Выбор логической структуры процессора

                            ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ.

            1. Выбрать логическую структуру процессора (состав устройств,

       их функции и принципы взаимодействия), исходя  из принципов работы

       ЭВМ Единой системы (ЭВМ общего назначения).

            2. Обосновать выбор технических параметров процессора с целью

       обеспечения достижения заданного значения производительности

            - производительность П =      млн.оп/с):

            - машинный такт  Т = 10-100 нс;

            - цикл локальной памяти  Тл = 10-100 нс;

            - время выборки из основной памяти  Тп = 100-1000 нс.

            3. Разработать временные диаграммы и определить длительность

       выполнения основных команд процессора.

            4. Оптимизировать технико-экономические параметры процессора для

       достижения максимальной его эффективности: максимальной

       производительности при минимальной стоимости устройства, исходя из

       объема оборудования устройства (количество используемых элементов)

       или объема памяти, статистики использования памяти и следующего

       соотношения: стоимость  элементов  устройства обратно пропорциональна

       техническим параметрам.

                             В В Е Д Е Н И Е

            Центральный процессор выполняет основную работу по

       преобразованию данных в вычислительной системе и, кроме того,

       осуществляет  в  ней функции автоматизированного  управления  в

       соответствии с алгоритмами управляющей программы операционной

       системы.  В  частности,  центральный процессор взаимодействует  с

       каналами ввода-вывода,  запуская операции ввода-вывода и получая

       информацию о результатах их выполнения,  а также о состоянии системы

       ввода-вывода.

            Центральный процессор - это устройство, обеспечивающее обработку

       данных по заданнной программе. Центральный процессор производит

       следующие основные  виды  операций:  выполнение  команд,  прерывание,

       сброс, регистрацию  состояния  (запись информации о состоянии

       вычислительной системы в целом  или ее отдельных компонентов  в

       определенные области основной памяти). Программу и обрабатываемые по

       ней данные процессор выбирает из основной (оперативной) памяти.

            Процессор включает в себя, в большенстве случаев, одно или

       несколько операционных (или арифметическо-логических устройств),

       устройство управления, локальную память, средства контроля и

       диагностики.

            Арифметически-логическое устройство (АЛУ) выполняет операции

       преобразования данных. Оно включает в себя один или несколько

       сумматоров и регистры для хранения промежуточных данных и результатов

       преобразований.

            Арифметическо-логическое устройство может быть расширино

       специализированными операционными устройствами: сдвигателем, быстрым

       умножителем, десятичным сумматором, конвертером и др.

            Устройство управления (УУ) - автомат управляющий процессами

       передачи и обработки информации в процессоре. Это устройство

       принимает команды и формирует последовательность управляющих

       сигналов, проверяет и т.п. Оно входит в работы функциональных узлов

       путем выдачи синхронизирующих и управляющего сигналов.

            В составе процессора может находится локальная память

       различного функционального назначения: рабочие регистры, РОН,

       регистры указатели, управляющие регистры,  регистры служебных слов и

       т.п. Служебная  память может использоваться для буферизации данных и

       команд,  хранения таблиц преобразования адреса, ключей защиты и др.

            Процессор может  включать  в  себя  набор  специальных

       системных средств: службу времени (суточные часы, таймер и т.п.),

       средства межпроцессорной связи, пульт управления системой и др.

            Средства контоля и диагностики позволяют обнаруживать и

       устранять неисправности без потери производитетьности процессора.

                       ЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПРОЦЕССОРА.

            Процессор выполняет программу, выбираемую из основной

       (оперативной) памяти, в нескольно этапов: выборка команды, распаковка

       команды и выборка операндов, выполнение операции и запись результатов

       в основную память, а, при необходимости, и обработку прерывания,

       изменение состояния процессора или системы в целом.

            Логическую структуру ЦП (рис.1) включает ряд функциональных

       средств: средства обработки, средства управления системой и

       программой, локальная память, средства управления каналами и основной

       памятью, системные средства.

            Средства обработки обеспечивают выполнение операций с

       фиксированной и плавающей запятой, операций с десятичными данными и

       полями переменной длины. Локальная память состоит из регистров общего

       назначения и регистров с плавающей точкой, а также управляющих

       регистров.

            Средства управления каналами обеспечивают хранение  данных

       (буфер  данных  канала), подготовленных к  передаче или принятых из

       канала,  а также управление приоритетными доступам обрабатывающей

       подсистемы через канал ввода/выводда к перефирийному оборудованию.

            Центральный процессор ЕС ЭВМ включает в себя следующие базовые

       средства принципов работы ЕС ЭВМ:

            - локальная память: регистры общего назначения (16х32 р),

       регистры плавающей запятой (4х64 р), управляющие регистры (16х32 р);

            - полный набор команд: команды арифметики с фиксированной и

       плавающей запятой, команды десятичная арифметика;

            - системные средства: прямое управление, интервальный таймер,

       часы, компаратор, защита памяти, средство условного обмена и т.д.

            Для хранения  текущей информации обрабатываемой программы в

       центральном процессоре имеется локальная память:  16 регистров общего

       назначения, 4 регистра (для операндов) с плавающей точкой (по 64

       двоичных разряда). Процессор также использует область основной

       памяти,  которая является постоянно распределенной областью

       процессора для хранения управляющей информации, информации прерывания

       и контроля.

            Центральный процессор  может обращаться за информацией к 16

       общим регистрам, имеющие нумерацию от 0 до 15.  Они могут быть

       использованы для хранения  индекса в операциях над адресами,  как

       накапливающие регистры в арифметических операциях с фиксированной

       точкой и в  логических операциях.  В общий регистр можно поместить

       одно слово (32 байта).

            Регистры общего назначения идентифицируются числами от 0 до 15 и

       задаются в команде с  помощью  четырех  битового  поля R1.  Два

       смежных общих регистра (четный и следующей нечетный) могут

       использоваться для хранения одного операнда размером 8 байт.

            В операционной арифметике с плавающей точкой используются 4

       специализированных регистра емкостью 8 байт каждый.  Они

       идентифицируются номерами 0, 2, 4 и 6. Каждый из них может содержать

       короткое (32-битовое) или длинное (64-битовое) число в формате с

       плавающей точкой. В операциях арифметики с плавающей точкой

       расширенной точности для  128-битовых чисел используются пары

       регистров с плавающей точкой 0-2 и 4-6.

            К средствам управления памятью относятся буферная память,

       память ключей, защита и средства управления доступом к основной

       памяти.

            К системным средствам относятся  средства  службы  времени:

       часы астрономического времени, таймер и компаратор.

            Интервальный таймер используется для отчета времени суток  и

       интервалов времени. Обращение к интервальному таймеру для записи или

       чтения его значение может осуществляться любой командой, в которой

       предусмотрено обращение к основной памяти.

            Компаратор используется  для программной привязки процессов к

       определенному моменту времени.

1	2	3	4	5	6	7