чего это делается?
4 Почем радиация?
5 Классы для СБИС
6 Процессор процессору
рознь7 Память и как с ней бороться?
8 Суперскалярность
9 Бренды и мы
Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Современные микропроцессоры 2
Содержание
- 1. Современные микропроцессоры 2
- 2. Современные микропроцессоры1 Что у нас на орбите?2
- 3. История ЭВМ
- 4. История ЭВМ
- 5. История ЭВМПервым этапом затронувшим период с 40-х
- 6. История ЭВМВторым этапом, с середины 50-х до
- 7. История ЭВМТретьим этапом, наступившим в середине 60-х
- 8. История ЭВМЗатем в микросхемах реализовывались более сложные
- 9. История ЭВМЧетвёртым этапом, в начале 70-х годов,
- 10. История ЭВМ
- 11. История ЭВМ
- 12. История ЭВМ
- 13. История архитектур ЭВМВернемся к началу…Первая попытка создать
- 14. История архитектур ЭВМКомпьютер Марк-11941 годСШАГарвардский университет
- 15. История архитектур ЭВМПервый компьютер Марк-1 был собран на электромеханических реле.
- 16. История архитектур ЭВМЧтобы упростить и убыстрить процесс
- 17. История архитектур ЭВМНейман ясно и просто сформулировал
- 18. История архитектур ЭВМВ вычислительной машине Дж. Фон
- 19. История архитектур ЭВМСовременные ЭВМ строятся на основе
- 20. История архитектур ЭВМПринфипы фон Неймана:- разнотипные слова
- 21. История архитектур ЭВМДальнейшее увеличение производительности вычислительных машин
- 22. Современные ЭВМСовременные микропроцессоры представляют весьма сложные устройства.
- 23. Современные ЭВМВ понятие архитектуры микропроцессора входит совокупность
- 24. Современные ЭВМВ ходе эволюционного развития архитектур процессоров
- 25. Современные ЭВМДва типа команд микропроцессораКоманды называются скалярными,
- 26. Современные ЭВМПримером векторной команды служит команда, при
- 27. Современные ЭВМСамо появление векторных команд обусловлено стремлением
- 28. Современные ЭВМПри сохранении последовательных программ для ускорения
- 29. Современные ЭВМСуперскалярность — архитектура вычислительного ядра, использующая
- 30. Современные ЭВМВ более поздних системах, таких как
- 31. Современные ЭВМСтремление использовать присущий большинству программ естественный
- 32. Современные ЭВМОсобенно, конечно, такая возможность ускорения вычислений
- 33. Современные ЭВМВ первом приближении, микропроцессор с разнесенной
- 34. Современные ЭВМУсловно эти подпроцессоры называются адресным А-процессором
- 35. Современные ЭВМА-процессор выполняет все адресные вычисления и
- 36. Современные ЭВМДанные, извлекаемые из памяти, используются либо
- 37. Современные ЭВМПри записи данных в память после
- 38. Современные ЭВМРазнесенная архитектура позволяет достигать при скалярной
- 39. Классификация архитектур микропроцессоровДва типа архитектур микропроцессоровАнализ кода
- 40. Классификация архитектур микропроцессоровДва типа архитектур микропроцессоровДругим обстоятельством,
- 41. Классификация архитектур микропроцессоровДва типа архитектур микропроцессоров
- 42. Классификация архитектур микропроцессоровДва типа архитектур микропроцессоровПосле обособления
- 43. Классификация архитектур микропроцессоровВ настоящее время на основе
- 44. Классификация архитектур микропроцессоровПримером такого подхода могут служить
- 45. Классификация архитектур микропроцессоровВ следующей лекции более подробно
- 46. Спасибо за внимание
- 47. Скачать презентанцию
Современные микропроцессоры1 Что у нас на орбите?2 Взлет характеристик3 Из чего это делается?4 Почем радиация?5 Классы для СБИС6 Процессор процессору рознь7 Память и как с ней бороться?8 Суперскалярность9 Бренды и мы
Слайды и текст этой презентации
Слайд 2
Современные микропроцессоры
1 Что у нас на орбите?
2 Взлет характеристик
3 Из
чего это делается?
рознь7 Память и как с ней бороться?
8 Суперскалярность
9 Бренды и мы
Слайд 5
История ЭВМ
Первым этапом затронувшим период с 40-х по конец 50-х
годов, было создание процессоров с использованием электромеханических реле, ферритовых сердечников
(устройств памяти) и вакуумных ламп. Они устанавливались в специальные разъёмы на модулях, собранных в стойки. Большое количество таких стоек, соединённых проводниками,в сумме представляли
процессор. Отличительной
особенностью была низкая
надёжность, низкое
быстродействие и большое
тепловыделение.
Слайд 6
История ЭВМ
Вторым этапом, с середины 50-х до середины 60-х, стало
внедрение транзисторов. Транзисторы монтировались уже на близкие к современным по
виду платам, устанавливаемым в стойки. Как и ранее, в среднем процессор состоял из нескольких таких стоек. Возросло быстродействие, повысилась надёжность, уменьшилосьэнергопотребление.
Слайд 7
История ЭВМ
Третьим этапом, наступившим в середине 60-х годов, стало использование
микросхем. Первоначально использовались микросхемы низкой степени интеграции, содержащие простые транзисторные
и резисторные сборки, затем по мере развития технологии стали использоваться микросхемы, реализующие отдельные элементыцифровой схемотехники
(сначала элементарные
ключи и логические
элементы).
Слайд 8
История ЭВМ
Затем в микросхемах реализовывались более сложные элементы — элементарные
регистры, счётчики, сумматоры, позднее появились микросхемы, содержащие функциональные блоки процессора
— микропрограммное устройство, арифметико-логическое устройство, регистры,устройства работы с
шинами данных и команд.
Слайд 9
История ЭВМ
Четвёртым этапом, в начале 70-х годов, стало создание, благодаря
прорыву в технологии создания БИС и СБИС (больших и сверхбольших
интегральных схем, соответственно), микропроцессора — микросхемы, на кристалле которой физически были расположены все основные элементы и блоки процессора. Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-хразрядный микропроцессор
4004, предназначенный для
использования в
микрокалькуляторах.
Постепенно практически все
процессоры стали выпускаться
в формате микропроцессоров.
Слайд 13
История архитектур ЭВМ
Вернемся к началу…
Первая попытка создать программируемый компьютер была
предпринята в 1941 году в США в Гарвардском университете математиком
Говардом Эйксоном. Компьютер строился по заданию и с участием компании IBM.Он имел длину 17 метров, вес 4,5 тонны, содержал в себе 765 тысяч реле и переключателей и 800 км проводов.
Он был по сути арифмометром, и мог производить простые действия с 72 числами длиной 23 разряда. На одну операцию сложения тратилось более 3 секунд. Данные вводились с бумажной перфоленты.
Слайд 16
История архитектур ЭВМ
Чтобы упростить и убыстрить процесс задания программ, Мочли
и Экерт стали конструировать новый компьютер, который мог бы хранить
программу в своей памяти. В 1945 г. К работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютере. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность.
Слайд 17
История архитектур ЭВМ
Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования
компьютеров, т.е. универсальных вычислительных устройств. До сих пор подавляющее большинство
компьютеров сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе Джон фон Нейман. Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом.
Слайд 18
История архитектур ЭВМ
В вычислительной машине Дж. Фон Неймана, структура которой
представлена на рисунке, ввод-вывод информации осуществляется через арифметико-логическое устройство (АЛУ),
поэтому обработка информации прекращается на время ввода-вывода.Где ЗУ - запоминающее устройство, УУ - устройство управления машины, УВВ - устройство ввода-вывода информации.
Слайд 19
История архитектур ЭВМ
Современные ЭВМ строятся на основе принципа программного управления
, предполагающего следующее уточнение понятия алгоритма:
Алгоритм - предписание, однозначно
задающее процесс преобразования исходной информации в виде последовательности элементарных дискретных шагов, приводящих за конечное число их применений к результату.Исходные данные, промежуточные и конечные результаты кодируются в двоичной форме и разделяются на единицы или элементы информации, называемые словами.
Слайд 20
История архитектур ЭВМ
Принфипы фон Неймана:
- разнотипные слова информации (данные и
команды) различаются по способу использования, но не по способам кодирования;
слова
информации размещаются в ячейках памяти и идентифицируются номерами ячеек, называемыми адресами слов.
Слайд 21
История архитектур ЭВМ
Дальнейшее увеличение производительности вычислительных машин осуществлялось путем совмещения
этапов выполнения операций и опережающего просмотра команд.
По мере совершенствования
методов опережающего просмотра постепенно был осуществлен метод просмотра нескольких команд и данных с соответствующей выборкой из памяти и предварительной подготовкой к выполнению операций.
Слайд 22
Современные ЭВМ
Современные микропроцессоры представляют весьма сложные устройства. Их работа может
существенно отличаться от описанной выше работы элементарного микропроцессора, и для
их рассмотрения разработаны специальные термины и понятия.
Слайд 23
Современные ЭВМ
В понятие архитектуры микропроцессора входит совокупность некоторых характеристик:
1) структура
МП (совокупность компонентов и связи между ними), в простейшем случае
– регистровая модель (или стековая модель – с конвейером);2) способы представления и форматы данных МП;
3) способы обращения к доступным элементам структуры МП (регистрам, памяти, УВВ);
4) система команд МП;
5) характеристики обменных сигналов и управляющих слов МП;
6) реакция на внешние сигналы (система прерываний).
Слайд 24
Современные ЭВМ
В ходе эволюционного развития архитектур процессоров в состав системы
команд вводились и, в силу преемственности программного обеспечения, закреплялись сложные
команды, которые по мнению разработчиков соответствовали решаемым задачам. Оптимизация программы была равнозначна минимизации времени исполнения.Команды бывают разных типов: "регистр, регистр -> регистр", "память, память -> память", "регистр -> память" и др.
Сложные команды модифицируют содержимое групп регистров и ячеек памяти, и для их реализации при приемлемых затратах оборудования, как правило, применяется микропрограммирование
Слайд 25
Современные ЭВМ
Два типа команд микропроцессора
Команды называются скалярными, если входные операнды
и результат являются числами (скалярами).
Команды называются векторными, если входные операнды
и, возможно, результат являются вектором (массивом) чисел, а для преобразования данных массива (вектора) используется одна векторная команда.Векторные команды нужны для обработки данных движения объекта, изображения, звука, 3-D моделирования и других задач компьютерной графики
Слайд 26
Современные ЭВМ
Примером векторной команды служит команда, при выполнении которой:
умножаются
два очередных элемента двух массивов,
далее произведение суммируется с содержимым
некоторого заданного регистра, после чего модифицируются адреса памяти для доступа к двум очередным элементам массивов.
Указанная последовательность действий повторяется заданное число раз по счетчику, определенному в теле команды.
Слайд 27
Современные ЭВМ
Само появление векторных команд обусловлено стремлением ускорить обработку массивов
данных за счет исключения затрат времени на выборку и дешифрацию
команд обработки, одинаковых для всех компонент входных массивов.Однако использование векторных команд требует подготовки программистом векторизованного кода программ, что, вообще говоря, эквивалентно разработке параллельных программ.
Слайд 28
Современные ЭВМ
При сохранении последовательных программ для ускорения обработки применяются суперскалярные
процессоры, в которых за счет параллельной работы функциональных устройств процессора
в одном такте вырабатывается несколько скалярных результатов.
Слайд 29
Современные ЭВМ
Суперскалярность — архитектура вычислительного ядра, использующая несколько декодеров команд,
которые могут нагружать работой множество исполнительных блоков. Планирование исполнения потока
команд является динамическим и осуществляется самим вычислительным ядром.Если в процессе работы команды, обрабатываемые конвейером, не противоречат друг другу, и одна не зависит от результата другой, то такое устройство может осуществить параллельное выполнение команд. В суперскалярных системах решение о запуске инструкции на исполнение принимает сам вычислительный модуль, что требует много ресурсов
Слайд 30
Современные ЭВМ
В более поздних системах, таких как Эльбрус-3 и Itanium,
используется статпланирование, то есть параллельные инструкции объединяются компилятором в длинную
команду, в которой все инструкции заведомо параллельные (архитектура VLIW).Процессоры, поддерживающие суперскалярность:
· Pentium, AMD Duron, AMD ATHLON и другие более поздние процессоры с архитектурой x86
· Последние процессоры с архитектурами SPARC, ARM, MIPS
· Эльбрус-1,2
Слайд 31
Современные ЭВМ
Стремление использовать присущий большинству программ естественный параллелизм вычисления целочисленных
адресных выражений и собственно обработки данных в формате с плавающей
точкой привело к появлению разнесенных архитектур (decoupled architecture).Естественный параллелизм вычислений связан с независимым выполнением большинства последовательных операций до разветвления программы. Такие команды можно выбрать из памяти заранее и заранее подготовить для них данные, а затем всю эту группу независимых команд очень быстро обработать на конвейерном процессоре.
Слайд 32
Современные ЭВМ
Особенно, конечно, такая возможность ускорения вычислений проявляется при работе
с данными 3-D графики и подобными им, но и при
простых вычислениях можно добиться значительного ускорения за счет предварительного считывания большинства данных из памяти. Это дает возможность устранения основного противоречия между большой производительностью процессора и в десятки раз более медленной скоростью выборки из памяти.
Слайд 33
Современные ЭВМ
В первом приближении, микропроцессор с разнесенной архитектурой, как показано
на рисунке, состоит из двух связанных подпроцессоров, каждый из которых
управляется собственным потоком команд.
Слайд 34
Современные ЭВМ
Условно эти подпроцессоры называются адресным А-процессором и исполнительным Е-процессором.
А- и Е-процессоры имеют собственные наборы регистров АО,А1,... и ХО,Х1,...,
соответственно и наборы команд.
Слайд 35
Современные ЭВМ
А-процессор выполняет все адресные вычисления и формирует обращения к
памяти по чтению и записи. А-процессор является обыкновенным целочисленным процессором,
поэтому он способен выполнять произвольные целочисленные преобразования, не связанные с вычислением адресов.Е-процессор реализует вычисления с фиксированной и с плавающей точкой.
Слайд 36
Современные ЭВМ
Данные, извлекаемые из памяти, используются либо в А-процессоре, будучи
помещенными в FIFO очередь АА, либо помещаются в FIFO очередь,
называемую АЕ очередью, для отсылки в Е-процессор.Когда Е-процессору требуются данные из памяти, он берет их из очереди АЕ. Если очередь пуста, то Е-процессор задерживается до поступления данных, что решает вопросы синхронизации работы А и Е-процессоров.
Если Е-процессор выработал
данное, которое должно быть
отправлено в память, то он
помещает его в FIFO очередь
ЕА.
Слайд 37
Современные ЭВМ
При записи данных в память после вычисления адреса А-процессор
сразу отправляет адрес в FIFO очередь AW адресов записи в
память, не дожидаясь, пока данные поступят в очередь ЕА. А-процессор группирует пары, выбирая первые элементы очередей ЕА и AW и отправляя эти пары в память. Естественно, если одна из очередей или обе пусты, то отсылка в память приостанавливается.
Слайд 38
Современные ЭВМ
Разнесенная архитектура позволяет достигать при скалярной обработке производительности, характерной
для векторных процессоров, за счет предвыборки данных из памяти и
автоматической развертки нескольких последовательных витков цикла в А-процессоре. Проблемы расщепления программы на программы для А- и Е-процессоров решаются на уровне компилятора или специальным блоком-расщепителем.
Слайд 39
Классификация архитектур микропроцессоров
Два типа архитектур микропроцессоров
Анализ кода программ, генерируемого компиляторами
языков высокого уровня, показал, что практически используется только ограниченный набор
простых команд форматов "регистр, регистр -> регистр" и "регистр <-> память".Компиляторы не в состоянии эффективно использовать сложные команды. Это наблюдение способствовало формированию концепции процессоров с сокращенным набором команд, так называемых RISC-процессоров.
Слайд 40
Классификация архитектур микропроцессоров
Два типа архитектур микропроцессоров
Другим обстоятельством, фактически приведшим к
появлению RISC-процессоров, было развитие архитектуры конвейерных процессоров типа Cray.
В
этих процессорах используются отдельные наборы команд для работы с памятью и отдельные наборы команд для преобразования информации в регистрах процессора.
Слайд 41
Классификация архитектур микропроцессоров
Два типа архитектур микропроцессоров
Каждая такая команда
единообразно разбивается на небольшое количество этапов с одинаковым временем исполнения
(выборка команды, дешифрация команды, исполнение, запись результата), что позволяет построить эффективный конвейер процессора, способный каждый такт выдавать результат исполнения очередной команды.
Слайд 42
Классификация архитектур микропроцессоров
Два типа архитектур микропроцессоров
После обособления RISC-процессоров в отдельный
класс, процессоры с традиционными наборами команд стали называться CISC-процессорами с
полным набором команд. Как правило, в этих процессорах команды имеют много разных форматов и требуют для своего представления различного числа ячеек памяти.Это обусловливает определение типа команды в ходе ее дешифрации при исполнении, что усложняет устройство управления процессора и препятствует повышению тактовой частоты до уровня, достижимого в RISC-процессорах на той же элементной базе.
Слайд 43
Классификация архитектур микропроцессоров
В настоящее время на основе разработок компаний NexGen
и AMD, подхваченных компанией Intel, предпринята попытка решить проблему повышения
производительности в рамках архитектуры х86.Эти компании в последних разработках, сохраняя преемственность по системе команд с CISC-микропроцессорами семейства х86, создали новые устройства с использованием элементов RISC-архитектуры.
Слайд 44
Классификация архитектур микропроцессоров
Примером такого подхода могут служить микропроцессоры Nx586 (NexGen),
K5, Кб (AMD), Pentium (Intel), использующие концепцию разделенной (decoupled) архитектуры
и RISC ядра. В микропроцессор встраивается аппаратный транслятор, превращающий команды х86, в команды RISC-процессора.При этом одна команда х86 может порождать до четырех команд RISC-процессора. Исполнение команд происходит как в развитом суперскалярном процессоре
Слайд 45
Классификация архитектур микропроцессоров
В следующей лекции более подробно будут рассмотрены следующие
темы:
Разновидности микропроцссоров
микроконтроллеры;
сигнальные и медийные процессоры;
универсальные микропроцессоры.
Основные производители универсальных микропроцессоров.
Основные типы
микропроцессоров, применяемые в космосе.
