🗊Презентация Структура процессора. Архитектуры CISC и RISC. Архитектура процессора Intel

Структура процессора. Архитектуры CISC и RISC. Архитектура процессора Intel . Лекция 5 (По материалам Мухаметова В.Н.)

4096tb@gmail.com Тема письма: БГУИР. … .

Лекция 5. Структура процессора. Архитектуры CISC и RISC. Архитектура процессора Intel .

Историческая справка.

Разностная машина В 1822 году Чарльз Бэббидж создал разностную машину. Устройство предназначалось для повышения точности расчетов при производстве арифметических таблиц. Машина Беббиджа обрабатывала расчеты по так, что ему оставалось вычитать числа, чтобы завершить это расчёты. Рабочая модель разностной машины Бэббиджа находится в британском музее.

Аналитическая машина Бэббиджа К 1830 году Бэббидж придумал как разработать машину, которая могла использовать перфокарты для выполнения арифметических операций. Предполагалось, что машина должна хранить числа в блоках памяти и содержать форму последовательного управления. Это означает, что операции должны проводиться последовательно таким образом, чтобы машина возвращала ответ в виде удачи или неудачи. Эта машина стала известной как «аналитическая машина», которая стала первым прототипом современного компьютера. Частичное испытание «Аналитической машины Бэббиджа», прошло гораздо позже - 21 января 1888, ее построил его сын. На этом устройстве было успешно вычислено число Пи с точностью до 29 знаков.

Ада Лавлейс Ада Лавлейс (дочь Байрона) является пионером компьютерного программирования. Лавлейс начала работать у Чарльза Бэббиджа в качестве помощницы, в то время как Бэббидж работал над «Аналитической машиной». За время работы с Бэббиджем Ада Лавлейс стала разработчиком первого компьютерного алгоритма, который мог вычислить числа Бернулли. Кроме того, результатом её работы с Бэббиджем было предсказание того, что компьютеры будут не только выполнять математические расчеты, но и манипулировать различными символами, не только математическими. Она не могла видеть результаты своей работы, так как «аналитическая машина» не была создана при её жизни, но начиная с 1940-х годов, её усилия не остались незамеченными

ABC (Atanasoff-Berry Computer) 1939 год ознаменовал новую эру для вычислений, когда физик Джон Винсент Атанасов разработал первый электронный цифровой компьютер. Эта машина была результатом совместных усилий Атанасова и его помощника Клиффорд Берри, и они назвали свою машину ABC (Atanasoff-Berry Computer).

Компьютер Айкена Реально идеи и концепции Ч. Бэббиджа смогли осуществиться только через 80 лет после разработки. И человека, который практически воплотил эти идеи, звали Говард Хетауэй Айкен. Правда, следует уточнить, что с проектом Бэббиджа Айкен познакомился только через три года после начала работ по созданию своего первого детища и был поражен настолько, что воскликнул: “Живи Бэббидж на 75 лет позже, я остался бы безработным”. В 1944 году Говард Айкен из США изобрёл первую полностью автоматическую машину для вычислений. Его устройство, известное как Марк-1, состояло из более чем 750 000 частей и издавало звук, как будто в комнате множество женщин занимаются вязанием.

Компьютер Айкена 1944 г - «Марк- I» 765 тысяч деталей почти 17 м, в высоту — более 2,5 м весил 4,5 тонны. Общая протяжённость соединительных проводов составляла почти 800 км. Основные вычислительные модули синхронизировались механически при помощи 15-метрового вала, приводившегося в движение электрическим двигателем мощностью в 4 кВт.

Bug 9 сентября 1945 года моль влетела в одно из реле и застопорила его. Согрешившая моль была засушена в журнале учета рядом с официальной записью, которая начиналась словами: «Первый действительный случай найденного насекомого (bug)». Сейчас стало общепринятой широко распространенной версией, что обнаружила проштрафившееся насекомое легендарная Грейс Мюррей Хоппер, американский офицер ВМФ США и математик.

ENIAC В 1946 году ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator -электронный цифровой интегратор и калькулятор) был создан Джоном Преспером Эккертом и Джоном Мочли. Содержал 20 000 вакуумных ламп и использовал десятичную систему исчисления

Первый микропроцессор Центральный процессор Intel 4004 в керамическом корпусе Произв.: 15 ноября 1971 Частота ЦП: 92,6—200 кГц Технология произв.: 10 мкм Наборы инструкций: 46 инс. Разъём: DIP16 2250 транзисторов

Микропроцессор Intel 8086 (8088) Микропроцессор Intel 8086, вышедший за год до выхода Intel 8088, был полностью 16-разрядным и для его работы требовался новый набор 16-разрядных микросхем поддержки (например, микросхемы памяти), которые тогда ещё стоили слишком дорого.

Микропроцессор Intel 80386 (IA-32) 1985 год. Уже 275.000 транзисторов. Это 32–разрядный "многозадачный" процессор с возможностью одновременного выполнения нескольких программ.

Микропроцессор Intel Pentium 4 Одноядерный x86 процессор представленный в 2000 г. Первый, в основе которого лежала принципиально новая по сравнению с предшественниками архитектура 7 поколения (по классификации Intel) — NetBurst(P68)

Микропроцессор Intel Core i7 Архитектура X86-64. Это первое семейство, в котором появилась микроархитектура Intel Nehalem. Является преемником Intel Core 2.

Общие сведения о микропроцессорах

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МИКРОРОЦЕССОРАХ Основной элементной базой появления и развития ЭВМ четверто­го поколения являются большие интегральные схемы. Большая интегральная микросхема (БИС) - это сверхминиатюрная электронная схема (микросхема), оформленная на полупроводниковой пластинке площадью менее 1 см2, содержащая сотни и тысячи эле­ментов (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов) и вы­полняющая определенные функции. Микропроцессор - это программно-управляемое электронное циф­ровое устройство, предназначенное для обработки информации, представленной в цифровом виде и построенное на одной или нес­кольких БИС. Процессор осуществляет выполнение программ, работающих на компьютере, и управляет работой всех устройств компьютера.

Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). Та часть процессора, которая выполняет команды, называется арифметико-логическим устройством (АЛУ), а другая его часть, выполняющая функции управления устройствами, называется устройством управления (УУ). В составе процессора находится еще несколько устройств, называемых регистрами. Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик: тактовой частотой обработки информации; разрядностью; адресным пространство

Типы процессоров

Структура процессора

Структура процессора

Архитектура фон Неймана.

Принципы архитектуры фон Неймана

Структура процессора Intel 4004

АРХИТЕКТУРА ПРОЦЕССОРА INTEL 8086 Микропроцессор Intel 8086 приспособлен для работы с несколькими процессорами в одной системе, причем возможно использование как независимых процессоров, так и сопроцессоров Внешние шины адреса и данных в 8086 объединены, и поэтому наличие на шине в данный момент времени информации или адреса определяется порядковым номером такта внутри цикла. Процессор ориентирован на параллельное выполнение команды и выборки следующей команды Микропроцессор i8086 состоит из трех основных частей: устройства сопряжения шины, устройства обработки и устройства управления и синхронизации Устройство сопряжения шины состоит из шести 8-разрядных регистров очереди команд, четырех 16-разрядных регистров адреса команды, 16-разрядного регистра команды и 16-разрядного сумматора адреса.

Структура процессора Intel 8086

ПРОГРАММНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОРА 8086 Программная модель процессора - это функциональная модель, используемая программистом при разработке программ в кодах ЭВМ или на языке ассемблера. В такой модели игнорируются многие аппаратные особенности в работе процессора. В процессоре 8086 имеется несколько быстрых элементов памяти, которые называются регистрами. Каждый из регистров имеет уникальную природу и предоставляет определенные возможности, которые другими регистрами или ячейками памяти не поддерживаются. Регистры разбиваются на четыре категории: регистры общего назначения, регистр флагов, указатель команд и сегментные регистры. Все регистры 16-разрядные.

Формат регистра флагов Intel 8086

ПРОГРАММНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОРА 8086

ПРОГРАММНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОРА 8086

ПРОГРАММНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОРА 8086

ФОРМАТ КОМАНД МП 8086

ФОРМАТ КОМАНД МП 8086

ФОРМАТ КОМАНД МП 8086

ФОРМАТ КОМАНД МП 8086 Форматом команды называется распределение разрядов кода команды на группы. Число таких групп и их назначение зависит от типа микропроцессора. При любом формате команды обязательно наличие группы разрядов, называемой операционной частью команды или кодом операции (КОП). Язык программирования наиболее полно учитывающий особенности "родного" микропроцессора и содержащий мнемонические обозначения машинных команд называется Ассемблером. Текст программы на Ассемблере содержит: а) команды или инструкции, б) директивы или псевдооператоры, в) операторы, г) предопределенные имена

Структура процессора i386

Регистры процессора i386

Структура процессора Intel 80486

Структура процессора Intel 80486

Регистр признаков (PSW)

Структура процессора Intel Pentium 4

Структура процессора Intel Itanium 2

Шинная организация

Структура компьютера

Типы шины адреса и данных 

Структура компьютера

Цикл шины

Архитектура CISС и RISC

CISC

RISC

RISC

Программная модель микропроцессоров архитектуры IA-32

IA-32 Read Address Mode – режим реальной адресации, полностью совместимый с 8086, позволяющий адресовать до 1Мб физической памяти. Protected Virtual Address Mode – защищенный режим виртуальной адресации, позволяет адресовать до 4 Гбайт физической памяти, через которые при использовании механизма страничной адресации могут отображаться до 64 Тбайт виртуальной памяти для каждой задачи. Процессоры, начиная с Pentium и некоторых моделей 486, имеют особый режим системного управления System Management Mode (SMM), в котором процессор выходит в иное, изолированное от остальных режимов пространство памяти. Этот режим используется в служебных и отладочных целях.

Формат команды микропроцессора IA-32 Инструкция микропроцессора может содержать следующие поля: префикс КОП Mod R/M SIB смещение Непосредств. Операнд 0/1 байт 1/2 байта 0/1 байт 0/1 байт 0/1/2/4 байта 0/1/2/4 байта

Эффективный адрес - ЕА Смещение в сегменте (эффективный или исполнительный адрес - ЕА) может быть вычислено на основе значений регистров общего назначения и/или указанного в коде инструкции относительного смещения, при этом любой или даже несколько из указанных компонентов могут отсутствовать: ЕА = BASE + (INDEX*SCALE) + DISPLACEMENT Такая схема позволяет в языках высокого уровня и на языке Ассемблера легко реализовать работу с массивами.

Режимы адресации

Основные типы данных микропроцессора

Виды обмена данными

Виды обмена данными Программный обмен Прерывания Прямой доступ к памяти (ПДП) Poling (program) Interrupts Direct Memory Access (DMA)

Программный обмен

Программный обмен

Прерывания

Прерывания

Прямой доступ к памяти

Прямой доступ к памяти

Классификация микропроцессоров

СИСТЕМНЫЙ ОТЛАДЧИК DEBUG

СИСТЕМНЫЙ ОТЛАДЧИК DEBUG Программа DEBUG (отладчик) дает средство обнаружения ошибок при работе с программой, транслированной в машинный язык. Программа DEBUG обеспечивает возможность пошагово выполнять программу и следить за тем, что при этом происходит. Программа DEBUG - это еще одно программное средство, поставляемое как часть DOS. Вы загружаете ее так же, как и любую другую программу, и работаете в диалоге, используя клавиатуру и экран. Когда программа DEBUG ожидает каких-либо действий со стороны пользователя, то свой запрос она обозначает символом "-". Команды программы Debug: A (assemble) - [адрес] C (compare) – диапазон адрес D (dump) – диапазон. Вывод содержимого оперативной памяти. E (enter) – адрес данные. Ввод данных в память, начиная с указанного адреса. F (fill) – диапазон список. Заполнение специальных областей памяти.

СИСТЕМНЫЙ ОТЛАДЧИК DEBUG G (go) – [=адрес][адреса]. Запуск выполняемых программ. H (hex) – значение1 значение2 I (input) – порт. Чтение и вывод на дисплей 1б инф-ции из указанного порта. L (load) – [адрес] [диск][первый сектор][число] M (move) – диапазон адрес. Копирование указанного блока памяти в другой блок памяти. N (name) – диск:\маршрут\имя. Задание имени выполняемого файла. O (output) – порт байт. Запись байта в указанный выходной порт P (proceed) – адрес номер. Организация выполнения циклов, повторяющихся команд и т.д Q (quit) –выход R (registers) – имя регистра. Вывод на дисплей содержимого регистра.

СИСТЕМНЫЙ ОТЛАДЧИК DEBUG S (string) – диапазон данные. Организация поиска одного или несколько байтов. T (trace) – адрес номер. Выполнение программы в режиме трассировки. U (unassemble) – диапазон Дизассемблирование машинных кодов. W (write) – адрес. Запись файла или указанного числа секторов из памяти. XA [число страниц] – выделение памяти EMS XD [дескриптор] – освобождение памяти EMS XM [Lстраница] [Pстраница][десктриптор] – сопоставление страниц EMS XS – вывод состаяния памяти EMS.