Концепция машины с хранимой в памяти программой. Конвейер команд

1.Концепция машины с хранимой в памяти программой. Конвейер команд

ВМ как цифрового устройства, в котором определенным образом закодированные команды хранятся в памяти и выбираются из нее в момент исполнения. Такая ВМ известна под названием «ВМ с хранимой в памяти программой».

Принципы, на которых построена «ВМ с хранимой в памяти программой» следующие:

1. принцип двоичного кодирования, при котором вся информация (данные и команды) кодируются бинарными значениями; каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат; последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем; в информации, содержащей цифровые данные, выделяются поле знака и поле значащих разрядов; в информации, содержащей команду, выделяются поле кода операции (КОП) и поле адреса(ов).

КОП представляет собой указание какая операция должна быть выполнена в АЛУ и задается при помощи некоторой кодовой комбинации. Вид адресного поля может сильно вырьироваться в зависимости от типа команды и вида ВМ. В частности, в командах преобразования данных, она содержит адреса операндов, в командах ВВ – адрес УВВ, в командах вызова подпрограмм – это адрес первой инструкции этой подпрограммы в памяти.

2. принцип программного управления предполагает, что все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представленны в виде программы, состоящей из ряда команд, в свою очередь, каждая из которых предписывает некоторую операцию из доступного набора, реализуемого архитектурой ВМ; команды хранятся в памяти ВМ и выполняются в естественной последовательности, следуя порядку их раположения.

Алгоритм представляет собой конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций. Он характеризуется дискретностью, определенностью, массовостью и результативностью.

Дискретность выражается в том, что алгоритм описывает действия над дискретной информацией, причем сами эти действия также дискретны.

Определенность обозначает, что в алгоритме указаны все действия, которые должны быть сделаны и ни одно из этих действий не должно восприниматься двояко.

Массовость подразумевает применимость алгоритма к множеству значений исходных данных, а не только к уникальным, тестовым значениям.

Результативность подразумевает возможность получения результата за конечное число шагов.

3. принцип однородности памяти предполагает, что команды и данные храняться в одной памяти и внешне абсолютно неразличимы – распознать их можно только по способу использования. Как следствие, это позволяет проводить над командами операции как над числами и обеспечивает возможность получения команд какой-либо программы в результате исполнения (транслирования) другой программы.

принцип адресности подразумевает, что основная память состоит из пронумерованных двоичными адресами ячеек, причем ЦП в произвольный момент времени имеет доступ к любой из них.

2 Архитектура системы  команд. Конфликты при конвейерном исполнении.

Система команд ВМ – это полный перечень команд, которые способна выполнять данная ВМ. Под «архитектурой системы команд» (АСК) принято называть те средства ВМ, которые видны и доступны программисту. АСК необходима и разработчику ПО, и разработчику аппаратуры, поскольку и те, и другие стремятся к реализации вычислений наиболее эффективным (с минимальным временем) образом.

Упрощенно время выполнения программы Т может быть записано:

где N – количество команд в программе, CPI – среднее количество тактов на выполнение одной команды, – длительность тактового периода.

 

 

 

 

 

 

 

 

Конфликты при конвейерном исполнении?

3 Типы и форматы  команд. Типы команд. Основные черты RISC-архитектуры.

Преимущества и недостатки RISC

4 Машина фон-Неймана.Функциональная схема Устройство управления

5 Цикл исполнения  команды

6 Критерии эффективности  вычислительных машин. Способы построения

критериев эффективности

7 Типы и иерархия  шин Модели архитектуры памяти вычислительных систем

8 Физическая реализация  шин. Функции маршрутизации данных

9 Арбитраж шин

10 Методы повышения  эффективности шин

11 Характеристики  систем памяти. Основная память  Векторные

вычислительные системы.

12 Обнаружение  и исправление ошибок при передаче  и хранении данных в

вычислительных системах Матричные вычислительные системы.

13 Специлизированные виды памяти(Стековая, ассоциативная, кэш-память,

виртуальная и внешняя).

14 Функции модель  и структура центрального устройства  управления.

Вычислительные системы с систолической структурой.

15 Микропрограммный  автомат с жесткой и программируемой  логикой.

Симметричные вычислительные системы.

16 Основные принципы  управления по хранимой в памяти  микропрограмме.

Кластерные вычислительные системы

17 Структуры операционных  устройств. Потоковые вычислительные

системы

18 Базис операционных  устройств. Редукционные вычислительные  системы

19 Реализация целочисленного сложение и вычитание. Вычислительные

системы на базе транспьютеров

20 Реализация целочисленного  умножение и способы его ускорения. Модели

архитектуры памяти вычислительных систем

21 Реализация целочисленного  деления и способы его ускорения. Функции

маршрутизации данных в вычислительных системах.

22 Реализация операций  с плавающей точкой. Векторные  вычислительные

системы.

23 Подсистема ввода-вывода  и ее адресное пространство. Матричные  ВС

24 Модули ввода  – вывода их функции и структура

25 Методы управления  вводом – выводом. Динамические  топологии

вычислительных систем