- •1. Вычислительный цикл процессора.
- •2. Вентили и логические элементы.
- •3. Понятие архитектуры и микроархитектуры. Классификация вычислительных средств по архитектуре (классификация Флинна).
- •4. Микропроцессор (мп). Состав и основные функции. Процессоры risc и cisc.
- •5. Архитектура ia-32. Режимы работы процессора.
- •6. Архитектура ia-32. Особенности представления информации.
- •7. Архитектура ia-32. Регистры общего назначения и сегментные регистры.
- •8. Архитектура ia-32. Регистры смещений и регистр флагов.
- •9. Архитектура ia-32. Организация памяти.
- •10. Архитектура ia-32. Организация прерываний.
- •11. Ассемблер. Области применения. Достоинства и недостатки.
- •12. Ассемблер. Структура программы. Модель памяти small.
- •13. Ассемблер. Основные типы предложений.
- •14. Ассемблер. Описание сегмента данных.
- •15. Ассемблер. Способы адресации памяти.
- •16. Ассемблер. Команды пересылки данных. Арифметические команды
- •17. Ассемблер. Команды переходов. Процедуры.
- •18. Ассемблер. Команды управления циклами. Команды прерывания.
- •19. Запоминающие устройства. Иерархичная организация памяти. Основные показатели быстродействия системы памяти.
- •20. Физические основы работы внутренней памяти. Энергозависимая память.
- •21. Внутренняя энергонезависимая память.
- •22. Аппаратно-программные методы ускорения обработки данных. Распараллеливание операции
- •23. Аппаратно-программные методы ускорения обработки данных. Кэширование памяти.
- •24. Кэш прямого отображения. Наборно-ассоциативный и ассоциативный кэш.
- •25. Микроархитектурные особенности процессоров x86 I-V поколений.
- •26. Микроархитектурные особенности процессоров x86 VI поколений.
- •27. Микроархитектура NetBurst и Intel Core.
- •28. Архитектура ia-64.
4. Микропроцессор (мп). Состав и основные функции. Процессоры risc и cisc.
Центральным устройством ЭВМ является микропроцессор. Он управляет работой всех остальных ее блоков, а также осуществляет арифметические и логические операции над числами.
Современные ЦП, выполняемые в виде отдельных микросхем (чипов), называют также микропроцессорами. Сейчас не микропроцессорных ЦП практически не осталось, поэтом ЦП и микропроцессор сейчас почти одно и тоже. Исключения составляют суперкомпьютеры, но о них речь пойдет позже.
В состав микропроцессора входят следующие компоненты:
Генератор тактовых импульсов – генерирует последовательность электрических импульсов, частота которых определяет тактовую частоту микропроцессора. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта, или просто такт работы машины. Каждая операция в ЭВМ выполняется за определенное количество тактов.
Устройство управления (УУ) – формирует и подает во все блоки ЭВМ в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы): формирует адреса ячеек памяти, используемых в текущей операции, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера. Опорную последовательность импульсов УУ получает от генератора тактовых импульсов.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет все арифметические и логические операции над данными.
Микропроцессорная память (МПП) – предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы ЭВМ. ММП строится на регистрах. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины.
Интерфейсная система МП предназначена для сопряжения и связи с другими устройствами ЭВМ. Включает в себя внутренний интерфейс МП, схемы управления портами ввода-вывода и системной шиной.
Интерфейс – совокупность средств связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.
Порты ввода-вывода – это элементы интерфейса ЭВМ, через которые ММП обменивается информацией с другими устройствами.
Под архитектурой МП мы будем понимать его программную модель, то есть программно-видимые свойства.
Под микроархитектурой МП понимается внутренняя реализация этой программной модели. Для одной и той же архитектуры применяются различные микроархитектурные реализации.
Сейчас существует множество архитектур процессоров, которые можно разделить на две категории RISC и CISC:
RISC (Reduced Instruction Set Computer) – МП с сокращенной системой команд. Имеется набор однородных регистров универсального назначения. Система команд отличается простотой, коды инструкций имеют четкую структуру. В результате чего аппаратная реализация такой архитектуры позволяет с небольшими затратами декодировать и исполнять эти инструкции за минимальное (в пределе 1) число тактов. При необходимости выполнения более сложных программ в МП производится их сборка из более простых.
Такую архитектуру имеют, например, процессоры PowerPC (которые используются, в частности в ЭВМ типа Macintosh).
CISC (Complete Instruction Set Computer) – МП с полным набором инструкций. Состав и назначение регистров существенно неоднородны, широкий набор команд, что усложняет декодирование инструкций, на что расходуется аппаратные ресурсы. Возрастает число тактов, необходимых для выполнения инструкций.
К этой архитектуре относятся популярные среди ПЭВМ процессоры x86, которые являются основой семейства компьютеров IBM PC.
Эти процессоры имеют самую сложную в мире систему команд. Насколько это хорошо или плохо – вопрос спорный. Так получилось, что первые процессоры этого семейства (8086 и 8088) имели именно CISC архитектуру и для совместимости с уже написанным для IBM PC ПО, следующие процессоры также ее поддерживали. Однако в процессорах этого семейства, начиная с 486, применяется комбинированная архитектура: CISC-процессор имеет RISC-ядро. То есть на уровне программной модели эти процессоры представляют собой CISC архитектуру, а микроархитектура этих процессоров близка к RISC. Такая организация, с одной стороны, позволяет сохранить совместимость с нижними моделями семейства, а с другой, позволяет использовать преимущества быстродействия RISC архитектуры. Физически это выглядит так: сложные CISC-инструкции, задаваемые программистом, разбиваются сначала на последовательности более простых RISC-микроинструкции, которые и исполняются микропроцессором.