Общие сведения о процессорах (лекция 5)

1.

ВНИМАНИЕ!
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ СВЯЗИ, ФОТО,
ВИДЕО И ЗВУКОЗАПИСИ ЗАПРЕЩЕНО!

2.

ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ А.Ф. МОЖАЙСКОГО
Кафедра 24: «Информационно-вычислительных
систем и сетей»
Дисциплина: «Организация ЭВМ и систем»
Лекция
ктн доцент Кузнецов В.В.

3.

Контроль готовности обучающихся к учебному занятию
Контрольный вопрос № 1:
Перечислите способы адресации команд
1.
2.
3.
4.
5.
Прямая адресация
Косвенная адресация
Регистровая адресация
Адресация со смещением
Индексная адресация
3

4.

4
Лекция № 5. Общие сведения о процессорах
Цель: сформировать у обучающихся устойчивые знания о
назначении и основных функциях процессоров
Учебные вопросы:
1. Функциональная схема ЭВМ.
2. Классификация процессоров и их характеристики.
3. Типовая структура и основные функции процессоров.

5.

Учебный вопрос №1
Функциональная схема ЭВМ
5

6.

Функциональная схема ЭВМ
Процессор
Арифметико-логическое
устройство
Системный
интерфейс
Запоминающие
устройства (память)
Система ввода-вывода
информации
Устройство управления
6

7.

7
Запоминающее устройство (ЗУ) или память
предназначено для записи и хранения программ и
данных.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ)
предназначено для выполнения арифметических
и логических операций.
Устройство управления (УУ) предназначено для
организации и управления процессом выполнения
операций.
Устройство, объединяющее АЛУ и УУ, называют
процессором.
Система ввода-вывода служит для ввода,
длительного хранения и выдачи информации.
Системный интерфейс обеспечивает обмен
информацией между компонентами ЭВМ.

8.

Базовые концепции процессоров
Процессором называется устройство,
непосредственно осуществляющее процесс
обработки данных и программное управление этим
процессом.
Основные задачи процессора:
• дешифрация и выполнение команд программы,
• организация обращения к оперативной памяти,
• инициализация работы периферийных устройств,
• обработка запросов прерывания.
8

9.

Учебный вопрос №2
Классификация процессоров и их
характеристики
9

10.

Классификация процессоров и их характеристики
Классификация структур процессоров
ПРОЦЕССОРЫ
По длине
обрабатываемых
операндов
По способу обработки
разрядов
По типу
связей
По очередности
выполнения операций
Над данными
фиксированной
длины
Параллельного
действия
С жесткой
структурой
Без совмещения
выполнения
операций
Над данными
переменной
длины
Последовательного
действия
С
магистральной
структурой
С совмещением
выполнения
операций
Параллельно –
последовательные
С комбинированной
структурой
Векторные
Конвейерные
Блочные
10

11.

Классификация процессоров и их характеристики
11
Магистральная структура процессора
RG 1
RG 2 … RG N
Обобщенная
комбинационная
схема
Управля
ющий
Автомат

12.

Классификация процессоров и их характеристики
Векторные АЛУ (одна команда над потоками
данных)
–
допускают
одновременное
выполнение нескольких одинаковых операций
над разными данными.
Конвейерные АЛУ (поток команд над одним
потоком данных) – производит обработку
данных
по
принципу
поточной
линии
(конвейера).
Блочные АЛУ – наборы из нескольких
специальных
операционных
блоков
(устройств), каждый из которых предназначен
для выполнения некоторой совокупности
однотипных операций
12

13.

Классификация процессоров и их характеристики
13
Структура блочного АЛУ
ЦП
исполнительные устройства
результат
Слож.
А
B
КОп
Умнож.
Деление
2↔10
Логич.

14.

Классификация процессоров и их характеристики
Основные характеристики процессоров:
• быстродействие (MIPS, MFLOPS),
• разрядность операндов и шины адреса,
• тактовая частота,
• размер кэш-памяти (1-го, 2-го и других
уровней),
• эксплуатационные характеристики
(напряжение питания, потребляемая
мощность, вес, габариты, температурный
режим, надежность).
14

15.

Учебный вопрос № 3
Типовая структура процессора и его
основные функции
15

16.

Типовая структура процессора и его основные функции
16

17.

17
Обозначения на рисунке:
РОН – регистры общего назначения;
Tr1, Tr2 – триггеры переносов соответственно арифметических
и сдвиговых операций;
АЛУ – арифметико-логическое устройство на основе
сумматора;
– входной и выходной переносы АЛУ;
аккумулятор – выходной регистр АЛУ;
буферный регистр и регистр-сдвигатель – входные регистры
АЛУ;
указатель стека – счетчик данных в безадресной памяти;
счетчик команд – формирует адрес очередной команды;
регистр команд – хранит выполняемую команду;
дешифратор команд – расшифровывает код команды;
БФУС – блок формирования управляющих сигналов при
выполнении команды программы.

18.

Типовая структура процессора и его основные функции
Основные функции процессора:
1.Выборка команды из основной памяти.
2.Дешифрация кода операций (КОп).
3.Выборка операндов из памяти.
4.Выполнение операции в АЛУ.
5.Запись результатов в память.
6.Инициирование работы каналов
ввода/вывода и периферийных устройств.
7.Прием и обработка запросов на
прерывание.
8.Управление защитой памяти.
9.Динамическое распределение памяти.
18

19.

19
Основные направления совершенствования
процессоров:
• совершенствование технологии производства
интегральных схем микропроцессоров (рост
уровня интеграции, сокращение задержек
распространения сигналов, снижение
энергопотребления);
• увеличение тактовой частоты процессоров;
• сокращение внешнего по отношению к кристаллу
микропроцессора обмена информацией
(развитие кэш-памяти);
• параллельная обработка информации на всех
уровнях организации вычислительного процесса.

20.

Контроль освоения обучающимися учебного материала
Контрольный вопрос № 1:
Что называют процессором?
Процессором называется устройство, непосредственно осуществляющее процесс
обработки данных и программное управление этим процессом.
20

21.

Задание на самостоятельную работу
Задание:
Отработать материал лекции по конспекту лекций и литературе.
Рекомендуемая литература:
Л1. стр.51-58
Л4 стр. 118-138, 434-448
21