Архитектуры процессоров
Год: 2002
Автор: Ульянов М.В.
Издательство: МГАПИ
ISBN: 5-8068-02 68 - Х
Язык: Русский
Формат: PDF
Качество: Изначально компьютерное (eBook)
Количество страниц: 68
Описание: Предлагаемое издание рекомендуется в качестве учебного пособия для подготовки студентов различных специальностей, изучающих программные и аппаратные методы организации вычислительного процесса.
Для специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» это издание может быть использовано в качестве учебного пособия по дисциплинам «Теория вычислительных процессов» и «Организация ЭВМ и систем» студентами первого и второго курсов.
В учебном пособии рассмотрены как основные архитектуры процессоров (фон Неймановская архитектура, стековая и конвейерная архитектура, машины потоков данных, процессор пересылок и RISC - процессоры), так и архитектуры оперативной памяти (адресная память с использованием кэш и чередования адресов, ассоциативный подход к выборке данных), а так же решения по организации ввода/вывода данных.
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................... 5
1. ПОНЯТИЕ АРХИТЕКТУРЫ ПРОЦЕССОРА И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ............................6
1.1 Понятие архитектуры ЭВМ и архитектуры процессора ...........................................6
1.2 Элементная база (физическая база) процессора.........................................................7
1.3 Пути совершенствования элементной базы ...............................................................9
1.3.1 Молекулярные компьютеры..........................................................................................10
1.3.2 Биокомпьютеры или нейрокомпьютеры......................................................................10
1.3.3 Квантовые компьютеры.................................................................................................11
1.3.4 Оптические компьютеры ...............................................................................................11
2. ПРОЦЕССОРЫ С КЛАССИЧЕСКОЙ АРХИТЕКТУРОЙ..................................................12
2.1. Основные принципы классической архитектуры: ...................................................12
2.2 Организация памяти в классической архитектуре...................................................14
2.3 Набор команд фон - Неймановского процессора.....................................................14
2.4 Обработка особых ситуаций и прерывания....................................................................15
3. СТЕКОВЫЕ ПРОЦЕССОРЫ.................................................................................................17
3.1 Этапы выполнения команды в фон Неймановском процессоре.............................17
3.2 Архитектурные особенности стекового процессора ...............................................18
3.3 Операции с оперативной памятью.............................................................................20
3.4 Программирование на стековом процессоре............................................................21
3.5 Замечания по реализации ...........................................................................................21
4. КОНВЕЙЕРНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ.........................................................................................22
4.1 Предпосылки создания конвейера данных ...............................................................22
4.2 Структура конвейера данных.....................................................................................23
4.3 Сокращение времени при использовании конвейера данных ................................23
4.4 Конвейер команд .........................................................................................................24
4.5 Многооперационные конвейеры ...............................................................................24
4.6 Проблемы конвейерных процессоров:......................................................................26
4.7 Особенности программирования конвейерных процессоров.................................26
4.8 Замечания по реализации ...........................................................................................28
5. CRAY - ПРОЦЕССОР.............................................................................................................29
5.1 Предпосылки создания суперкомпьютеров..............................................................29
5.2 Недостатки фон Неймановской архитектуры...........................................................29
5.3 Идеи, лежащие в основе CRAY процессора.............................................................29
5.4 Общая структура и состав процессора CRAY..........................................................33
5.5 Производительность и области применения ............................................................34
6. ПРОЦЕССОР ПЕРЕСЫЛОК..................................................................................................35
6.1 Иерархия памяти в классической архитектуре ........................................................35
6.2 Организация памяти в процессоре пересылок .........................................................35
6.3 Организация процессора пересылок .........................................................................36
6.3.1 Адресная фиксация схем исполнения машинных команд ..................................36
6.3.2 Механизм запуска машинной команды .......................................................................37
6.4 Пример программы в процессоре пересылок .......................................................... 38
6.5 Реализация перехода по адресу и сравнения ........................................................... 38
6.6 Замечания по реализации процессора пересылок ................................................... 39
7. АРХИТЕКТУРЫ ПРОЦЕССОРОВ....................................................................................... 40
И ФОРМАТЫ ДАННЫХ ........................................................................................................... 40
7.1. Процессоры с универсальным набором команд...................................................... 40
7.2 RISC – п роцессоры ..................................................................................................... 40
7.3 Теговые машины......................................................................................................... 41
7.4 Гарвардская архитектура ........................................................................................... 43
8. ПОДХОДЫ К ОРГАНИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО
ПРОЦЕССА И ПОТОКОВЫЕ МАШИНЫ................................................... 44
8.1 Процедурное программирование. ............................................................................. 44
8.2 Функциональное программирование........................................................................ 45
8.3 Потоковое программирование................................................................................... 45
9. АРХИТЕКТУРЫ ПАМЯТИ................................................................................................... 49
9.1 Классификация архитектур памяти .......................................................................... 49
9.2 Память с чередование адресов .................................................................................. 50
9.3 Кэш память .................................................................................................................. 51
9.4. Ассоциативная память (безадресная память) .......................................................... 52
10. АРХИТЕКТУРНЫЕ РЕШЕНИЯ ......................................................................................... 54
ВВОДА/ВЫВОДА ДАННЫХ ................................................................................................... 54
10.1 Проблемы организации и управления вводом/выводом......................................... 54
10.2 Основные архитектурные решения........................................................................... 54
10.3 Канальный ввод/вывод............................................................................................... 55
10.4 Архитектура с общей шиной ..................................................................................... 56
10.5 Архитектура ввода/вывода с общей памятью.......................................................... 57
11. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА........................................................................................ 58
11.1 Мультипрограммирование (многозадачность)........................................................ 58
11.1.1 Однопроцессорная обработка..................................................................................... 58
11.1.2 М ногопроцессорная обработка ............................................................................ 60
11.2 Параллелизм независимых ветвей ............................................................................ 61
11.3 Параллелизм объектов ............................................................................................... 62
12. МАТРИЧНЫЕ СИСТЕМЫ.................................................................................................. 63
12.1 Однородные системы - параллелизм этапов задач.................................................. 63
12.2 Матрицы волнового фронта данных - параллелизм команд .................................. 65
12.3 Классические матричные системы - параллелизм объектов .................................. 66
ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................................................ 67
