Раздел 3 современные микро эвм

Тема 3.1 Технология сверхбыстрых ис и их влияние на архитектуру эвм

1) Архитектура эвм Фон-Неймана.

Архитектура ЭВМ – это абстрактное представление ЭВМ, отражающее её структурную, схематическую и логическую организацию.

Архитектура понятие комплексное, включающее в себя:

а) Структурную схему ЭВМ

б) Средства и способы доступа к элементам структурной схемы

в) Организацию и разрядность интерфейсов ЭВМ

г) Организацию и способы адресации памяти

д) Способы представления и форматы данных ЭВМ

е) Набор машинных команд и их форматы

ж) Обработку нештатных ситуаций (прерывания и ПДП).

Общие свойства современных микро ЭВМ

Ими обладают все персональные ЭВМ.

1 Принцип хранимой программы, когда код программы и её данные находятся в одном адресном пространстве ОП.

2 Принцип микропрограммирования.

В составе МП есть блок микропрограммного управления (БМУ), который для каждой машинной команды (сложить, вычесть, переслать…) имеет набор сигналов, которые генерируются для физического выполнения команды.

3 Линейное пространство памяти.

Это совокупность ячеек памяти, которым последовательно присваиваются номера (адреса), начиная с 0 и до n-1, n – разрядность ША.

4 Последовательное выполнение команд в программе.

МП выбирает команды строго последовательно в соответствии с записанной в ОП программой. Для изменения хода выполнения программы используются специальные команды передачи управления (безусловного перехода jump, условного переходов jz, jnz), вызов подпрограммы call, возврат ret, iret и т. д.

5 Безразличие к целевому назначению данных.

МП безразлично, какую логическую нагрузку несут обрабатываемые им данные.

Индивидуальные свойства микропроцессоров:

1 Суперскалярная технология

Начиная с МП i486 в структуре МП появился новый важный элемент конвейер – это специальное устройство внутри МП, реализующее исполнение команды в несколько этапов, обычно 5, то есть 5-ти ступенчатый конвейер:

- выборка команды из ОП

- дешифрация команды

- генерация адресов операндов в памяти

- выполнение операции в АЛУ

- запись результата

Суть и преимущества конвейера: очередная команда после её выборки идёт в блок дешифрирования. Блок выборки свободен и выбирается следующая по порядку команда и так далее. В результате на конвейере будут находится в различной стадии выполнения 5 команд.

МП, имеющий один конвейер, называется скалярным (i486). 2 конвейера - суперскалярный (все P до P4), где за один машинный такт выполняются 2 команды. 4 конвейера - гиперскалярная (P4).

2 Раздельное кэширование кода и данных.

В микропроцессоре i486 внутренний кэш ёмкостью 8К смешанный, то есть используется для кэширования кода и данных. Начиная с PII внутренний кэш разделён на 2 блока: 1 блок – для кодов, другой – для данных.

3 Введение блока предсказания перехода

По статистике типичная программа на 6-8 команд имеет одну команду перехода. Поэтому при наличии конвейера через 6-8 команд его надо чистить (обнулять) и преимущество конвейеризации теряется. Начиная с МП PII в архитектуру ввели новый блок предсказания перехода, в котором буфер адреса перехода хранит информацию о последних 256 переходах. При наличии блока команда перехода ставится на конвейер. Первые блоки имели вероятность предсказания 50-60%. А современные – 80 - 90%.

4 Начиная с P4 индивидуальные свойства микропроцессоров расширены:

- Гипертрейдинг, где на одном ядре два логических МП

- Двухъядерные МП

- 64 разрядные МП

- Технологии со сниженным электропотреблением (до 1,2 В)