второго типа, рассчитанные на аппаратную реализацию алгоритмов вычислений, можно назвать устройствами с жесткой структурой. (Отметим, что гибкость устройств первого типа заключается не в возможности перестройки их структуры, а в возможности выполнения на заданной структуре большего числа различных алгоритмов.) Примером устройств процедурного типа могут являться, до некоторой степени, устройства для выполнения косвенного умножения. Такие устройства после небольшой доработки могут быть использованы и для реализации других операций (алгоритмов), например, для обычного сложения со знаком, для выполнения деления или операций с плавающей запятой. В предельном случае наиболее универсальной схемой может являться обычный накапливающий сумматор, дополненный схемами выполнения логических операций. С другой стороны, специализированный аппаратный умножитель, например, матричный (матричные умножители подробнее рассматриваются в следующем пункте), является примером устройства с жесткой структурой, рассчитанного только на выполнение конкретной операции, зачастую – определенной разрядности и в определенной кодировке. Для создания более или менее универсального ОУ необходимо иметь набор таких схем для всех требуемых операций, либо – сочетание нескольких специализированных устройств с одним универсальным.

Операционные устройства процедурного типа могут быть построены различными способами. Примером процессоров с более жестким принципом построения операционной части процедурного типа являются так называемые I-процессоры, у которых за определенными регистрами закреплены определенные операции (рис.3.2). На рисунке 3.2 ША и ШД – соответственно шины адреса и данных, Acc – аккумулятор, КС – комбинационные схемы, ТП – триггеры признаков, УУ – устройство управления. Разные регистры соединены с разными операционными элементами (КС) и по-разному соединены друг с другом. Такое разнесение операций по регистрам за счет наличия нескольких операционных элементов в схеме позволяет распараллелить выполнение некоторых вычислений и тем самым повысить производительность. С другой стороны, такая организация подчас лишена необходимой гибкости и требует частых пересылок информации между регистрами.



Рис. 3.2

В процессорах с магистральной архитектурой (процессоры M-типа, или процессоры с общим АЛУ) имеется одно обрабатывающее устройство - сумматор, либо АЛУ (например, табличное), с которым связаны все регистры из блока РОН (рис. 3.3).

  1   2   3   4   5



Скачать файл (860 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации