Transcript архитектурой системы команд

Архитетура
компьютерных
систем
Архитектура системы команд
Архитектура системы команд как интерфейс между
программным и аппаратным обеспечением
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.
Классификация архитектур системы
команд
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
Форматы команд
 Количество адресов в команде
Четырехадресный формат команды
Трехадресный формат команды
Форматы команд
 Количество адресов в команде
Двухадресный формат команды
Одноадресный формат команды
Форматы команд
 Количество адресов в команде
Полутораадресный формат команды
Нульадресный формат команды
Форматы команд
 Способы адресации операндов
Прямая адресация
Косвенная адресация
Форматы команд
 Способы адресации операндов
Регистровая адресация
Косвенная регистровая адресация
Форматы команд
 Способы адресации операндов
Адресация со смещением
Форматы команд
 Способы адресации операндов
Относительная адресация
Форматы команд
 Способы адресации операндов
Базовая регистровая адресация с базовым регистром
Форматы команд
 Способы адресации операндов
Базовая регистровая адресация с использованием одного из РОН
Форматы команд
 Способы адресации операндов
Индексная адресация с индексным регистром
Форматы команд
 Способы адресации операндов
Индексная адресация с использованием одного из РОН
Форматы команд
 Способы адресации операндов
Страничная адресация
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
Рг
Процессор
Рг
АЛУ
Вершина
стека
Ячейка памяти
Память
Архитектура вычислительной машины на базе аккумулятора
Аккумулятор
Процессор
АЛУ
Шина памяти
Ячейка памяти
Память
Архитектура вычислительной машины на базе
регистров общего назначения
Рг
Рг
Рг
Процессор
АЛУ
Ячейка памяти
Память
Архитектура вычислительной машины типа
регистр-память
Рг
Рг
Рг
Процессор
АЛУ
Шина памяти
Ячейка памяти
Память
Архитектура вычислительной машины типа
память-память
Рг
Рг
Процессор
АЛУ
Шина памяти
Ячейка памяти
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 RISCмикропроцессорах 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
Цикл команды
 Машинный цикл с прерыванием
Передача управления при прерываниях
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