Учебный курс Принципы построения и функционирования ЭВМ Лекция 12 Архитектура ЭВМ. Прерывания. профессор ГУ-ВШЭ, доктор технических наук Геннадий Михайлович Алакоз

Распараллеливание вычислений п роизводится для повышения производительности вычислительной системы н еобходим аппаратный параллельный коммутационный ресурс 2

1. Способы распараллеливания вычислений Векторизация. П реобразования осуществляются параллельно над несколькими потоками. Конвейеризация. Один и тот же поток команд или данных проходит несколько фаз преобразований, каждая из которых поддерживается своим аппаратным ресурсом. 3

2. Конвейер команд Ресурсы: Выборка – процессор, ОЗУ Дешифрация – устройство управления процессора (УУ) Исполнение – операционное устройство (ОУ) 4 Команды проходят 3 фазы: выборка, дешифрация, исполнение.

2.1. Организация циклов Циклы применяются для решения проблемы конечности памяти Использование цикла в конвейере существенно уменьшает производительность T общее = T цикла + T конвейера Чем длиннее конвейер, тем больше издержки Глубина конвейера ограничена набором команд условного перехода 5

3. Векторизация Несколько процессов должны выполняться одновременно и параллельно Команды становятся протяжённей, но выполняются за меньшее количество тактов 6

3.1. Архитектура Фон-Неймана Недостаток архитектуры – общая шина Решение проблемы – организация раздельных шин для команд и данных 7 УУОУУВВ Общая шина ОЗУ PD - Адрес (А) - Команда (Р) - Данные (D)

3.2. Гарвардская архитектура Используются раздельные шины для адресов и данных Обращение в память от УУ и АУ происходит параллельно 8 РУУОЗУ D ОУАУ - Адрес команды (А P ) - Команды (Р) - Данные (D) - Адрес данных (А D )

3.3. RISC-архитектура Архитектура с редуцированной системой команд Все команды выполняются за равное количество тактов, что позволяет произвести их внутреннюю конвейеризацию На ассемблерном уровне реализуются только те команды, которые отвечают единственной стандартной процедуре исполнения 9

4. Система прерывания Изначально СП появилась для повышения надежности вычислительного процесса Инженерное решение состояло в том, чтобы периодически снимать состояние регистров процессора и сохранять в ОЗУ В дальнейшем СП стали использовать для мультипрограммного режима работы 10

Совокупность информации, необходимой для восстановления вычислительного процесса называется вектором состояния или словом состояния (PSW) Вектор состояния в каждый момент времени содержит информацию, достаточную для продолжения выполнения программы или для повторного пуска в контрольной точке 11

4.1. PSW фирмы Intel Основные флаги: CF – флаг переноса. Используется для команд сдвига или циклического сдвига. PF – флаг паритета. Используется для установления четности или нечетности паритета. 12 Кроме регистров общего назначения (РОН) существует информация, которая хранится в регистре FLAG. FLAG отмечает события.

AF – вспомогательный флаг переноса. Используется для двоично-десятичной арифметики. ZF – признак нуля. SF – флаг знака (1 = «-»; 0 = «+»). OF – флаг переполнения. TF, IF, DF, VM – предназначены для прямых действий процессора. 13

TF – «1» - пошаговый режим. Запрет перехода к следующей команде. IF – флаг разрешения прерывания. DF – контроль направления цепочки операций. VM – флаг виртуального режима (виртуальная машина). Переводит процессор в режим эмуляции команд процессора более ранней версии. 14

4.2. Управление системой Все периферийные устройства также характеризуются своим состоянием Управление вычислительным процессом осуществляется с помощью анализа слов состояния устройств ЭВМ Периферийные устройства должны просигналить центральному процессору о готовности обменяться информацией 15