Архитектура компьютера

Разобравшись с методами реализации внутрипроцессорного параллелизма, рассмотрим варианты повышения быстродействия компьютера за счет введения второго, специализированного, процессора. Такие сопроцессоры очень разнообразны, в том числе по масштабу. В мэйнфреймах IBM 360 и во всех последующих моделях этой линейки для ввода-вывода предусмотрены независимые каналы. В составе CDC 6600 было 10 независимых процессоров, отвечавших за ввод-вывод. Другая область применения сопроцессоров — обработка графики и арифметические операции с плавающей точкой. Даже микросхему DMA можно рассматривать как сопроцессор. Иногда процессор передает сопроцессору на исполнение команду или набор команд; в иных случаях сопроцессор действует независимо и выполняет собственные команды.
Читать дальше »

Помимо серверов, однокристальные мультипроцессоры используются во встроенных системах — по большей части в аудиовизуальной бытовой электронике: телевизорах, DVD-плеерах, видеокамерах, игровых приставках, сотовых телефонах и т. д. Подобные системы отличаются повышенными требованиями к производительности и жесткими ограничениями. Несмотря на различия во внешнем виде, по существу, эти устройства представляют собой миниатюрные компьютеры с одним или несколькими процессорами, модулями памяти, контроллерами и специализированными устройствами ввода-вывода. К примеру, сотовый телефон — это компьютер, оснащенный процессором, памятью, компактной клавиатурой, микрофоном, системой воспроизведения звукового сигнала и беспроводным сетевым адаптером.

Рассмотрим для примера портативный DVD-плеер. Размещенный в нем компьютер призван выполнять несколько функций:
Читать дальше »

Уже много лет известно, что главным препятствием высокой скорости выполнения команд является необходимость их вызова из памяти. Для разрешения этой проблемы можно вызывать команды из памяти заранее и хранить в специальном наборе регистров. Эта идея использовалась еще в 1959 году при разработке компьютера Stretch компании IBM, а набор регистров был назван буфером выборки с упреждением. Таким образом, когда требовалась определенная команда, она вызывалась прямо из буфера, а обращения к памяти не происходило.

В действительности при выборке с упреждением команда обрабатывается за два шага: сначала происходит вызов команды, а затем — ее выполнение. Еще больше продвинула эту стратегию идея конвейера. При использовании конвейера команда обрабатывается уже не за два, а за большее количество шагов, каждый из которых реализуется определенным аппаратным компонентом, причем все эти компоненты могут работать параллельно.
Читать дальше »

Центральный процессор выполняет каждую команду за несколько шагов:

1. Вызывает следующую команду из памяти и переносит ее в регистр команд.

2. Меняет положение счетчика команд, который после этого указывает на следующую команду¹.

3. Определяет тип вызванной команды.

4. Если команда использует слово из памяти, определяет, где находится это слово.

5. Переносит слово, если это необходимо, в регистр центрального процессора².

6. Выполняет команду.

7. Переходит к шагу 1, чтобы начать выполнение следующей команды.

Такая последовательность шагов (выборка — декодирование – выполнение) является основой работы всех компьютеров.
Читать дальше »