Информатика и выч. техника \ Информационные технологии

Основные принципы архитектуры фон Неймана. Устройство центрального процессора. Устройство центрального процессора, страница 2

Кэш команд

Очередь команд

Остаток конвейера

Fetch Unit

. . .

Сбой конвейера по управлению

Рассмотрим команду условного перехода . . . ADD R1, R2 BZ lab . . . lab . . . Если переход должен произойти, то задержка на три такта.

Сбой конвейера по управлению. Условный переход.

Если переход не происходит, то это означает, что может быть выполнена следующая команда. Заметим, что при выполнении команды условного перехода возникает задержка даже в том случае, если переход не происходит. Это связано с тем, что мы должны ждать завершения вычисления условия перехода.

Сбой конвейера по управлению. Условный переход.

Одним из подходов, применяемых для уменьшения задержек по управлению, связанных с условными переходами, заключается в том, что решение этой проблемы перекладывается на компилятор. MUL R3, R4 ADD R1, R3 ADD R1, R2 MUL R3, R4 BZ lab BZ lab MOV #10, R1 MOV #10, R1 ... . . . lab … lab ... Объясните, почему такое преобразование возможно и каков его эффект.

RISC и CISC архитектуры

  • Семантический разрыв между машинными
  • языками и языками высокого уровня. Действия по
  • уменьшению разрыва:
  • необходимость создания компиляторов, создающих более эффективный код
  • в архитектуры компьютеров имеются два современных подхода: RISC и CICS архитектуры.

RISC архитектура

  • Множество команд ограничено и содержит только простые команды. Большинство команд выполняется за один такт, если не учитывать FI и DI фазы. Не используется микропрограммирование. Конвейер работает эффективно, в частности, не случаются структурные сбои.
  • Команды имеют одинаковый размер.
  • Основное количество команд работает с регистрами.
  • Небольшое количество типов адресации.
  • Большое количество регистров, поэтому редко приходится выгружать данные в память.

Примеры компьютеров RISC и CISC архитектуры

Суперскалярная архитектура

  • Суперконвейерная архитектура: каждая фаза разделяется на несколько частей.
  • Суперскалярная архитектура: используются несколько конвейеров. Конфликты: ресурсов, данных,. Зависимость по управлению.

VLIW архитектура

VLIW - Very long instruction word. Подход, противоположный суперскалярному. Компилятор анализирует программу и принимает решение о том, какие команды могут могут выполняться параллельно, такие команды упаковываются в одно длинное машинное слово. Следовательно, не требуется никакого аппаратного обеспечения для определения параллелелизма, все выясняется статически.

Место операционной системы

Конечный пользователь

Программист

Прикладные программы

Системный программист

Утилиты

Операционная система

Аппаратное обеспечение компьютера

История развития операционных систем

  • Device driver library
  • Spooling
  • Batch multiprogramming
  • Timesharing
  • Network OS
  • Multicomputer OS
  • Distributed OS

Операционная система предоставляет

  • механизм управления ресурсами
  • средства абстракции ресурсов
  • механизм достижения параллельного исполнения

Цели, к которым стремятся при создании операционной системы

  • все, что предоставляет операционная система, должно быть прозрачно для конечного пользователя
  • стоимость всех механизмов должна быть минимальна

Организация операционной системы

Ядро

Управление файлами

Управление процессами и ресурсами

Управление памятью

Управление устройствами

Hardware

Процессор(ы)

Память

Устройства

Управление процессами и ресурсами

  • Processes, threads
  • Systems calls, traps, interrupts
  • Semaphores, monitors. Interprocess communications. Использование и реализация.
  • Voluntary/Involuntary CPU sharing. Preemptive/Non-preemptive scheduling algorithms.
  • Deadlocks: prevention, avoidance (banker’s algorithm), detection and recovery (resource graph model), manual deadlock control.

Управление памятью

  • Имена, виртуальные адреса, физические адреса

Source module

Absolute module

Executable image

Name space

Virtual address space

Physical address space

Структура памяти

  • Регистры центрального процесса
  • Кэш-память
  • Основная память
  • Вращающаяся магнитная память
  • Оптическая память
  • Память с последовательным доступом

Виртуальная память

Трансляция адресов.

Скачать файл