Главная страница
Контакты

    Басты бет


«компьютер жүйелерінің СӘулеті»

жүктеу 0.69 Mb.



жүктеу 0.69 Mb.
бет7/9
Дата17.03.2017
өлшемі0.69 Mb.

«компьютер жүйелерінің СӘулеті»


1   2   3   4   5   6   7   8   9

Дәріс жоспары:


2.1. Микропрограммалық басқарумен процессордың жалпы құрылымы

2.2. МП жұмыс циклі (фон-Нейман циклі)


Дәрістің қысқаша мазмұны:


Процессор құрамына (1-сурет) АЛҚ, жалпы бағыт регистрі (регистр общего направления), басқару құрылғысы (БҚ), жады интерфейсі мен ЕШҚ кіреді. Жадыдан және пультті басқарудан деректер деректердің буферлі регистрі (БРД), мәліметтердің екі бағытты магистралі және АЛҚ немесе жалпы бағыт регистрі кіретін жердегі мәліметтердің ішкі магистралі арқылы тізбектей беріледі.

Қандайда бір программаның орындалуы бастапқы адреспен СчК жүктеуден басталады. СчК құрамындағылар жадыны адрестеу үшін адрестің буферлі регистріне (БРА) беріледі.

БРД арқылы енгізу магистралі бойынша жадыдан оқылатын команда КР-не (командалар регистрі) түседі. Жедел жады командасы (КОП) тұрақты жадыдан микропрограммаларды таңдау және команданың орындалу қадамын басқаратын сигналдарды құру үшін пайдаланылады. Команданың адрестік бөлігі операндтарды таңдау үшін БРА-ға жіберіледі. Операндтар А аккумуляторына немесе РОН регистрлерінің біріне енгізіледі.

Ағымды команданың орындалу процесі аяқталғаннан кейін СчК құрамы модификацияланады және келесі команданы таңдау жүргізіледі.

Сыртқы басқарушы сигналдар ретінде жадыны басқаруға арналған оқудың шығару (Чт) мен жазу (Зп) сигналдары жадыға қатынасу командасын орындау кезінде құрылады), енгізу (Вв) және шығару (Выв) сигналдары (ЕШҚ-на қатынасу командасын орындау кезінде құрылады);

Аккумулятор (лат. accumulator - жинақтауыш) - химиялық реакция энергиясын электр энергиясына айналдыратын аспап; ол электр және су энергиясын гальвани батареяларының көмегімен жинайды. Ол жиналатын энергия түріне сәйкес электр аккумуляторы, гидравликалық аккумулятор, пневматикалық аккумулятор, жылу аккумуляторы, бу аккумуляторы және инерциялық аккумулятор болып бөлінеді.
Басқарушы сигналдар (Управляющие сигналы; managing signals) - екі құрылғының, мысалы, CD, DTR, RTS, арасында ақпарат алмасуды басқаруға пайдаланылатын сигналдар.
ішкі сұранысқа сәйкес негізгі программаның орындалуын үзу және подпрограммаларды орындауға көшуді қамтамасыз ететін ЗПр үзу сұранысының ішкі сигналы пайдаланылады. Процессорларда жиі ішкі үзулер сигналы құрылады (мысалы, нольге бөлу кезінде).

УС стегін көрсеткіш стектік жадыны адрестеу үшін арналған. Ол жедел жадының қандайда бір облысында өндіріледі. Бұл облыс операциялық жүйе арқылы немесе УС-ке стек облысының бастапқы адресін жүктеу жолы арқылы программистпен анықталады.

Процессордың жұмыс циклі

Процессордың функционалдауы қайталанатын жұмыс циклдерінен тұрады, оның әрбіреуі бір команданың орындауына сәйкес келеді. Жұмыс циклін аяқтағаннан кейін процессор келесі жұмыс цикліне көшеді.

Процессор команданың төрт типін орындасын деп есептейік:

- негізгі (арифметикалық, логикалық, сілтеме операциялар);

- басқаруды беру;

- енгізу-шығару;

- жүйелік (үзу маскасын қою, процессор жағдайы және т.с.с).

Командалар бойынша орындалатын жұмыс циклін қарастырайық (машиналық цикл бойынша орындалатын жұмыс циклдері де бар).

Жұмыс циклі (2-сурет) процессордың жағдайын анықтаудан басталады – есеп немесе күту. Күту жағдайынан процессор тек қана ЗПр сигналы бойынша шыға алады. Мұндай жағдайда процессор ешқандай іс-әрекет орындамайды.

“Есеп” (есеп- командаларды тізбектей таңдау және орындау) жағдайында, егер үзу сұранысы түссе, процессор үзу триггерін ТгПр лақтырып (сбрасывает) және СчК-ға подпрограммалардың адресін беру жолымен үзуді өңдеу подпрограммаларын орындайды. Егер ЗПр сигналы түспесе, негізгі команданы орындаудың жұмыс циклінің келесі сатысы орындалады: операндтардың орындаушы адрестерін құру, операндтарды таңдау, операцияны орындау және нәтижесі есте сақтау. Осыдан кейін процессор келесі команданы таңдауға көшеді және цикл қайталанады.

Көптеген командаларды орындау кезінде операция белгілері құрылады, олар шартты көшу командаларында пайдаланылады.

Басқаруды беру командасын орындау кезінде шартты көшу командалары үшін жоғарыда көрсетілген белгілер бойынша шартты көшу қайталанады. Егер шарт орындалмаса, онда команда реті бойынша келесісі таңдап алынады. Егер шарт орындалса, онда СчК көшу адресі енгізіледі.


10, 11, 12 дәрістер. Микропроцессор (МП) сәулеті, құрылымы және міндеті

Дәріс сұрақтары:


1.1. МП даму тарихы мен эволюциясы. Автоматтандырудың қазіргі жүйелерінде МП алатын орны мен ролі.

1.2. МП сәулеті. МП классификациясы.

1.3. МП жалпы құрылымы. Құрылым элементтерінің міндеті.

1.4. МП командалар жүйесі.

1.5. МП негізгі сипаттамалары.

1.6. МП сәулетін дамыту бағыттары.


Дәрістің қызсқаша мазмұны:


1.1. МП даму тарихы мен эволюциясы. Автоматтандырудың қазіргі жүйелерінде МП алатын орны мен ролі.

МП – сандық ақпаратты өңдеу процесін жүзеге асыратын программалы-басқармалы құрылғы.

Орталық МП –бірпроцессорлы жүйеде ақпаратты өңдеу процесін жүзеге асыратын немесе көппроцессорлы жүйе жұмысын ұйымдастыратын МП.

Периферийлі МП (сопроцессор) – жүйеде қандайда бір функцияны орталық МП басқаруымен орындайтын МП.

Арнайы (специализированный) МП – қандайда бір есептер класын шешу үшін оптимизацияланған құрылымы бар МП.

МП разрядтылығы – МП арифметика-логикалық басқару регистрлерінің рязрядтар саны.

1.2. МП сәулеті. МП классификациясы.

МП сәулетін аппараттық, программалық және -программалық құралдар жиынтығы деп түсінігуге болады.

Аппараттық құралдар МП логикалық құрылымы түрінде беріледі, яғни МП құрайтын логикалық блоктар конфигурациясы және олардың арасындағы байланыс.

МП программалық құралдары МП программалық моделі, командалар жүйесі мен программалау тілдері жүйесі және адрестеу жүйесі түрінде беріледі.

МП классификациясы:


  1. Аппараттық құрал ретінде қарағанда:

  • біркристалды және

  • көпкристалды.

Көпкристалдылар түрлерінің бірі секциялық болып табылады, онда МП разрядтылығы бойынша жеке секцияларға бөлінеді. Секциялар қажет разрядтылыққа дейін өсуі мүмкін.

  1. Міндеті бойынша:

  • әмбебап және

  • арнайы.

  1. Өңделетін енгізу сигналдарының түрі бойынша:

  • сандық және

  • аналогтық.

  1. Логикалық құрылым ұйымдастыру бойынша:

  • бір магистральмен,

  • көп магистральды.

1.3. МП жалпы құрылымы. Құрылым элементтерінің міндеті.

3-шиналы МП құрылымының жалпы түрі келесідей:




Кристалда мыналар орналасқан: 1) Басқару құрылғысы (УУ), 2) арифметико-логикалық құрылғы (АЛУ), 3) Регистрлер, 4) Енгізу-шығару құрылғысы (УВВ), 5) Тактілік жиілік генераторы (ГТ). МП-да қосымша (КЭШ) жады, арифметикалық сопроцессор болуы мүмкін.

УУ – АЛҚ операциясының орындалу реттілігі, МП барлық блоктарының жұмыс істеу тактілігін өңдеу, мәліметтерді алмастыру және ішкі, сыртқы магистральдар бойынша адрестерді басқару үшін арналған.



УУ жұмысының бастапқы сатылары:

  1. команда санағышында (СК) көрсетілген адрес бойынша келесі команданы таңдау.

  2. Команданы дешифрлеу.

  3. Командаларды орындау бойынша элементарлы операциялар реттілігін құру.

АЛҚ – екілік кодта көрсетілген сандар және адрестермен арифметикалық және логикалық операциялар жүргізеді. Командалар жиыны 60-тар 300-ге дейін құрайды.

Р – жұмыс регистрлері. Ондағы сақталынған мәліметтерге тез кіруді қамтамасыз ететін жады ұяшығын көрсетеді.

Жұмыс регистрлері орындалатын функциялар бойынша топтарға бөлінген:


  • Операндтар регистрі (О), операцияның орындалу уақыты кезінде операцияны орындап жатқан сандар сақталады.

  • Командалар регистрі (К). Орындалып жатқан операция кодын сақтайды.

  • Адрес регистрі (А), команданың адрестік бөлігін сақтайды.

  • Белгілер (флаг) мен жағдайлар регистрі (ФиС) – олар әртүрлі жағдайлардың туындауын тіркейді:

А) разрядты тордың толып кету белгісі (С).

Б) қосымша алмастыру белгісі (АС).

В) таңба белгісі (S).

Г) ноль белгісі (Z).

Д) жұп белгісі (Р).


  • Жалпы бағыт регистрі (ОН) аралық нәтижелер мен командаларды сақтау үшін пайдаланылады.

  • (УС) стекті көрсеткіш (SP).

Стек – мәліметтерді жазу және оқу үшін жадыдан арнайы бөлінген облыс. Стекті ұйымдастыру – LIFO.

Стектің 2 түрі бар: 1) қосымша салынған (встроенный) (МП кристалында, V – үлкен емес), 2) Автономды (МП-ға қатынасы бойынша сыртқы – ЖЕСҚ)

Стектер пайдаланылады:


  1. Кері есептеу жүргізу кезінде пайдаланылатын мәліметтерді жедел тізбектей сақтау кезінде.

  2. Қайтару адрестерін есте сақтау үшін подпрограммалармен жұмыс істеу кезінде.

  3. Негізгі блоктар жағдайын есте сақтау үшін үзулермен жұмыс істеу кезінде.

  • Командалар санығышы (СК). Орындалуға тиіс командалар адресін көрсетеді.

  • Тактілік жиілік генераторы (ГТ). МП барлық элементтерінің және онымен байланысқан құрылғылар жұмысын синхрондайды. Программалардың орындалу жылдамдығы ГТ тактілік жиілікке пропорционалды.

Шина – МП барлық элементтерін өзара қосатын байланыс (проводник) сызығының (линия) топтары. Проводниктер саны шина бойынша берілетін ақпараттың разрядтылығын анықтайды.

Көбінесе ША, ШД, ШУ бөліп қарастырады. Бұл 3-шиналы құрылым болады. 2-шиналы және біршиналы да құрылым бар. Бұл жағдайда бір сызықпен мәліметтер, адрестер, басқару сигналдары беріледі. Бұл жылдамдықты төмендетеді, бірақ сызықтың аз санын пайдалануға мүмкіндік береді.

1.4. МП командалар жүйесі.

МП ерекшелігі оның программаланатындығы болып табылады. Бұл дегеніміз МП команда бере отырып, операцияның қажет тізбегін қамтамасыз етуге болады

Шешілетін есеп алгоритмі қаншалықты қиын болса да, ол МП командалар жүйесіне сәйкес келуі керек.

Әртүрлі МП-да 50 .. 60 және 200..300 дейінгі диапазонда командалардың әртүрлі жүйесі бар.



Командалар классификациясы:

  1. Функционалды түрде қарағанда командаларды мынаған бөледі:

  • арифметикалық

  • логикалық

  • программалардың орындалу тізбегін басқару командалары (көшу командасы)

  • мәліметтерді беру (қайта жіберу) командалары

  • подпрограммаларға қатынасу және одан қайтып келу командасы

  • енгізу/шығару командасы.

  1. Сәулеттік белгі бойынша: (команда МП қандай элементінің құрылымымен жұмыс істеуіне байланысты).

  1. Бір команданы орналастыру үшін қажет жады ұяшығының саны бойынша:

  • 1 сөзге ұзын командалар,

  • 2 сөзге ұзын командалар,

  • 3 сөзге ұзын командалар.

Сәйкесінше команда ұзындығы жадыға қатынасу санын өзгертеді және осыған сәйкес команданың орындалу уақыты да өзгереді.

1.5. МП негізгі сипаттамалары.



1. Микропропцессор типі.

МП-дің компьютерде орнатылған типі ДК түрін анықтайтын басты фактор болып табылады. Оған компьютердің есептеу мүмкіндігі қатысты. Пайдаланылатын микропроцессор типіне байланысты ДК бес класын ерекшелейді:

1. XT класты компьютерлер;

2. AT класты компьютерлер;

3. 386 класты компьютерлер;

4. 486 класты компьютерлер;

5. Pentium класты компьютерлер.

2. Микропроцессордың тактілік жиілігі.

Тактілік жиілік импульсі жүйелік платада орналасқан генератордан түседі.

Микропроцессордың тактілік жиілігі – генератормен 1 секундта пайда болатын импульстер саны.

Тактілік жиілік ДК құрылғыларының жұмысын синхрондау үшін қажет.

Синхрондау (Синхронизация; synchronization, timing) - 1) процестерді іске қосу сәтінің жүйедегі белгілі бір оқиғалармен үйлесімділігін анықтау, параллель процестер әрекеттерінің уақытша реттілігін жасақтау; 2) теңестіру.
Микропроцессор жұмысының жылдамдығына әсер етеді. Тактілік жиілік жоғары болған сайын, сонша оның жылдамдығы да ұлғаяды.



3. Микропроцессор жылдамдығы.

Микpопpоцессоp жылдамдығы – бұл уақыт бірлігінде (операция/секунд) микропроцессормен орындалатын элементарлы операциялар саны.



4. Процессор разрядтылығы.

Процессор разрядтылығы – екілік код разрядының максималды саны, олар бір уақытта өңделіп немесе жіберілуі мүмкін.



5. Микропроцессордың функционалды міндеті.

1. Әмбебап, яғни негізгі микропроцессорлар.

Олар аппаратты тек арифметикалық операцияларды және тек бүтін сандармен орындауы мүмкін.

2. Сопpоцессоpлар.

Негізгі процессордың функционалды мүмкіндігін толықтыратын микpопpоцессоpлы элемент. Негізгі процессор команда алған кезде, ол осы жұмыс жиыны команда құрамына кірсе, басқаруды сопроцессорға беруі мүмкін.

Мысалы, математикалық, крафикалық және т.б. сопроцессорлар бар.



6. Микропроцессор сәулеті.

Командалар жүйесінің құрамын анықтайтын сәулеттік ерекшеліктерімен сәйкес сыналарды ерекшелейді:

1. CISC сәулетті микропроцессорлар.

CISC - Complex Instruction Set Computer – командалардың қиын жүйесі бар компьютеpлер. Тарихи олар бірінші және командалардың үлкен санын қосады. INTEL фирмасының барлық микропроцессорлары CISC категориясына жатады.

2. RISC сәулетті микропроцессорлар.

RISC - Reduced Instruction Set Computer – командалардың қысқартылған жүйесі бар компьютеpлер. Командалар жүйесі жеңілдетілген және әрбір нұсқасы бір ғана тактте орындалатындай қысқартылған. Сондықтан микропроцессор құрылымы жеңілдетіліп, оның жылдамдығы жоғарлады.

RISC-сәулетті микропроцессорлар мысалы - Power PC. Power PC микропроцессорлары 1981 жылы үш фирмамен: IBM, Motorola, Apple құрастырыла бастады.

3. MISC сәулетті микропроцессорлар.

MISC - Minimum Instruction Set Computer – командалардың минималды жүйелері бар компьютеpлер. Программа ұзын командалардың аз санын түрлендіреді.

7. Микропроцессор корпусының типі.

Қазіргі микропроцессорлардың микросхемасы пластмассалық немесе керамикалық корпусы бар болуы мүмкін.

PQFP - Plastic Quard FlatPack Package

- бұл типті корпустарда микpопpоцессоpлар жүйелік платаларда орналасады, сондықтан микропроцессорды ауыстыру мүмкін емес.

ZIF - Zerro Insertion Force

- корпустың мұндай типінде арнайы (қысым) зажим бар, оның көмегімен ол жүйелік платадан оңай алынады.

PGA - Pin Grid Array керамикалық коpпус және алтын тәрізді қойылымы болады, ол оны арнайы ұяға жеңіл қоюға мүмкіндік береді.

1.6. МП сәулетін дамыту бағыттары.

Қарастырылған МП құрылымында программалар тізбектеле орындалады: командадан кейін команда (Командалардың орындалуы командалар ағынымен анықталады). Мұндай архитектура SISD (бір команда, қарапайым деректер) деген атау алды. 2 немесе 3 сөзден тұратын командалар бар болған жағдайда МП команданы түгелдей оқу үшін жадыға бірнеше рет айналып келеді. Нәтижесінде оқуға кететін уақыт операцияның өзінің орындалу уақытынан асып кетеді. МП жылдамдығын жоғарлату тактілік жиілікке тікелей пропорционалды. бірақ мұнда физикалық шекке жақындаймыз: 1МГц-те тактілік жиілік үшін шиналар мен арналар бойынша сигнал бір такт уақытта 20..25 см. қашықтықта таралуы мүмкін. Ал егер сигналдың индуктивтілігі мен көлеміне байланысты сигналды орнату уақытын ескерсек, онда бұл МП жылдамдығын одан да көп шектейді.

Шектеулерден өту жолы:



  1. Конвейеризация.

Егер МП кристалында командаларды өңдеудің бірнеше арнасын тұрғызсақ, онда конвейер түзеледі. Конвейердің әрбір элементі команданы өңдеудің бір сатысын ғана орындайды және көрші элементке береді. Нәтижесінде жадыға қатынасу жиілігі ұлғаяды, МП өнімділігіне оның әсері кемиді.

  1. КЭШ жады.

Жадыдан оқуға уақыт шығынын кемітудің келесі қадамы МП кристалында жылдам жұмыс істейтін буферлі жадыны ұйымдастырудан тұрады, онда ЖЕСҚ-нан әрқашан программа үзіндісі (орындалатын программа және келесісі) алынады.

Енді ЖЕСҚ-на КЭШ шегінен шыққан жағдайда ғана қатынасу қажет (КЭШ-ті жаңарту). МП-да жылдам буферлі жады – КЭШ жады деп аталады.



  1. Параллелизация.

Буферде программа үзындісінің бар болуы командаларды алдын-ала көруге және тәуелсіз операцияларды жобалауға мүмкіндік береді. Құрылымға қосымша бірнеше АЛҚ, регистрлік блоктарды және т.б. элементтерді енгізе отырып, осындай тәуелсіз операцияларды параллель өңдеуді ұйымдастыруға болады.

  1. Векторлы өңдеу.

Параллелизациядан алу ұтымдылығы егер бір формуламен деректердің үлкен санын өңдеу жүргізілген жағдайда береді.
Формула (Formula) - электрондық кестедегі (Excel) математикалық өрнек, оның жұмыс нәтижесі торлардағы мәндерге байланысты болады. Мысалы, D5 торына енгізілген мынадай формула =а5+b5+с5 A5, В5, С5 торындағы сандардың қосындысын D5 торына орналастырады.

Бұл класс SIMD (бір команда, көп деректер) деп аталады. Бір командамен деректердің реттелген жиыны өңделетін режим векторлы өңдеу деп аталады. Ол конвейер немесе конвейерлер жиыны көмегімен ұйымдастырылуы мүмкін.



  1. Матрицалық өңдеу.

Векторлы өңдеудің келесі әдісі бірдей басқару құрылғысынан тұратын біртипті процессорлардан матрицалар (2-ші немесе 3-ші ретті) құрудан тұрады. Барлық МП бір операцияны, бірақ әрбіреуі өзінің операндысымен орындайды.

  1. Командалардың қысқартылған жиынын қолдану.

RISC деп аталатын архитектура. Клмандалардың жеңілдетілген жүйелері құрылады, сонымен қатар барлық командалар бірдей ұзындықты болуы және бір уақытта орындауы керек. Программа кодының ұзындығы ұлғаяды, бірақ МП схемасы жеңілдетіледі, алмасу ұлғаяды және қосындысында жылдамдық өсу керек.

  1. Барлық қарастырылған әдістер командалардың басқарылатын ағынымен МП архитектурасына негізделген. МП да, қазіргі программалау тілдері де жалпы жағдайда программа мен операцияның параллелизациядан алуына себін тигізбейді.

Жаңа бағыттардың бірі деректердің басқарылатын ағынымен ЭЕМ құру болып табылады. (Data Flow – бұл фон-Неймандық архитектура емес).

Программаның орындалуы кезінде командалар өзінің нәтижелерін басқа командаларға ауыстырады (береді), олар бастапқы деректер ретінде қажет. Команданың орындалу басының жалғыз шарты барлық қажет операндтардың бар болуы табылады, яғни командалардың орындалу реті программада оның жазылу тізбегімен емес, ал деректердің дайын болуы уақытымен анықталады.

Нәтижесінде ауқымды жадының қажеттілігі керек емес, нәтижелер программалық құрылымда ауыстырылады. Программалық санағыш жоқ, командалардың активтілігі деректердің дайындығымен анықталады. Бұл шарттарды командалар жиынының деректер жиынымен біруақытта орындалуы үшін құрылады. Мұндай архитектура - MIMD (көп командалар, көп деректер).
3-модуль

13 дәріс. ЭЕМ-ді ұйымдастырудың машиналық деңгейі.

1   2   3   4   5   6   7   8   9

  • Дәріс сұрақтары
  • Дәрістің қызсқаша мазмұны

  • жүктеу 0.69 Mb.