🗊Презентация Системное программирование. Микропроцессор. (Лекция 1)

Системное программирование Лекция 1 Микропроцессор. История развития. Основные понятия. ssau.sispro@gmail.com

Этапы развития

Устройство компьютерных систем Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции и данные хранятся в одной и той же памяти. Это позволяет производит загрузку и выгрузку управляющих программ в произвольное место памяти процессора, которая в этой структуре не разделяется на память программ и память данных. Любой участок памяти может служить как памятью программ, так и памятью данных. Причём в разные моменты времени одна и та же область памяти может использоваться и как память программ и как память данных.

Основные функции микропроцессора чтение и дешифрация команд из основной памяти; чтение данных из оперативной памяти (ОП) и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ); обработка данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ; выработка управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК. прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;

1971 г. 15 ноября Микропроцессор Intel 4040

Внутренняя структура процессора

Процесс выполнения программы Этапы цикла выполнения: Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных и сообщает о готовности. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд, в результате там образуется адрес следующей команды. Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).

История архитектуры х86 1972 г. микропроцессор 8008 1974 г. микропроцессор 8080

Архитектура х86 1978 г. микропроцессор 8086

Развитие архитектуры х86

Микропроцессор 286 Два режима работы – реальный и защищённый Реальный режим (за рядом исключений) похож на обычный режим работы i8088/86. Защищённый режим работы позволяет работать с оперативной памятью свыше 1 Мбайта. Впервые на уровне микросхем были реализованы многозадачность и управление виртуальной памятью. 24 адресные линии нового микропроцессора позволяли в защищённом режиме обращаться к 16 Мбайтам памяти.

Микропроцессор 386

Развитие архитектуры х86

Конвейер процессора Конвейер — это способ организации вычислений, используемый в современных процессорах и контроллерах с целью ускорения выполнения инструкций (увеличения числа инструкций, выполняемых в единицу времени).

Микропроцессор 486

Классы архитектур микропроцессоров CISC архитектура (Complex Instruction Set Computer ) – исходная архитектуры, обладает полным набором инструкций. RISC архитектура ( Reduced Instruction Set Computers ) –сравнительно небольшой (сокращённый ) набор наиболее используемых команд определённый в результате статистического анализа большого числа программ для основных областей применения. Арифметику RISC процессоров отличает высокая степень дробления конвейера. Этот прием позволяет увеличить тактовую частоту ( значит, и производительность ) компьютера; чем более элементарные действия выполняются в каждой фазе работы конвейера, тем выше частота его работы. RISC - процессоры в 2 - 4 раза быстрее имеющих ту же тактовую частоту CISC - процессоров с обычной системой команд и высокой производительностью, несмотря на больший объем программ, на ( 30 % ).

Развитие архитектуры х86. Усиление конкуренции.

Гонка за мегагерцами

Микропроцессор Pentium

Микропроцессор Pentium

Параллельная архитектура Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными. Возможными вариантами параллельной архитектуры могут служить следующие способы обработки данных : SISD — один поток команд, один поток данных; SIMD — один поток команд, много потоков данных; MISD — много потоков команд, один поток данных; MIMD — много потоков команд, много потоков данных.

Микропроцессор Pentium PRO

Микропроцессор Pentium II

Микропроцессор Pentium III 1999г