Цифровые электронно-вычислительные машины»

Семестр (1-2 четверть)

Классификация вычислительных машин.

По принципу действия вычислительные машины классифицируются:

1. Механические вычислительные машины. Применялись в банковской системе США до 40 г. Также механические кассовые аппараты механические вычислительные машины Феликс (60 – 70 г.), считыватель программы шагающего экскаватора.

2. Пневматические вычислительные машины применялись до середины 80-х годов в опасных средах. Там где требовалось сформировать усилие в зависимости от исходных пневмоданных. Клапаны, вентили, поршни, пневмоусилители, пневмотранзисторы.

3. Гидравлические вычислительные машины. В основном в авиации.

4. Электрические вычислительные машины делятся на электронные и электромашинные.

Электромашинные применяются в промышленности, для принятия конечных решений и выдачи управляемых воздействий. Также могут применяться в первичных источниках информации.

Электромашинные вычислительные элементы могут быть непрерывного и дискретного действия. К дискретным относят различные типы реле, машинные пускатели.

К электромашинным вычислительным элементам, переменного действия, относят трансформаторы различного вида магнитного усиления.

Электронные вычислительные машины делятся на аналоговые импульсные и цифровые.

Аналоговые элементы применяются в первичных преобразователях информации, в случае, когда скорости цифровой ЭВМ не достаточно, другие виды ЭВМ использовать не целесообразно.

Импульсные вычислительные машины используются в первичных преобразователях информации. Особенно в распределенных изначально, они проще интегрируются с цифровыми вычислительными машинами, чем аналоговыми.

Цифровые вычислительные машины применяются для решения основных задач промышленности там где условия не ограничивают их применение.

По функциям управления вычислительные машины делятся на управляющие и не управляющие. Не управляющие используются для решения задач расчетного характера. Управляющие, используются для выдачи управления воздействий на оборудовании задействованном в механических процессах.

По изменяемости логики работы делятся на ЭВМ с жестко заданной логикой и программной изменяемой логикой.

Всякую цифровую ЭВМ можно представить в виде иерархии уровней

Уровень прикладной программы

На этом уровне создаются программы на языках высокого уровня для решения технологических задач поставленных ЭВМ.

Ассемблерный уровень или уровень языка Ассемблера

До этого уровня транслируются прочие прикладные программы прикладного уровня. На этом же уровне осуществляется доводка программ прикладного уровня. На ассемблере долго писать сервисные программы.

Уровень ОС

Уровень до которого транслируются программы ассемблерного уровня использующие интерфейс системных вызовов ОС.

Уровень машинного языка

Уровень до которого интерпретируются программы уровня ОС либо транслируются программы ассемблерного уровня, если они не используют интерфейс вызовов ОС, программы этого уровня представляют собой наборы 0 и 1.

Микропрограммный уровень

Уровень, на котором интерпретируются программы уровня машинного языка. Микропрограммный уровень представляет собой совокупность вентильных логических схем и дешифраторов, заключенных в процессоре вычислительной системы.

Общая структура

ША

ША

ШДЩ

ШД

ШУ

ШУ

Порт ввода-вывода

Порты ввода вывода предназначены для приема информации и вывода результатов. Память предназначена для хранения использующих ЭВМ данных и программ уровня машинного языка.

По структуре памяти цифровые ЭВМ с программно измеряемой логикой делятся на машины Гарвородской и Фоннеймовской архитектуры. У Гарварадской архитектуры память программ и память данных разделена. В Фоннеймоновской архитектуре программы и данные в одном адресном пространстве.

Основная архитектура процессора:

Устройство управления процессора под воздействием импульса тактового генератора осуществляется доставание очередной команды из оперативной памяти ее дешифрации и в зависимости от результатов дешифрации управление арифметико-логическим устройством (АЛУ).

Программный счетчик (ПС) содержит номер следующей считываемой команды оперативной памяти.

Дешифратор команд (ДК) выполняет дешифрацию команды и формирует управление воздействия на АЛУ и RОМ.

АЛУ – арифметико-логическое, осуществляет чтение данных из оперативной памяти и арифметико-логические операции над ними под управлением устройства управления.

ROM – регистры общего назначения, регистры сверх оперативного запоминания, устройства используемые для временного хранения информации во время ведения вычислений. В некоторых процессорах область ROM расположена в области оперативной памяти. В большинстве процессоров среди регистров общего назначения выделен аккумулятор. Регистры чаще всего задействованы в машинных операциях несущих особую смысловую нагрузку для чтения и записи в память, и выполняют роль хранения результатов.

Классификация архитектурных типов процессоров.

1. Простейшие процессы, имеют АЛУ, регистр, может иметь регистр специального назначения. В разных сериях процессора эта серия тоже различна. Применим для любых вычислений, не дает прироста производительности.

2. Блочный процессор, применим для решения задач, где операции чтения и записи занимают намного меньше времени чем вычисления.

Подразумевает особый подход в написании программ, когда команды в спец. блоках будут выполняться почти параллельно. Регистры общего назначения скрыты.

Матричные процессы применяются, когда необходимо применять большое количество однотипных вычислений. Делятся на матричные и векторные.

В матричном процессоре выполняется одна программа паралельно с несколькими наборами данных. Каждый из этих наборов данных имеет свою АЛУ и группу регистров общего назначения. Каждый АЛУ матричного процессора работает со своим сегментом памяти данных.

Векторный процессор отличается от матричного тем, что, имеет одно АЛУ и несколько наборов регистра общего назначения, которое оно обслуживает по очереди в квази параллельном режиме.

Матричный процессор используется для ускорения работы программ. Он же конвеерный процессор. Содержит внутри себя конвеерную структуру.

В магистральном процессоре выполнение любой команды делится на этапы, каждый из которых выполняется на определенном участке магистрали, после чего команда передается на следующий участок, а отработанный участок принимает следующие команды.

Недостаток магистрального прецессора в том что при выполнении операции условного перехода его производительность падает до процессора базавой архитектуры. Для устранения эффекта в магистральный процессор ввели свойства называемые «спекулятивность».

Спекулятивный магистральный процессор не дожидается выполнения команды условного перехода, а делает переход по своему усмотрению. Он может обладать памятью переходов. Если после полного перехода команды условного перехода процессор угадал, протери производительности не происходит, если не угадал, выполнение алгоритма выполняется заново по правельной ветке.

Скалярныйе процессоры – это процессор пвключающий в себя 2 паралельных конвеера.

Супер скалярный процессор – это процессор содержащий в себе больше 2-х конвееров.

Многопроцессорные системы – это архитектура при которой 2 независимых процессора разделяют общую память данных (ПД).

Дата добавления: 2014-01-07