andrey

Путь к Файлу: /Организация ЭВМ / лекции ПО-42 / Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер.doc

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   0
Пользователь:   andrey
Добавлен:   13.01.2015
Размер:   776.0 КБ
СКАЧАТЬ

Микропроцессор.CISC и RISC архитектуры. АЛУ.

 

Варианты МП систем:

 

1. Однокристальное исполнение

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

 

2. Многокристальное исполнение

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

3. Секционные МП

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

ОУ – отвечает за разрядность

УУ – отвечает за систему команд

УУ обеспечивает выполнение последовательности микроопераций в соответствии с кодом текущей команды и организует выборку команд программы в соответствии с выполняемой программой.

 

Структура микропроцессора:

Основные параметры МП:

1). Разрядность шины данных (ШД);

      Разрядность: 4,8,16,32,64

2). Тактовая частота – f(t);

 

РОН характеризуется следующими параметрами:

            1). RISC – машина: 32..64

            2). CISC – машина:  8..16

 

Блок РОН обеспечивает хранение операндов и промежуточных результатов вычислений, характеризуется малым временем обращения и ограниченным количеством регистров.

 

 

 

ШД

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

РОН

 

 

 

 

 

 

 


ША

 

 

 


АЛУ

 

                                   

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер
Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер
Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

 

 

 

 


 

 

 

 

 


ШД – шина данных;

ША – шина адреса;

РОН – регистр общего назначения;

АЛУ – арифметическо-логическое устройство(основной блок процессора, выполняющий арифметические и логические операции);

Ак – аккумулятор;

РВХ – регистр временного хранения;

PC – счетчик команд;

fт – тактовая частота;

СхС – схема синхронизации;

Г– генератор тактовых сигналов

 

Существует два основных направления (архитектур)

 

 

 

 
 развития МП систем:

v RISC (Reduced Instructions Set Computers) – архитектура построения процессоров с сокращённым набором команд.

v CISC (Complex Instruction Set Computers) – архитектура процессоров с полным набором команд.

v

В CISC системах выполнение различных команд происходит за различное число тактов.

В RISC системах выполнение различных команд происходит за один такт.

Главное достоинство RISC заключается в том, что он позволяет обеспечить высокий технико-экономические показатели (большое быстродействие, выражаемое числом выполняемых команд в секунду) без необходимости платить высокую цену за сокращение длительности цикла машины. Принцип RISC предусматривает отказ от излишних архитектурных сложностей для повышения быстродействия благодаря упрощению машинных команд и уменьшения их числа, а также благодаря использованию площади полупроводникового кристалла для размещения регистров памяти вместо схем микропрограммного управления. Тем самым достигается экономия числа машинных циклов, требуемых в противном случае для интерпретации микрокода, и обеспечивается возможность хранить часто используемые программные коды и данные в памяти на кристалле.

 

Большинство современных систем представляют собой комбинацию CISC и RISC. 

Существуют:

 

v Однопотоковая (аккумуляторная) структура

 

Для осуществления операции (R1 + R2) => R3 необходимо выполнить следующие действия: 1.[R1]->A; 2.ADD R2; 3.[A]->R3

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

Достоинство: простота построения.

Недостаток: невеликое быстродействие.

 

 

v Двухпотоковая структура (промежуточный вариант)

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

Результат сложения (R1+R2) заносится сначала в регистр R1 или R2 (в зависимости от состояния DMX), затем результат суммы заносится в R3.

 

v Трёхпотоковая структура (СуперЭВМ)

 

Каждый регистр РОН-а может как принимать, так и записывать данные на шины (которые нужно разнести на входные и выходные, чтобы все организовать за один такт).

(R1+R2)->R3 – возможно только в суперЭВМ, используется трехпотоковая структура.

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

Недостаток: организация трех шин вместо одной, т.е. потеря ресурсов

Достоинство: выполнение команды за один такт.

 

 

Однопотоковая структура – Intel организация;

Двухпотоковая структура – Dec организация;

Трехпотоковая структура – Супер ЭВМ и некоторые RISC системы

 

Разрядность определяет архитектуру вертикального и горизонтального программирования.

Горизонтальное программирование – одновременное управление N блоками(все действия выполняются за один такт).

Вертикальное программирование(выходов меньше блоков) – меньше скорость выполнения(от 1 такта и более).

 

Структура команд.

ü Служебные:

Общий сброс системы.

Восстановление системы.

Ожидание.

ü Пересылки данных.

ü Арифметические и логические.

ü Переходов

ü Обработки прерываний

 

Команды.

 

            Линейное программирование: команды последовательно расположены: для их организации нужен счетчик команд – PC.

Счетчик команд построен по схеме n-разрядного счетчика с предварительной загрузкой. Он определяет разрядность шины адреса и, как следствие, объем адресного пространства. Обычно используется 16-, 32- и 64-разрядные счетчики.

При включении питания производится автоматическое очищение  программного счетчика. Предварительная загрузка необходима для организации переходов между командами.

В процессорах с архитектурой DEC счетчик команд (PC) относится к регистрам общего назначения.

 

            Разрядность шины адреса определяет разрядность счетчика команд.

            Разрядность шины данных может не совпадать с разрядностью других шин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обобщенная схема структуры процессора на шинах.

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Структура общей шины.

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

 

 

                                                                                  Управляющие данные, коды.

 

                                                                                 

 

           

Контроллеры устройств ввода вывода – для обмена между устройствами. (Данные: клавиатуры, сегментов).

 

 

Все устройства подключаются к общей шине.

 

Подключение:

 

1. RESET – формируется источником питания.

2. начальное состояние (стартовый адрес – подключение питания: физический адрес).

Чтение кода команд.

.

.

.

.

.

.

.

.

- служебные:

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер
 

 


код операции

- пересылка:

           

.

.

.

.

.

.

.

.

             

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер
 

 


            Код                 информация –

            операции                               источники данных

 

DEC’овская архитектура - двухшинная.

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,КонвейерМикропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,КонвейерМикропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер            Сразу с двумя регистрами:

            одновременно.

Код                 источник                   приемник

       операции

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер                                  

01  02 04

                       

 

                 код  источник приемник

В DEC архитектуре все по 8

 

 

 

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

01  00 01

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,КонвейерМикропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,КонвейерМикропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер            пересылка

            регистр р0     регистр р1

 

Суммирование

 

1. MOV B, A (аккумулятор) – 3 такта.

2. ADD C      (сложение)

3. MOV A, D

           

ССП – слово состояние процессора.

1. Включить регистр С

2. Занести в РВХ

                        С – перенос.

- логические и арифметические:

            Z – признак 0.

            N – знаковый.

            Регистр признаков – регистр состояния процессора.

            Формируется слово состояние процессора: C, Z, N.

                        Дополнительно: перенос из младших разрядов в старший в 10 или 16 системе исчисления; разрешение прерываний.

 

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

 

Количество тактов

 

 

 

 

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер            чтение

 

 

 

 

 

 

 

 

1. MOV #D1, B

2. MOV #D2, C

3. суммирование

……………….

n. MOV D, # ADR

 

 

 

Конвейер

Конвейеризация  -  это  важный  способ  ускорения выполнения команд  микропроцессором. Выполнение любой команды можно разбить на  два  этапа:  1  -  выборка  кода  команды,  2  -  собственно выполнение.   Конвейеризация  позволяет  сократить  до  минимума первый этап.

Рассмотрим схему выполнения процессором последовательности команд:

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

Можно уменьшить время задержки, если при дешифрации использовать дополнительно регистр:

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

 

Тогда при выполнении i-й команды можно одновременно производить выбор (i+1)-й команды. Подобная организация называется конвейерной:

 

выбор

i+1

i+2

выполнение

i

i+1

 

Конвейер – совмещение процедур обработки команд.

Можно модифицировать схему следующим образом, используя еще регистр для выполнения предыдущей команды на этапе дешифрации текущей:

 

Микропроцессор,АЛУ,RISC,CISC,Конвейер

 

выбор

i+1

i+2

i+3

дешифрация

i

i+1

i+2

выполнение

i-1

i

i+1

 

В современных системах используется  четырехуровневый конвейер. Процесс дешифрации делится на 2 этапа, что связано с переходами между командами в программе:

 

выбор

i

i+1

i+2

i+3

i+4

DC1

 

i

i+1

i+2

i+3

DC2

 

 

i

i+1

i+2

выполнение

 

 

 

i

i+1

 

 

 

 

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика