Архитетура компьютерных систем

Архитектура системы команд как интерфейс между программным и аппаратным обеспечением Архитектура системы команд

Системой команд вычислительной машины называют полный перечень команд, которые способна выполнять данная ВМ. В свою очередь, под архитектурой системы команд ( АСК ) принято определять те средства вычислительной машины, которые видны и доступны программисту.

Характеристика архитектуры системы команд определяет : Вид и форматы данных. Место хранения данных ( помимо основной памяти ). Методы доступа к данным. Операции над данными. Количество операндов в команде. Способ определения адреса очередной команды. Способ кодирования команды.

Хронология развития архитектур системы команд Классификация архитектур системы команд

По типу выполняемых операций (общего назначения, специализированные, дополненной системой команд) По месту хранения операндов (тип адресуемой памяти) По составу и сложности команд (CISC, RISC)

Тип выполняемых операций Команды пересылки и загрузки данных Команды арифметической и логической обработки Команды ввода/вывода Команды управления Системные команды

Форматы команд Длина команды Разрядность полей команды Количество адресов в команде Выбор адресности команд Способы адресации операндов Способы адресации в командах управления потоком команд Система операций

Четырехадресный формат команды Трехадресный формат команды Количество адресов в команде Форматы команд

Двухадресный формат команды Одноадресный формат команды Количество адресов в команде Форматы команд

Полутораадресный формат команды Количество адресов в команде Нульадресный формат команды Форматы команд

Прямая адресация Косвенная адресация Способы адресации операндов Форматы команд

Регистровая адресация Косвенная регистровая адресация Способы адресации операндов Форматы команд

Адресация со смещением Способы адресации операндов Форматы команд

Относительная адресация Способы адресации операндов Форматы команд

Базовая регистровая адресация с базовым регистром Способы адресации операндов Форматы команд

Способы адресации операндов Базовая регистровая адресация с использованием одного из РОН Форматы команд

Индексная адресация с индексным регистром Способы адресации операндов Форматы команд

Индексная адресация с использованием одного из РОН Способы адресации операндов Форматы команд

Страничная адресация Способы адресации операндов Форматы команд

Функциональная схема фон-неймановской вычислительной машины Устройство управления Арифметико-логическое устройство Основная память Модуль ввода/вывода

Базовые концепции

Функциональная схема фон-неймановской вычислительной машины

Принцип действия стековой памяти

Архитектура вычислительной машины на базе стека

Архитектура вычислительной машины на базе аккумулятора

Архитектура вычислительной машины на базе регистров общего назначения

Архитектура вычислительной машины типа регистр-память

Архитектура вычислительной машины типа память-память

RISC ( англ. Restricted (reduced) instruction set computer компьютер с сокращённым набором команд ) архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения короче.

выполнение всех ( или, по крайней мере, 75% команд ) за один машинный цикл ; стандартная однословная длина всех команд, равная естественной длине слова и ширине шины данных и допускающая унифицированную поточную обработку всех команд ; малое число команд ( не более 128), форматов команд ( не более 4), способов адресации ( не более 4); доступ к памяти только посредством команд « Чтение » и « Запись »; все команды, за исключением « Чтения » и « Записи », используют внутрипроцессорные межрегистровые пересылки ; устройство управления « жесткой » логикой ; относительно большой ( не менее 32) процессорный файл регистров общего назначения ( число РОН в современных RISC- микропроцессорах может превышать 500).

Основные направления в архитектуре процессоров Архитектуры с полным и сокращенным набором команд Регистры в RISC- процессорах Перекрытие регистровых окон

Основные направления в архитектуре процессоров Архитектуры с полным и сокращенным набором команд Регистры в RISC- процессорах Циклический буфер из пересекающихся регистровых окон

Цикл команды Действия, требуемые для выборки (извлечения из основной памяти) и выполнения команды, называют циклом команды. В общем случае цикл команды включает в себя несколько этапов: выборку команды; формирование адреса следующей команды; декодирование команды; вычисление адресов операндов; выборку операндов; исполнение операции; запись результата.

Диаграмма состояний цикла команды

Передача управления при прерываниях Машинный цикл с прерыванием Цикл команды

Параллелизм как основа высокопроизводительных вычислений Классификация параллельных вычислительных систем Классификация Флинна. MISD Архитектура вычислительных систем по Флинну: а SISD; б MISD; в-SIMD; г-MIMD