Архитектура ЭВМ

Содержание:

1 Обобщенная структура центрального процессора 4

2 Центральное Устройство Управления 5

3 Основные характеристики и классификация устройств управления 6

4 Арифметико-Логическое Устройство (АЛУ) 7

5 Назначение и классификация АЛУ 8

5.1 Структура АЛУ для сложения и вычитания чисел с фиксированной запятой 10

5.2 Структура АЛУ для умножения чисел с фиксированной запятой (сумматор частичных произведений) 12

5.3 Умножение, начиная с младших разрядов множителя со сдвигом суммы частичных произведений вправо и при неподвижном множимом 13

5.4 Умножение, начиная с младших разрядов множителя при сдвиге множимого влево и неподвижной сумме частичных произведений 14

5.5 Умножение, начиная со старших разрядов множителя при сдвиге суммы частичных произведений влево и неподвижном множимом 15

5.6 Умножение, начиная со старших разрядов множителя при сдвиге вправо множимого и неподвижной сумме частичных произведений 15

5.7 Методы ускорения умножения. Умножения на 2 разряда множителя 16

5.8 Деление дробных чисел 18

5.9 Деление целых положительных чисел 18

6 Классификация аппаратных средств многопроцессорных вычислительных комплексов (МПВК) по Ф.Г. Энслоу 19

6.1 МПВК с общей шиной 19

6.2 МПВК с перекрестной коммутацией 20

6.3 МПВК с многовходовыми ОЗУ 20

6.4 Ассоциативные вычислительные системы 21

6.5 Матричные вычислительные системы 22

6.6 Принципы векторной обработки 23

6.7 Факторы, снижающие производительность векторных ЭВМ. Возможность векторной обработки программ 24

6.8 Препятствия для векторизации 25

7 Использование параллельных вычислительных систем. Закон Амдала 25

8 Конвейерная и суперскалярная обработка 26

9 Принципы управления внешними устройствами. Понятие интерфейса ввода-вывода 27

9.1 Типы интерфейсов 28

10 Управление обменом данными 28

11 Понятие подхода открытых систем. Свойства открытых систем 29

11.1 Профили стандартов открытых систем 29

12 Архитектура открытых систем 30

12.1 Преимущества идеологии открытых систем 31

12.2 Открытые системы и объектно-ориентированный подход 32

13 Вычислительные системы. Назначение. Принципы построения. Признаки структурной и функциональной организации 33

13.1 Классификация архитектур вычислительных систем. Классификация Флинна 34

13.2 Классификация Шора 35

13.3 Способы доступа к модулям памяти параллельных компьютеров 39

13.4 Современное состояние параллельных вычислительных технологий 39

14 MPP-архитектура 41

15 SMP-архитектура 42

16 PVP-архитектура 42

17 Кластерные системы 42

18 MBC-архитектура 44

19 NUMA-архитектура 45

Заключение: 46

Список литературы: 47

 

1. Обобщенная  структура центрального процессора

 

   Процессоры  бывают: сигнальные, коммуникационные, общего назначения, специализированные

   Машинный  такт – интервал времени, в течении  которого выполняется одна микрокоманда. 

     

Рис. 1 Общая схема архитектуры ЭВМ 

ИПУ –  Инженерный Пульт Управления

МП –  Местная Память

УР –  Управляющие Регистры

БКД –  Блок Контроля и Диагностики

БССОП – Блок Связи С Основной Памятью

БЗП –  Блок Защиты Памяти

   Для реализации программного режима работы наряду с программными средствами используется специальные аппаратные средства. Кроме  уже упомянутой системы прерываний к ним относятся следующие  средства: защита памяти, динамического  распределения памяти, службы времени  и др.

2. Центральное Устройство Управления

 

ЦУУ формирует  управляющие сигналы для следующих  функций:

• выборки из ОЗУ (ПЗУ) кодов очередной команды
• расшифровки кодов операций и признака выбранной операции
• формирование исоплнительного адреса операнда
• анализ запросов на прерывание исполняемой программы
• формирование адреса следующей команды

     

     Рис 2 Структура ЦУУ 

БРК –  Блок Регистра Команд

БПА –  Блок Переадресации Адресов

БТИ –  Блок Тактовых Импульсов

ИПУ –  Инженерный Пульт Управления

БП –  Блок Прерываний

БАК –  Блок Адреса Команд

БУО – Блок Управления Операциями

УС –  Управляющие Сигналы 

   Алгоритм:

• код очередной команды программы принимается для расшифровки и исполнения в БРК, под воздействием УСов. Адрес формируется в БАКе.
• перед выборкой очередной команды производится анализ запроса на прерывание. Для этого включается БП. В состав ЦУУ включается блок для формирования исполнительных адресов – БПА. В его состав включаются: индексные, базовые регистры, а также схема алгебраического сложения.
• БТИ – Блок Тактовых Импульсов. формирует последовательности тактовых импульсов, которые позволяют провести временное развертывание цикла работы процессора.
• ИПУ – обеспечивает: а) пуск или остановку ЭВМ б) выполнение процессором заданного режима в) вывод на средства индикации.[1]

3. Основные  характеристики и  классификация устройств  управления

 

     1) Принцип формирования и развертывания временной последовательности УС для осуществления микроопераций цикла выполнения команд ЭВМ.

     2) Способ построения цикла работы ЭВМ и ее ЦУУ:

     3) Способ организации выработки УСов.

     4) Способ синхронизации узлов и блоков ЭВМ. ЦУУ бывает аппаратного и микропрограммного типа. Последовательность УС зависит от операционной и адресной части исполняемой командыю Во-вторых – от сигналов от операционных блоков, все это синхронизируется ТИ, которые определяют границу тактов. Поэтому БУО рассматривается как цифровой автомат, который определяется следующими множествами: а) входных сигналов, которые соответствуют двоичному коду операционной части и двоичным значением сигналов осведомительных признаков. б) двоичных УСов, которое соответствует множеству выдаваемых из ЦУУ сигналов микроопераций. в) множество подлежащих реализации микропрограмм, циклов выполнения команд и отдельных этапов.