Разделы презентаций


4_2_2011.ppt

Содержание

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander YurievichOutlineПринципы фон Неймана Машина фон НейманаЧто делает процессор в компьютере?: ● оперативная память(ОЗУ); ● устройства ввода-вывода; ● пространство памяти. Архитектура и

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю.

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2011

Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

Lection №2: Принципы фон Неймана. Архитектура по фон Нейману.
Что делает процессор в компьютере?

Джон фон Нейман, John von Neumann (родился 28.12.1903 в Будапеште; умер 08.02 1957 в Вашингтоне) –
работал в областях:
физики,
математики,
химии,
астрономии,
биологии,
экономики.

Известность: фон Нейману принесли работы по математическому обоснованию квантовой механики.
Он доказал, что нельзя исключить недетерминистские элементы в процессе измерений.
Интересы: проблемами прогнозирования вероятностных процессов: исхода азартных игр, изменений климата и др.
Идея фон Неймана о создании надежной машины из ненадежных элементов стала принципом создания электронных вычислительных машин и сетей.

В 1930 году фон Нейман эмигрировал из Европы в США, где работал в основном в Принстонском университете.
Участвовал в разработке атомной бомбы.

В 1946 году вместе с Клаусом Фуксом запатентовал термоядерное взрывное устройство, приводимое в действие атомным взрывом - т.е. саму идею водородной бомбы.

Погиб от рака, вызванного облучением при испытаниях водородного боеприпаса на атолле Бикини (Маршалловы острова).

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю.   Physics Faculty, Electronic Devices &

Слайд 2Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich
Outline
Принципы фон Неймана
Машина фон Неймана
Что делает процессор в

компьютере?:
● оперативная память(ОЗУ);
● устройства ввода-вывода;
● пространство памяти.

Архитектура и микроархитектура процессора:
● конвейеризация;
● переименование регистров;
● исполнение по предложению;
● продвижение данных;
● предсказание переходов;
● исполнение с изменением последовательности инструкции.

Резюме к лекции и список используемой литературы

Математический сопроцессор:
● программная модель FPU;
● регистры FPU.

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander YurievichOutlineПринципы фон Неймана Машина фон НейманаЧто

Слайд 3Neumann J. and co. “Preliminary Discussion of the Logical Design

of an Electronic Computing Instrument” — Institute for Advanced Study,

Princeton, N. J., July 1946

Принципы фон Неймана

Принцип двоичности: Для представления данных и команд используется двоичная система счисления

Принцип программного управления:
Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определённой последовательности

Принцип однородности памяти: Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными

Принцип адресуемости памяти: Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка

Принцип последовательного программного управления: Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой

Принцип условного перехода: Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных

Принципы фон Неймана

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Neumann J. and co. “Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument”  —

Слайд 4Под архитектурой фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от

устройств хранения программ и данных.
!
Машина фон Неймана
}
Выполняемые действия определяются
блоком управления

и АЛУ, которые вместе
являются основой центрального процессора(CPU)

CPU:центральный процессор

Имеет

выбирает и исполняет

команды из памяти последовательно,
а адрес очередной команды задается
«счетчиком адреса» в блока управления.

Набор регистров, часть которых доступна для хранения операндов, выполнения действий над ними и формирования адреса инструкций и операндов в памяти, другая часть – для системных целей

Машина фон Неймана

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Под архитектурой фон Неймана, подразумевают физическое отделение процессорного модуля от устройств хранения программ и данных.!Машина фон Неймана}Выполняемые

Слайд 5Оперативная память(ОЗУ)
Оперативная память – самый большой массив ячеек памяти
со

смежными адресами – реализуется, как правило, на модулях(микросхемах) динамической памяти.
Для

повышения производительности обмена данными(включая и считывание команд)
оперативная память кэшируется сверхоперативной памятью(CACHE)

Cache I,II территориально располагаются в микропроцессоре

Оперативная память вместе с кэшем всех уровней представляет собой единый массив памяти, непосредственно
доступный процессору для R/W data + R program code

ОЗУ

ПЗУ


Единое пространство с линейной адресацией

Дополняется

Устройствами хранения данных

Что делает процессор в компьютере?

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Оперативная память(ОЗУ)Оперативная память – самый большой массив ячеек памяти со смежными адресами – реализуется, как правило, на

Слайд 6Устройства ввода-вывода
Служат для преобразования информации из внутреннего представления в компьютере(биты и

байты) в форму, доступную для окружению, и обратно.
Input/output devices
Периферия
Что делает

процессор в компьютере?

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Устройства ввода-выводаСлужат для преобразования информации из внутреннего представления в компьютере(биты и байты) в форму, доступную для окружению,

Слайд 7Пространства памяти и ввода-вывода неравнозначны не только по объёму,
но и

по способам обращения
!
Способы адресации
ПАМЯТИ
I/O
>9
2
Виртуальная адресация:
Иллюзия создания ROM
гигантского

размера (если ОС поддерживает)

создается

С помощью устройств хранения и paging

Реальная адресация к памяти – в этом случае физический
адрес совпадает с логическим.

К портам I/O обращаются
только по реальным
адресам, а виртуализация
возможна только
программными средствами

Логический адрес текущей выполняемой инструкции хранится в указателе инструкций(IP),
который соответствует счетчику команд фон-неймановской машины

Что делает процессор в компьютере?

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Пространства памяти и ввода-вывода неравнозначны не только по объёму,но и по способам обращения!Способы адресацииПАМЯТИI/O  >92Виртуальная адресация:Иллюзия

Слайд 8Архитектура и микроархитектура процессора
Архитектура процессора – это его программная модель,
то

есть программно-видимые свойства.

Микроархитектура процессора – это внутренняя реализация этой
программной

модели.

Микроархитектура

Конвейеризация (pipelining)

Переименование регистров(register renaming)

Продвижение данных
(data forwarding)

Предсказание переходов
(branch prediction)

Исполнение по предложению (Speculative execution)

Исполнение с изменением последовательности инструкции(out-of-order execution)

Основные понятия об архитектуре процессора

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Архитектура и микроархитектура процессораАрхитектура процессора – это его программная модель,то есть программно-видимые свойства.Микроархитектура процессора – это внутренняя

Слайд 9Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю.

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Dr. Mokhovikov

Конвейеризация (pipelining):
Предполагает разбивку выполнения каждой инструкции на несколько этапов,
причем каждый этап выполняется на своей ступени конвейера процессора

Одновременно может обрабатываться несколько инструкций, и
производительность процессора можно оценивать темпом выхода
инструкций со всех его конвейеров

Для достижения максимальной производительности процессора
Надо обеспечить полную загрузку конвейеров с минимальным числом
лишних штрафных циклов(penalty cycles).

Суперконвейерная архитектура в настоящее время имеет от 20 конвейеров

Переименование регистров (register renaming):
Позволяет обойти архитектурное
ограничение на возможность параллельного
исполнения инструкций
(доступно всего лишь 8 общих регистров)

При записи промежуточных результатов
устанавливается соответствие логических имен
и физических регистров

Т.о., одновременно может исполнятся несколько
инструкций, ссылающихся на одно и тоже
логическое имя регистра, при условии, что между
ними нет фактических зависимостей по данным.

Основные понятия об архитектуре процессора

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю.   Physics Faculty, Electronic Devices &

Слайд 10Продвижение данных
(data forwarding):
Подразумевает начало исполнения
инструкции до готовности всех
операндов. При

этом выполняются
Все возможные действия, и декодированная
инструкция с одним операндом

помещается
в исполнительное устройство, где дожидается
готовности второго операнда, выходящего с
другого конвейера.

Предсказание переходов
(branch prediction):
Позволяет продолжать выборку и декодирование потока инструкций после выборки инструкций ветвления(условного перехода),не дожидаясь проверки условия.

Основные понятия об архитектуре процессора

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Продвижение данных(data forwarding):Подразумевает начало исполненияинструкции до готовности всех операндов. При этом выполняются Все возможные действия, и декодированнаяинструкция

Слайд 11Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich
Программная модель FPU
С программной точки зрения сопроцессор содержит:
блок регистров

данных,
регистр управления
и группу регистров состояния и указателей.
Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander YurievichПрограммная модель FPUС программной точки зрения

Слайд 12Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich

Преимущества

Недостатки





Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander YurievichПреимуществаНедостатки

Слайд 13Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich


Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 14Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich



Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 15Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich





Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 16Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich




Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 17Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich


Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 18Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 19Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich




Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 20Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich
















Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 21Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich



Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 22Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich
Математический сопроцессор

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander YurievichМатематический сопроцессор

Слайд 23Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich





Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 24Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich
Схема взаимодействия CPU и FPU

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander YurievichСхема взаимодействия CPU и FPU

Слайд 25Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich




Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 26Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov

Alexander Yurievich
В следующей серии
Программная модель FPU
Регистры математического сопроцессора
…и многое другое…

Physics Faculty, Electronic Computing Devices & Systems, 7th semester,2011 Dr.Mokhovikov Alexander YurievichВ следующей серииПрограммная модель FPUРегистры математического

Слайд 27Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю.

Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010

Dr. Mokhovikov

http://de.ifmo.ru/--books/electron/cpu-cod.htm
http://www.soft-tlt.ru/pocessora46.html
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/micros/arm/arh_7dtmi/interfase_process.htm
http://www.arxitektura-computerov.ru/node/261
http://xpoint.ru/know-how/Articles/FloatingPointNumbers

Используемые Интернет-ресурсы:

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю.   Physics Faculty, Electronic Devices &

Слайд 28Используемая литература:
Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2011 Доцент Моховиков

А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th

semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

Книга «Архитектура ЭВМ»,автор Мюллер
Книга «Процессоры Pentium4, Athlon и Duron», авторы Михаил Гук, Виктор Юров
Книга «Архитектура ЭВМ», автор Танненбаум

Используемая литература:Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю.   Physics Faculty, Electronic Devices

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика