Кафедра ЮНЕСКО по НИТ1 Принципы построения и архитектура ЭВМ Информатика.

Презентация:



Advertisements
Похожие презентации
Архитектура современных персональных компьютеров Подготовил студент группы 11ИнфБ122 Зайцев Д.
Advertisements

Основы построения ЭВМ Преподаватель Детёнышева Екатерина Сергеевна.
1 ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒАЛЫМ МИНИСТРЛІГІ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН - 2 Аршалы орта мектебі Аршалынская средняя.
Учебный курс Принципы построения и функционирования ЭВМ Лекция 11 Микрокоманды и микрооперации профессор ГУ-ВШЭ, доктор технических наук Геннадий Михайлович.
НАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АРХИТЕКТУРЕ КОМПЬЮТЕРА. Компьютер (computer - вычислитель) - программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные.
НАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АРХИТЕКТУРЕ КОМПЬЮТЕРА.. Компьютер (computer - вычислитель) - программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные.
История предмета год.- Чарьлз Бебидж механическо- вычислительную машину, использовав.
Устройство компьютера. 2 Системный блок Процессор (CPU = Central Processing Unit) – микросхема, которая обрабатывает информацию и управляет всеми устройствами.
Выполнил: Жаравин Александр Игоревич. Содержание Введение Термины Основные принципы построения ЭВМ Основные принципы построения ЭВМ Основа компьютера.
Схема устройства ПК Магистраль Шина данных Шина адреса Шина управления Процессор ОЗУПЗУ контроллер КлавиатураДисководПринтерДисплей.
Архитектура ЭВМ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ. Понятия архитектуры и структуры ПК Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных.
Архитектура персонального компьютера. Компьютер – представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и.
Компьютер © Кошля Л.Н. учитель информатики. Компьютер (computer), автоматическое программно-управляемое устройство для выполнения любых видов работы с.
Магистрально- модульный принцип строения компьютера 10 класс (информационно-технологический профиль)
Общая структура персонального Общая структура персонального компьютера компьютера Системная магистраль (шина) Основная память МониторМанипуляторыМодем.
Учебный материал разработанный учителем информатики Афанасьевой Л. А. школа 27 г. Балашиха Цели: -изучить принцип работы и основной принцип построения.
Архитектура персонального компьютера… Презентация ученицы 9 «Б» класса Никулиной Дарьи.
Архитектура вычислительной машины (Архитектура ЭВМ) концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая.
Цель урока: Познакомиться со структурой ПК и выяснить связь между устройствами Тема урока: Функциональная схема ПК © Мульганова Е. Б
Магитстрально- модульное построение компьютера. архитектурой ЭВМ называется описание структуры и принципов работы компьютера без подробностей технической.
Транксрипт:

кафедра ЮНЕСКО по НИТ1 Принципы построения и архитектура ЭВМ Информатика

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 2 Компьютер- (англ. computer вычислитель) - представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. Электронная вычислительная машина - комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 3 Основные сведения об устройстве ЭВМ Электронной вычислительной машиной (ЭВМ) называется устройство, выполняющие следующие операции: Ввод информации Обработку информации по заложенной в ЭВМ программе Вывод результатов обработки в форме, пригодной для восприятия человеком За каждой из действий отвечает специальной блок ЭВМ: Устройство ввода Центральный процессор (ЦП) Устройство вывода

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 4 Элементы организации основных блоков ЭВМ ЦП – центральный процессор ОП – оперативная память ВУ – внешние устройства СВ/В – система ввода/вывода УУ – устройства управления УР – управляющие регистры АЛУ – арифметико-логическое устройство РП – регистровая память ИБ – интерфейсный блок БКФ – блок контроля и диагностики РОН – регистры общего назначения ПЗУ – постоянное запоминающее устройство

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 5 Пользователь - человек, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ. В качестве пользователя могут выступать заказчики вычислительных работ, программисты, операторы. Как правило, время подготовки задач во много раз превышает время их решения. Требования пользователей к выполнению вычислительных работ удовлетворяются специальным подбором и настройкой технических и программных средств. Обычно эти средства взаимосвязаны и объединяются в одну структуру. При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 6 Структура компьютера это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств. Выбирая ЭВМ для решения своих задач, пользователь интересуется функциональными возможностями технических и программных модулей.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 7 Характеристики ЭВМ, определяющие ее структуру: технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации и др.); характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры; состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 8 Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых строится ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 9 Наиболее распространены следующие архитектурные решения Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд программа. Это однопроцессорный компьютер. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 10 Архитектура вычислительной машины Фон-Неймана

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 11 Системная магистраль Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления. Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры устройства управления периферийными устройствами. Контроллер устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 12 Следующие архитектурные решения Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 13 Принципы Джона фон Неймана Принцип программного управления (программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности). Принцип однородности памяти (программы и данные хранятся в одной и той же памяти). Принцип адресности (структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка).

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 14 Структура ЭВМ фон Неймановской архитектуры

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 15 Архитектурная организация процессора ЭВМ Процессор занимает в архитектуре центральное место, осуществляет управление, взаимодействие всех основных компонентов ЭВМ; обработку информации; программное управление данными.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 16 Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические, логические операции. Пример. Команды АЛУ – просты: "сравнить два числа", "переслать число", "взять дизъюнкцию" и др. Устройство управления (УУ) организует работу ЭВМ, в частности это устройство извлекает очередную команду из памяти, расшифровывает команду, выбирает из памяти операнды к расшифрованной команде и передает их АЛУ для выполнения расшифрованной операции, а после выполнения пересылает результат для хранения в память. При этом УУ реагирует на нормальный или аварийный ход выполнения операции. Совокупность АЛУ и УУ, информационно-управляющих линий называется процессором компьютера.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 17 УУ - устройство управления Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ. Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления: определяются код операции, которую необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 18 АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др. АЛУ каждый раз перенастраивается на выполнение очередной операции. Результаты выполнения отдельных операций сохраняются для последующего использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память. Результаты, полученные после выполнения всей программы вычислений, передаются на устройства вывода (УВыв) информации. В качестве УВыв могут использоваться экран дисплея, принтер, графопостроитель и др.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 19 Современные ЭВМ имеют достаточно развитые системы машинных операций. Например, ЭВМ типа IBM PC имеют около 200 различных операций ( в зависимости от типа микропроцессора). Любая операция в ЭВМ выполняется по определенной микропрограмме, реализуемой в схемах АЛУ соответствующей последовательностью сигналов управления (микрокоманд). Каждая отдельная микрокоманда- это простейшее элементарное преобразование данных типа алгебраического сложения, сдвига, перезаписи информации и т.п.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 20 ЭВМ первых поколений Уже в первых ЭВМ для увеличения их производительности широко применялось совмещение операций. При этом последовательные фазы выполнения отдельных команд программы (формирование адресов операндов, выборка операндов, выполнение операции, отсылка результата) выполнялись отдельными функциональными блоками. В своей работе они образовывали своеобразный конвейер, а их параллельная работа позволяла обрабатывать различные фазы целого блока команд. Этот принцип получил дальнейшее развитие в ЭВМ следующих поколений.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 21 ЭВМ первых поколений Первые ЭВМ имели очень сильную централизацию управления, единые стандарты форматов команд и данных, жесткое построение циклов выполнения отдельных операций, что во многом объясняется ограниченными возможностями используемой в них элементной базы. Центральное УУ обслуживало не только вычислительные операции, но и операции ввода-вывода, пересылок данных между ЗУ и др. Все это позволяло в какой-то степени упростить аппаратуру ЭВМ, но сильно сдерживало рост их производительности.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 22 Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколений Цепи сигналов управления показаны на рисунке штриховыми линиями.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 23 С помощью устройств ввода (УВВ) информации пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения информации, где преобразуется в специальный программный объект - файл.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 24 «Файл - идентифицированная совокупность экземпляров полностью описанного в конкретной программе типа данных, находящихся вне программы во внешней памяти и доступных программе посредством специальных операций (ГОСТ )». При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой считывается в устройство управления (УУ).

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 25 Структурная схема ЭВМ третьего поколения В ЭВМ третьего поколения произошло усложнение структуры за счет разделения процессов ввода-вывода информации и ее обработки.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 26 ЭВМ третьего поколения Сильносвязанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор, т.е. устройство, предназначенное для обработки данных. В схеме ЭВМ появились также дополнительные устройства, которые имели названия: процессоры ввода-вывода, устройства управления обменом информацией, каналы ввода-вывода (КВВ).

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 27 ЭВМ третьего поколения КВВ получило наибольшее распространение применительно к большим ЭВМ (наметилась тенденция к децентрализации управления и параллельной работе отдельных устройств, что позволило резко повысить быстродействие ЭВМ в целом). Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способные обслуживать большое количество медленно работающих устройств ввода-вывода (УВВ), и селекторные каналы, обслуживающие в многоканальных режимах скоростные внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 28 Структурная схема ПЭВМ В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошло дальнейшее изменение структуры. Они унаследовали ее от мини-ЭВМ.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 29 Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее еще более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 30 Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память (ОП), состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто используемых программ управления. Подключение всех внешних устройств (ВнУ) обеспечивается через соответствующие адаптеры - согласователи скоростей работы сопрягаемых устройств или контроллеры - специальные устройства управления периферийной аппаратурой. Контроллеры в ПЭВМ играют роль каналов ввода-вывода. В качестве особых устройств следует выделить таймер - устройство измерения времени и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) - устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 31 Персональный компьютер Распространенный тип компьютера – персональный компьютер. Персональный компьютер отвечает требованиям малой стоимости, малых размеров, малого энергопотребления, высокой надежности, высокого уровня интеграции компонентов, адаптируемости к разнообразным применениям и др.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 32 Процессор : Дешифрует выполненные команды программ. Организует обращение к ОП. В нужных случаях инициализирует операции ввода- вывода и работу периферийных устройств. Воспринимает и обрабатывает запросы, поступающие как от устройств ЭВМ, так и с внешней среды (система прерываний).

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 33 Архитектурная организация процессора ЭВМ (2) Выполнение каждой команды состоит из более мелких операций – микрокоманд, выполняющих определенные элементарные действия. Эти микрокоманды хранятся в ПЗУ. Язык микропрограммирования предназначен для описания цифровых устройств, функционирующих на уровне регистров. Он имеет простые и наглядные средства описания машинных кодов ЭВМ.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 34 Основные блоки ЦП УР – управляющие регистры УУ – устройства управления ПЗУ – постоянное запоминающее устройство АЛУ – арифметико-логическое устройство РП – регистровая память КЭШ-память ИБ – интерфейсный блок

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 35 Основные блоки ЦП (блок УУ) Блок УУ: вырабатывает последовательность управляющих символов, инициирующих выполнение соответствующих микрокоманд координирует функционирование всех устройств ЭВМ по средством пересылки сигналов Отвечает за обмен данными ЦП между ОП, за хранение и обработку информации, тестирование и диагностику блоков УУ целесообразно рассматривать как отдельный блок ЦП, хотя на практике большинство управляющих схем распределены по всей ЭВМ. УР УУ ПЗУ АЛУ РП КЭШ ИБ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 36 Основные блоки ЦП (блок УУ) (2) Важной составной частью УУ является панель или КОНСОЛЬ, позволяющая оператору смотреть и влиять на ход обработки. В ПК в качестве КОНСОЛИ выступает клавиатура и дисплей. УР УУ ПЗУ АЛУ РП КЭШ ИБ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 37 Основные блоки ЦП (блок УР) Блок УР предназначен для временного хранения управляющей информации и содержит регистры и счетчики. Регистры состояния ЦП, счетчик команд, регистр запроса прерываний. УР включают управляющие триггеры, фиксирующие режим работы ЦП. Пример: регистром состояния ЦП служит слово состояния программы (ССП). Счетчик команд (СК) представляет собой регистр, хранящий в ОП адрес выполняемой команды, регистр команд содержит выполняемую команду. УР УУ ПЗУ АЛУ РП КЭШ ИБ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 38 Основные блоки ЦП (блок РП) Блок РП содержит регистры сверх ОП небольшого объема, позволяющего повесить быстродействие и логические возможности ЦП. Эти регистры используются в командах путем сокращенной регистровой адресации. РП выполняются в виде быстродействующих полупроводниковых интегральных ЗУ. УР УУ ПЗУ АЛУ РП КЭШ ИБ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 39 Основные блоки ЦП (блок АЛУ) Блок АЛУ служит для выполнения арифметических операций над данными, поступающими из ОП и хранящихся в РП. Блок АЛУ работает под управлением УУ. АЛУ выполняет операции над бинарными числами, производит обработку символьной информации. Логические операции производятся над отдельными битами, байтами и последовательностями. УР УУ ПЗУ АЛУ РП КЭШ ИБ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 40 Основные блоки ЦП (блок АЛУ) (2) В общем случае обрабатываемая информация состоит из слов, содержащих фиксированное число битов ( В этом случае АЛУ должно иметь возможность производить операции над n-битными словами ). Операнды поступают в ОП на регистры АЛУ, а устройство управления указывает операцию, которую необходимо над ними произвести. Результат каждой арифметической операции сохраняется в специальном регистре сумматоре, который является основным регистром в АЛУ. Некоторые ЭВМ имеют несколько сумматоров. Если их более 4-х, то они выделяются в специальную группу регистров общего назначения. УР УУ ПЗУ АЛУ РП КЭШ ИБ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 41 Основные блоки ЦП (КЭШ) КЭШ-память представляет собой быструю буферную память объемом не более 4 Мбайт. УР УУ ПЗУ АЛУ РП КЭШ ИБ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 42 Основные блоки ЦП (блок ИБ) ИБ обеспечивает обмен информацией ЦП с ОП, а также связь ЦП с периферийными устройствами и другими внешними устройствами. ИБ содержит два регистра, обеспечивающих связь с ОП регистр адреса памяти (РАП) и регистр данных памяти (РДП). РАП используется для хранения адреса ячейки ОП, с которой производится обмен данными, а РДП содержит данными обмена. УР УУ ПЗУ АЛУ РП КЭШ ИБ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 43 Основные блоки ЦП (блок БКД) БКД предназначен для обнаружения сбоев, восстановление работы текущей программы после сбоя, локализации неисправностей при отказах. УР УУ ПЗУ АЛУ РП КЭШ ИБ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 44 Общая схема выполнения программы процессором ОП СК РАПРДП АЛУ

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 45 Общая схема выполнения программы процессором 1. В СК записывается адрес первой команды выполняемой программы. 2. Содержимое СК переписывается в РАП 3. В ОП посылается сигнальное управление считыванием команды через некоторое время, адресуемое слово извлекается из ОП и загружается в РДП. 4. Содержимое РДП пересылается в СК. 5. Команда готова к декодированию и выполнению. Если команды содержит операцию, которая должна быть выполнена АЛУ, то необходимо получить требуемые операнды.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 46 Обмен данными с внешними устройствами Помимо передачи данных между ОП и ЦП необходимо обеспечивать обмен данными с ВУ, что делают команды управляющие вводом/выводом. Естественный порядок выполнения программы может нарушаться при поступлении сигнала прерывания. Прерывание является требованием на обслуживание, которые выполняет ЦП, выполняя соответствующую программу обработки прерываний. Так как прерывание и его обработка могут изменить внутренние состояние ЦП, то оно сохраняется в ОП перед началом работы программы обработки прерываний. Сохранение состояния ЦП достигается пересылкой содержимого регистров и управляющей информации.

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 47 Архитектура аппаратных средств

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 48 История – чипсета Intel (c 1972) «Высоко интегральные схемы» («Крупноблочная интеграция», LSI-VLSI) пришли на смену: тысячи транзисторов на см 2 Интел проектирует в 1971 всесторонний процессор для японской фирмы Busicom: Pentium 4 Транзисторы млн. Технология10 нм0.13 нм Частота108 кГц3.5 ГГц Адресуемая память640 байт4 Гб Шина4 бита64 бита Производительность (инструкций/сек.) 0.06 MIPS3792 MIPS Линейный размер12 мм мм 2

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 49 Устройство процессора 1/3 Процессор выполняет простые команды Они читаются из памяти Но: основная память медленная (теор.7-8 нс ) Кэш отделяет процессор от памяти (для хороших кодов) Доступ до устройств и винчестера очень медленный (~10 мс ) Архитектура персонального компьютера: (значения теоретические !!!) Северный мост кэш процессор Южный мост жесткий диск 2 жесткий диск 1 AGP видеокарта USB память 12,8 Гб/с 6,4 Гб/с 2,13 Гб/с 60 Мб/с 320 Мб/с

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 50 Устройство процессора 2/3 Разбор инструкций: Процессор разбирает инструкции, посылаемые программой Декодирование инструкций: Инструкции декодируются add r3, r1, r2 и загружаются в регистры. Выполнение инструкций: Арифметико-логическое устройство складывает аргументы Запись: Запись значений в регистр Увеличение счетчиков программы Кэш УПТ АЛУ регистр 1 регистр 2 регистр 3 Стек Программный счетчик Устройство управления памятью

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 51 Устройство процессора 3/3 Разбор инструкций: Процессор разбирает инструкции, посылаемые программой Декодирование инструкций: Инструкции декодируются jmp switch =PC+offset, загружаются PC и offset в АЛУ. Выполнение инструкций: Арифметико-логическое устройство складывает PC и offset Запись: Запись значений в регистр Увеличение счетчиков программы: не эффективно. Кэш УПТ АЛУ регистр 1 регистр 2 регистр 3 Стек Программный счетчик Устройство управления памятью

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 52 Pentium IV Hyperthreading

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 53 Picture of Pentium IV Die

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 54 Процессоры Pentium IV Переход от Northwood (130 нм) к Prescott (90 нм)

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 55 Кэш – функционирование КЭШа 1/3 Как 1 Гб оперативной памяти отображается в 1 Мб КЭШа ? Кэш организован в виде линий: 64 байт/строка, строк в КЭШе Если Вы загружаете один байт с помощью кэш-линии (и он не находится в КЭШе), то загружается целая строка Кэш УПТ АЛУ регистр 1 регистр 2 регистр 3 Стек Программный счетчик Устройство управления памятью память 64 байта 4 байта 64 байта

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 56 Кэш – функционирование КЭШа 2/3 Ассоциативность КЭШа: Кэш адресуемый на прямую: Каждая строка КЭШа может быть аппаратно размещена в памяти, где адресов памяти могут быть использованы как строки КЭШа: неэффективно. Полностью ассоциативный кэш: Каждая строка КЭШа может быть сохранена в любом адресе памяти – это не возможно аппаратно: потребуется 256 сравнений !!! N-канальная ассоциативность: Это компромисс между двумя предыдущими: используется N параллельных сравнений, т.е. строка памяти может выбрана как одна из N строк. Pentium-4 Northwood: 4-канальная ассоциативность Pentium-4 Prescott: 8-канальная ассоциативность Если адрес находится в строке КЭШа: хорошо Если адрес не находится в КЭШе: то поиск в памяти, исключая «старые» строки КЭШа

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 57 Кэш – функционирование КЭШа 3/3 Как строка КЭШа (из N возможных) выбирается ? Pentium-4 использует псевдо последний использованный алгоритм: часть адресной информации не используется: Почему разделяются инструкции КЭШа? Поток инструкций имеют различный доступ к характеристикам (надлежащая локализация циклов(loops) и переходов(jumps) ) затронутый

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 58 Сравнение производительности КЭШа Сравнение производительности Чтение/Запись для процессоров Northwood и Prescott:

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 59 Двуядерные процессора в увеличении скорости компьютеров, частота процессора становится все менее и менее значима вместо этого применяются многоядерные процессора: т.е. быстрый двуядерный чип Intel 840D: 2 ядра, каждый из которых с HT. Оба используют один и тот же кэш … Pentium 4 3,4 ГГц Pentium 4 3,4 ГГц AGP 4x Контроллер ввода/вывода память Контроллер памяти (MCH) 3,2 Гб/с 1 Гб/с 266 Мб/с 1,6 Гб/с

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 60 Двуядерные процессора AMD Opterons Hypertransport как решение для двухпроцессорных / двуядерных (Dual-CPU/Dual-Core) SMP-системы с высокоскоростным доступом к памяти Hypertransport 16-Бит, 1 ГГц, 8 Гб/с PCI-Express Gigabit Ethernet SATA Disks Legacy Peripheral Opteron 2,6 ГГц Opteron 2,6 ГГц AGP 4x память Контроллер

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 61 Важными устройствами персонального компьютера являются: дисковод гибких магнитных дисков; дисковод жестких магнитных дисков; CD-ROM (устройство только для чтения компакт-дисков) или CD-RW (чтение и перезапись); монитор (дисплей); видеокарта (видеоадаптер) для обеспечения связи системного блока и монитора; клавиатура;

кафедра ЮНЕСКО по НИТ 62 Важными устройствами персонального компьютера являются: принтер; сканер; плоттер (графопостроитель); дигитайзер (кодирующий планшет); манипулятор-мышь или манимулятор-трекбол; звуковая карта (адаптер); звуковые колонки; модем и другие устройства.