Уровень цифровой схемотехники (рис 1.1)
Представляет иерархическую структуру цифровой аппаратуры, задействованной в ВС.
Нижний уровень в этой иерархии занимают цифровые элементы. Это наименьшие функциональные части, из которых складываются цифровые устройства при их функционально-логическом проектировании и конструктивно-технологическом исполнении.
К цифровым элементам относятся:
логические элементы реализуют простейшие функции или системы функций алгебры логики (и, или, не, и-не и т. д.)
запоминающие элементы используются для хранения одного бита информации (конденсатор с ключевым транзистором, защелки, триггеры)
буферные элементы обеспечивают усиление сигналов на выходах цифровых устройств и согласованную (управляемую) передачу их в нагрузку Для чего надо усиливать сигналы? при хрупких системах (на маленькой площади сотни транзисторов) токи протекают низкого уровня, т е мощности не высокие 1) мощности процессора не хватает, поэтому по периметру микросхемы стоят буферные элементы 2) чтобы обеспечить отсутствие взаимных помех существует протокол шины, который осуществляется с помощью буферных элементов
Следует отдельно упомянуть категорию вспомогательных элементов цифровой аппаратуры, не выполняющих логические функции и функции хранения данных. К ним относятся:
элементы задержки
генераторы импульсных сигналов
элементы индикации и др.
Входные сигналы должны выходить одновременно. Т е некоторые сигналы необходимо задерживать.
По способу кодирования двоичных (булевых) переменных цифровые элементы классифицируются на:
потенциальные логические 0 и 1 ассоциируются с определенными отличными друг от друга уровнями напряжения
импульсные логические 0 и 1 ассоциируются соответственно с отсутствием и наличием импульса напряжения или тока
т
е, например, в момент времени t есть
перепад, следовательно 1
импульсно-потенциальные комбинируют в себе импульсный и потенциальный способы кодирования двоичных элементов
Следующий уровень иерархии вслед за цифровыми элементами занимают функциональные узлы. Они выполняют типовые микрооперации внутреннего языка цифрового устройства.
Цифровые элменты и функциональные узлы являются основой для построения цифровых устройств более сложного функционального назначения:
микропроцессоры (универсальные или специального назначения)
запоминающие устройства
интерфейсные схемы и другая цифровая аппаратура ВС.
Микроархитектурный уровень (рис 1.1)
Отражает логические и схемотехнические принципы интерпретации машинных команд с использованием технологии ??? выборке команд, конвейеризации, распараллеливания, кэширования, динамического предсказания ветвлений, переименования регистров и других приемов, способствующих повышению эффективности вычислительного процесса. Его организация (этого уровня) зависит от выбора компромисса между критериями, основными из которых являются производительность и стоимость (аппаратная сложность процессора).
микроарх. уровень - продолжение уровня схемотехники; строим конкретные схемы реализации вычислительного процесса.
Конвееризация (pipelining) предполагает структурирование процесса обработки инструкции (команды) в виде последовательности этапов, каждый из которых связан с определенной функциональной ступенью конвеера. Такими ступенями могут быть:
предвыборка команды
декодирование (дешифрация)
формирование адресов и выборка операндов
выполнение команды
запись результата
Это естественный пятиступенчатый конвеер.