Билет №7. Направление совершенствования архитектуры

Билет №7.
Направление совершенствования архитектуры микропроцессоров. Архитектурный
принцип организации CISK и RISK процессоров. Сравнительная характеристика.
Основным направлением для совершенствования архитектуры является параллельная обработка
данных.
В кристаллах включают. доп. аппаратные средства : вычислител. параллельно . - несвязанных
операций.
Для это используется несколько подходов:
-повышение разрядности процессора,
-конвейеризация ВП ( используется своя ступень конвейера, в процессе проходит несколько
ступеней, после чего она освобождается и на ее вход может поступать новая порция данных ).
Конвейерная обработка может быть организована (реализована) на нескольких уровнях
организации ВП.
- параллельная обработка данных в нескольких операционных блоках процессора .
Способы обработки могут сочетаться.
Универсальные микропроцессоры принято разделять на CISC – и RISC-микропроцессоры. CISCмикропроцессоры (CompletedInstruction Set Computing - вычисления с полной системой команд)
имеют в своем составе весь классический набор команд с широко развитыми режимами адресации
операндов. Именно к этому классу относятся, например, микро процессоры типа Pentium. В то же
время RISC-микропроцессоры (reduced instruction set computing - вычисления с сокращенной
системой команд) используют, как следует из определения, уменьшенное количество команд и
режимов адресации. Здесь прежде всего следует выделить такие микропроцессоры, как Alpha
21x64, Power PC.
Идеология RISC-архитектуры опиралась на следующие принципы:
набор команд сокращен до 70-100 команд (вместо нескольких сотен у CISC-микропроцессоров);
большинство команд выполняется за 1 такт, и лишь немногие - за несколько или даже несколько
десятков тактов;
все команды обработки данных оперируют только содержимым регистров процессора, а для
обращения к более медленной оперативной памяти предусмотрены исключительно инструкции
вида "загрузить в регистр" и "записать в память";
команды имеют простой, четко заданный формат;
из набора команд исключены редко используемые инструкции, а также команд, не вписывающихся
в принятый формат;
состав системы команд должен быть удобным для применения оптимизирующих компиляторов с
языков высокого уровня.
Такой подход позволил уменьшить объем аппаратуры процессора за счет сокращения блока
управления, существенно увеличить тактовую частоту работы процессора и снизить его
тепловыделение.
Основой RISC-архитектуры является то, что вся обработка сосредоточена только во внутренних
регистрах микро процессора.
Так как вся обработка проходит в регистрах, отпадает необходимость в большом количестве
режимов адресации операндов, а в системе команд можно применять трехадресные команды,
наиболее эффективные с точки зрения организации вычислительного процесса и в то же время не
имеющие их главного недостатка - большой длины команды. Простой формат команды легко
поддается декодированию на соответствующей ступени работы конвейера.
Этот подход потребовал использования в микропроцессоре регистровой памяти большого объема
(до 128 регистров). А для обеспечения согласованной работы быстрых внутренних конвейеров и
относительно медленной оперативной памяти в RISC-микропроцессорах предусматривается кэшпамять большой емкости.
Наличие большого количества регистров создает хорошую основу для работы оптимизирующих
компиляторов, которые позволяют эффективно использовать все конвейеры микропроцессора.
Простой формат команды и ориентация на регистровую обработку позволили безболезненно
внедрить в RISC-процессорах конвейерный принцип обработки информации.
CISC (англ. Complex Instruction Set Computing) — концепция проектирования процессоров, которая
характеризуется следующим набором свойств:
большим числом различных по формату и длине команд;
введением большого числа различных режимов адресации;
обладает сложной кодировкой инструкции.
Процессору с архитектурой CISC приходится иметь дело с более сложными инструкциями
неодинаковой длины. Выполнение одиночной CISC-инструкции может происходить быстрее, однако
обрабатывать несколько таких инструкций параллельно сложнее.
Облегчение отладки программ на ассемблере влечет за собой загромождение узлами
микропроцессорного блока. Для повышения быстродействия следует увеличить тактовую частоту и
степень интеграции, что вызывает необходимость совершенствования технологии и, как следствие,
удорожание производства.
2)Текстовый режим работы видеосистемы. Организация видеобуфера. Отображение
видеобуфера на экран дисплея.
В символьном режиме на экран может выводиться ограниченный состав символов, имеющих четко
определенный графический образ: буквы, цифры, знаки пунктуации, математические знаки и
знаки псевдографики. Состав этих символов определен системой кодирования, применяемой в
данной ЭВМ, в IBM PC – кодом ASCII, который в последнее время вытесняется кодом UNICODE.
Для того, чтобы вывести какой-либо символ на экран, центральный процессор ЭВМ должен
записать в видеобуфер двухбайтное слово. Первый байт того слова содержит код символа и всегда
записывается в четную ячейку видеобуфера, второй байт - код атрибутов символа и записывается
в ячейку с нечетным номером.
Предельное количество символов, одновременно размещаемых на экране, называется
информационной емкостью экрана. В символьном режиме на экране монитора IBM PC может быть
высвечено 40, 80 или 132 символа в строке. Всего на экране помещается 25, 50 или 60 строк.
Форма выводимого символа определяется знакогенератором дисплея, в котором хранятся коды
формы всех символов ASCII или UNICODE.
Видеопамять организована в виде прямоугольного массива точек. Элемент видеопамяти, стоящий
на пересечении конкретных строки и столбца видеопамяти, хранит значение яркости и/или цвета
соответствующей точки. Регенерация изображения осуществляется последовательным построчным
сканированием буфера.
Каждый элемент видеопамяти определяет один элемент отображения размером в точку на экране
монитора, то каждая точка экран (и соответствующий ей элемент видеопамяти) обозначаются
термином пиксел (pixel - picture element).
Видеопамять имеет плоскостную структуру: вся память делится на битовые плоскости. В каждой
битовой плоскости одному пикселу выделяется один бит. Длина битовой плоскости определяет
разрешающую способность экрана. Количество битовых плоскостей (в каждой из которых
выделено по одному биту для соответствующего пиксела) определяет, сколько бит отводится для
хранения атрибутивного признака пиксела. Если видеопамять имеет одну битовую плоскость, то
такой дисплей может работать только в монохромном режиме (пиксел может быть либо ярким,
либо темным). При наличии двух битовых плоскостей в видеопамяти может храниться 2^2=4
значения, определяющих, как должен выглядеть пиксел на экране (при цветном мониторе - четыре
цвета, один из которых, с кодом 00 - черный. Т.е. фактически с помощью двух битовых плоскостей
можно управлять RGB-монитором). При 8-битовых плоскостях атрибут пиксела обеспечивает
кодирование 2^8=256 цветов
Каждому участку видеобуфера соответствует своя область на экране монитора. Информация в
видеобуфер заносится центральным процессором компьютера программным путем. А адаптер
периодически, с частотой смены кадров, считывает видеобуфер и преобразует его содержимое в
видеосигналы, поступающие на монитор.
Центральный процессор имеет к видеобуферу точно такой же доступ, как и к основной памяти
машины. Благодаря этому несложное изображение можно формировать на ЭВМ очень быстро.