Архитектурные принципы Фон Неймана.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

· Программное управление. Выполнение вычислений, описанных программой, сводится к последовательному выполнению её команд.

· Программа – это определенная последовательность управляющих слов (команд), записанных в соответствие с алгоритмом. Команда определяет тип операции и слова, т.е. информации, обрабатываемой с ее помощью.

· Двоичное представление информации. Вся информация, необходимая для работы ЭВМ представляется в двоичном виде и разделяется на единицы, называемые словами.

· Разнотипные по смыслу слова (команда, данные) различаются лишь способом использования.

· Принцип однородности памяти. Слова размещаются в ячейках памяти и идентифицируются номерами ячеек, т.е. адресами. В одной памяти хранятся и команды и данные.

Гарвардская архитектура вычислительных систем.

Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительными признаками которой являются:
1. Хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства.
2. Канал инструкций и канал данных также физически разделены.

Архитектура была разработана Говардом Эйкеном в конце 1930-х годов в Гарвардском университете.

Отличия архитектуры современных процессоров от фон Неймановской.

Прерывание – первое отличие современных архитектур от машин фон-Неймана. Работа прерывания заключается в том, что при поступлении сигнала прерывания процессор обязан прекратить выполнение текущей программы и немедленно начать обработку процедуры прерывания. ПДП (Прямой Доступ к Памяти) – второе отличие современных архитектур от машин фон-Неймана. ПДП позволяет сократить расходы на пересылку единицы информации.

4. Поколения вычислительной техники (по технологии ключевых элементов, по памяти, относительно фон Неймана).

Первое поколение ЭВМ 1945-1960-е годы

Программирование работы ЭВМ этого поколения выполнялось в двоичной системе счисления на машинном языке, то есть программы были жестоко ориентированы на конкретную модель машины и " умирали" вместе с этими моделями.

Второе поколение ЭВМ 1960-1970-е годы

Стали применяться внешние накопители на жестких магнитных дисках - промежуточный уровень памяти между накопителями на магнитных лентах и оперативной памятью.

Третье поколение ЭВМ 1970-1980-е годы

В оперативных запоминающих устройствах использовались миниатюрнее ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве внешних запоминающих устройств широко стали использоваться дисковые накопители. Появились еще два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие огромное быстродействие, но небольшую емкость (десятки чисел), и быстродействующую кэш-память.

Четвертое поколение 1980-1990-е годы

Оперативная память стала строиться не на ферритовых сердечниках, а также на интегральных CMOS-транзисторных схемах, причем непосредственно запоминающим элементом в них служила паразитная емкость между электродами (затвором и истоком) этих транзисторов.

Пятое поколение 1990-2010-е годы

Компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы.

Шестое поколение

Электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем, распознающие сложные образы.

Процессор. Основные характеристики процессора.

Центральный процессор (ЦП; также центральное процессорное устройство — ЦПУ; англ. central processing unit, CPU, дословно — центральное обрабатывающее устройство) — электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера.

Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.

1.Тактовая частота — тактом мы можем условно назвать одну операцию. Единица измерения МГц и ГГц (мегагерц и гигагерц). 1 МГц — значит, что процессор может выполнить 1 миллион операций в секунду. У нас на домашнем компьютере процессор 3, 16 ГГц — следовательно он может выполнить 3 Миллиарда 166 миллионов операций за 1 секунду.

2. Разрядность. Сейчас всё больше процессоров 64 разрядные. В общем виде — разрядность означает, сколько оперативной памяти вы можете максимум установить в свой компьютер. В принципе сейчас для домашнего компьютера вполне достаточно 4 гигабайт оперативной памяти и следовательно 32 разрядного процессора. Если у вас дома не будет сервер, то не гонитесь за большей разрядностью.

3. Кэш процессора — довольно важный параметр. Чем он больше, тем больше данных хранится в особой памяти, которая ускоряет работу процессора. В кэше процессора находятся данные, которые могут понадобится в работе в самое ближайшее время. Чтобы вы не путались в уровнях кэша — запомните одно свойство: кэш первого уровня самый быстрый, но самый маленький, второго — помедленней, но побольше и кэш третьего уровня самый медленный и самый большой(если он есть).

Процессор. Устройство, основные узлы. Командный цикл.

Командой называется элементарное действие, которое может выполнить процессор без дальнейшей детализации. Последовательность команд, выполнение которых приводит к достижению определенной цели, называется программой. Команды программы кодируются двоичными словами и размещаются в памяти ЭВМ. Вся работа ЭВМ состоит в последовательном выполнении команд программы. Действия по выбору из памяти и выполнению одной команды называются командным циклом.

В составе любого процессора имеется специальная ячейка, которая хранит адрес выполняемой команды — счетчик команд или программный счетчик. После выполнения очередной команды его значение увеличивается на единицу (если код одной команды занимает несколько ячеек памяти, то содержимое счетчика команд увеличивается на длину команды). Таким образом осуществляется выполнение последовательности команд. Существуют специальные команды (передачи управления), которые в процессе своего выполнения модифицируют содержимое программного счетчика, обеспечивая переходы по программе. Сама выполняемая команда помещается в регистр команд — специальную ячейку процессора.

Во время выполнения командного цикла процессор реализует следующую последовательность действий:

1. Извлечение из памяти содержимого ячейки, адрес которой хранится в программном счетчике, и размещение этого кода в регистре команд (чтение команды).

2. Увеличение содержимого программного счетчика на единицу.

3. Формирование адреса операндов.

4. Извлечение операндов из памяти.

5. Выполнение заданной в команде операции.

6. Размещение результата операции в памяти.

7. Переход к п. 1.

Процессоры RISC и CISC. Конвейерное исполнение команд. Предсказание ветвлений.

RISC — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения — короче. Первые RISC-процессоры даже не имели инструкций умножения и деления. Это также облегчает повышение тактовой частоты и делает более эффективной суперскалярность (распараллеливание инструкций между несколькими исполнительными блоками).

CISC — концепция проектирования процессоров, которая характеризуется следующим набором свойств:

· нефиксированное значение длины команды;

· арифметические действия кодируются в одной команде;

· небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒