Реферат: Электронно вычислительные машины и вычислительные системы

--PAGE_BREAK--A10=1,375, B11=-0,625, C=A+B <img width=«2» height=«22» src=«ref-1_422866426-157.coolpic» v:shapes="_x0000_s1066">A2=0 1.011,  A=0,1375*101
<img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422866583-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1070"><img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422866583-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1069"><img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422866583-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1068"><img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422866583-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1067">B2=1 0.101=00 1 001=01 1 0101, B=-0,0625*101

Dp=p1 — p2=1.

<img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422867195-151.coolpic» v:shapes="_x0000_s1075"><img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422867346-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1073"><img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422867195-151.coolpic» v:shapes="_x0000_s1071">B2ok=01 1 1010, B2дк=01 1011

<img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422867346-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1074">А2ok=01  01011, А2дк=0101011


<img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422866583-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1072">Т.о.    01 11010                                  0111011
<img width=«2» height=«21» src=«ref-1_422867958-156.coolpic» v:shapes="_x0000_s1076">        +                                                       +

<img width=«69» height=«2» src=«ref-1_422868114-156.coolpic» v:shapes="_x0000_s1079"><img width=«70» height=«2» src=«ref-1_422868270-156.coolpic» v:shapes="_x0000_s1065">           01 01011                                 0101011

<img width=«35» height=«16» src=«ref-1_422868426-323.coolpic» v:shapes="_x0000_s1078">             1 00101                                 0100110

<img width=«70» height=«2» src=«ref-1_422868749-157.coolpic» v:shapes="_x0000_s1077">                    +1

                00110=С2                                             С10=0,75

С2н=0,011, С10=0,75
Умножение и деление чисел с плавающей точкой.

При умножении/делении порядки складываются/вычитаются. Мантиссы соответственно умножаются или делятся. Знаки результат формируется путем сложения знаков операнда.

 

Арифметические операции над двоично – десятичными числами.

Каждая цифра десятичного числа кодируется тетрадой, и знак числа кодируется тоже тетрадой.

1.     Сложение начинают с младших цифр тетрад и производят с учетом переноса.

2.     Знак суммы определяется знаком наибольшего слагаемого.

3.     Для того чтобы обеспечить своевременный перенос производится десятичная коррекция. К каждой тетраде добавляется число шесть. В результате осуществленная корректировка суммы – из тетрад, откуда не было переноса, вычитается 6. При этой коррекции переносы из тетрад блокируются.

4.     При вычитании к тетраде с большим кодом прибавляется другая тетрада в дополнительном коде. И выбирается знак.
Логические основы ЭВМ.

Количество возможных функций: 22n

<img width=«205» height=«70» src=«ref-1_422868906-507.coolpic» v:shapes="_x0000_s1080">


При n=0 N=21=2

Yi=0 – заземление;

Или y1=1 – генер.

n=1, то N=4

x

Y0

Y1

Y2
Y3


1





1

1



1

1



<img width=«2» height=«14» src=«ref-1_422869413-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1081"><img width=«16» height=«2» src=«ref-1_422869566-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1082">                         Ген  повт  инв
Правила алгебры логики.

1.     ХV1=1   X*0=0

     XV0=X  X*1=X
<img width=«9» height=«2» src=«ref-1_422869719-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1083"> <img width=«9» height=«2» src=«ref-1_422869873-155.coolpic» v:shapes="_x0000_s1084">
2.  XVX=1   X*X=0

     XVX=X  X*X=X

Законы алгебры логики.
1.     Х1Х2=Х2Х1 — коммутативный

2.     (Х1Х2)Х3=Х1(Х2Х3) – ассоциативный

3.     Х1(Х2VX3)=X1X2VX1X3 – дистрибутивный

4.     X1VX1X2=X1(1VX2)=X1*1=X1 – поглощения

5.     <img width=«12» height=«2» src=«ref-1_422870028-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1087"><img width=«12» height=«2» src=«ref-1_422870028-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1086">X1X2VX1X2=X1(X2VX2)=X1*1=X1 – склеивания

6.     <img width=«12» height=«2» src=«ref-1_422870028-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1088">(FVX)(FVX)=F

7.     <img width=«12» height=«2» src=«ref-1_422870490-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1090"><img width=«12» height=«2» src=«ref-1_422870028-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1089">XVXF=XVF    X(XVF)=XF — свертки

8.     Правила Де Моргана

-         <img width=«12» height=«2» src=«ref-1_422870028-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1092"><img width=«12» height=«2» src=«ref-1_422870028-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1093"><img width=«45» height=«2» src=«ref-1_422871105-155.coolpic» v:shapes="_x0000_s1091">X1VX2=X1X2

-         <img width=«12» height=«2» src=«ref-1_422870490-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1096"><img width=«12» height=«2» src=«ref-1_422870490-153.coolpic» v:shapes="_x0000_s1095"><img width=«45» height=«2» src=«ref-1_422871566-154.coolpic» v:shapes="_x0000_s1094">X1X2=X1VX2   
Порядок проектирования логических схем.

1.     Словесное описание.

2.     Формализация описания – запись таблицы истинности.

3.     Запись функции в СДНФ или СКНФ.

4.     Минимизация.

5.     Представление минимизированного выражения в требуемом базисе.

6.     Изготовление устройства.

7.     Тестирование.
Элементная база ЭВМ.
    продолжение
--PAGE_BREAK--Элемент – узел – блок – устройство
Классификация интегральных схем:

-         по сложности

1.     ИС – малая степень интеграции (десятки транзисторов).

2.     СИС – средние (сотни транзисторов).

3.     БИС — большие (десятки тысяч транзисторов).

4.     СБИС – сверхбольшие (миллионы транзисторов).

5.     УБИС – ультрабольшие (десятки миллионов транзисторов).

-         по типу сигналов

1.     Потенциальные.

2.     Импульсные.

-         по технологии изготовления

1.     МОП структура (МДП структура).

1.1.          КМОП –комплиментарные.

1.2.          NМОП – полупроводники n-типа.

1.3.          рМОП – полупроводники р-типа.

2.     ТТЛ – логика.

3.     ЭСЛ.

4.     U2Л.

-         по особенностям функционирования

1.     Формирующие – генераторы.

2.     Логические комбинационные схемы.

3.     Запоминающие.

Комбинационные схемы.

К ним относятся ЛЭ: «Не», «И», «ИЛИ», «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ», дешифраторы, сумматоры комбинационные, компараторы.

Схемы с памятью.

1.     Триггеры:

-         JK

-         RS

-         D

-         T

2.     Накапливающий сумматор.

3.     Регистр.

4.     Счетчик.
Проблема развития элементарной базы.

Циклическое послойное изготовление элементов (частей) электронной схемы по циклу: программа – рисунок – схема. По программе на напыленный фоторезисторный слой наносится рисунок будущего слоя микросхемы. Рисунок протравливается, фиксируется, закрепляется и изолируется от новых слоев. Нанесение рисунков называется фоторезистолистография. Сейчас применяется оптическая листография. Но дифракция, интерференция и т.п. ограничивают точность. Существует также электронная (лазерная) листография, ионная и рентгеновская листография. Размеры сокращают для того, чтобы можно быть увеличить частоты (чем больше размеры транзистора, тем больше его емкость). Но уменьшение размеров приводит к тому, что удельная мощность увеличивается. Она увеличивается с ростом напряжения питания и с ростом частоты. Уменьшение напряжения нежелательно. Максимальная частота, которая может быть в элементах 1011 – 1012 Гц. Такой уровень частоты может быть только в СИС. Будут использоваться ССИС – сверхскоростные ИС средней степени интеграции. Используются кремниевые и арсенид галивые микросхемы.

Перспективы:

Новое направление – использование сверхпроводимости и туннельного эффекта (для уменьшения мощности) и биомолекулярная технология.

Характеристики ТТЛ:

1.     Uпит=3,3В; 5В.

Стандартная серия: 74ххх –США; К155… – Россия.

Tзд.р.=10нс.

2.     С пониженным потреблением: 74L… – США; К134… – Россия.

Tзд.р.=33нс.

3.     С повышенной мощностью: 74b… – США; К131… – Россия.

4.     С диодами Шотки (ТТЛШ) 74S… – США; К531… – Россия.

5.     Маломощные ТТЛШ 74LS… – США; К555… – Россия.
Функциональная и структурная организация ЭВМ.

Функциональная организация включает в себя:

-         виды кодов, использованные для представления информации (аудио, видео, отображение информации, помехозащищенные коды);

-         система команд (CISC, RISC, система длинных команд);

-         алгоритмы выполнения машинных операций;

-         технология выполнения различных процедур и взаимодействие программного и аппаратного обеспечения;

-         способы использования устройств, при организации совместной работы;

-         структурная организация: способы реализации функций ЭВМ.
Структурные компоненты:

1.     АС:

-         элементарная база;

-         функциональные узлы и устройства;

2.     Программные модули (обработчики прерывания, драйвера, com, exe, bat файлы).
ЭВМ делятся на совместимые и несовместимые. В свою очередь совместимые делятся на программно совместимые и технически совместимые.
Состав микропроцессорного комплекта.

-         системный таймер;

-         микропроцессор;

-         сопроцессор;

-         контроллер прерываний;

-         контроллер прямого доступа к памяти (DMA);

-         контроллеры устройств ввода-вывода.

Устройства ЭВМ делятся на: ядро ЭВМ (полностью электронное) и периферийные устройства (электронные, электромеханические, с тепловой природой).

<img width=«286» height=«121» src=«ref-1_422871720-1156.coolpic» v:shapes="_x0000_s1027">
Нейтральные устройства связаны между собой системной магистралью.
Состав магистрали.

1.     Шина данных;

2.     Шина адреса;

3.     Шина управления.
Интерфейс системной магистрали.

-         количество линий в ША, ШД, ШУ.

-         Порядок размещения конфликтных ситуаций (этим управляет контроллер прерываний).
В состав ядра входят:

-         МП

-         ОП

-         Дополнительные устройства (системный таймер, контроллеры и т.д.)

Ядро размещается на системной плате.

<img width=«584» height=«333» src=«ref-1_422872876-3181.coolpic» v:shapes="_x0000_s1028">
Компиляция заключается в преобразовании исходного модуля в объектный модуль, но в нем отсутствуют дополнительные программы, необходимые для выполнения.

Редактор связи объединяет все требуемые для выполнения процедуры в объектном коде в единую программу, готовую к выполнению.
Особенности управления основной памятью ЭВМ.

Выделение памяти.

Может выделяться программистом или ОС.

Размещение делится на: статическое и динамическое (в процессе). В свою очередь статическое  делится на больше и меньше требуемого.
    продолжение
--PAGE_BREAK--Оверлейная структура программы: загружается главная часть, а остальное по очереди.<img width=«480» height=«267» src=«ref-1_422876057-1917.coolpic» v:shapes="_x0000_s1029">
          Для того чтобы связывать отдельные сегменты в единую программу нужно 7 трансляций адресов. 
<img width=«203» height=«114» src=«ref-1_422877974-604.coolpic» v:shapes="_x0000_s1097">
Такая структура адресов накладывает 2 ограничения.

1.     Ограничение макс сегментов.

2.     Ограничивается макс смещение в сегменте.
Динамическая трансляция адресов при сегментной организации программы.

Адресное пространство.

Прг.Д

Таблица сегментов

ОП

№ сег.

Адрес в ОП



ОС        



сег1

20кБ

1

75

75

Прг.Д

Сег1



сег2

10кБ

2

125

95

Прг.А

125

Прг.Д

Сег2



сег3

20кБ

3

205

135

Прг.В

205

Прг.Д

Сег3

225

Начальный адрес таблицы сегментов заносится в регистр начала таблицы сегментов (РНТС). В настоящее время применяется сегменто – страничная организация памяти. Программа состоит из сегментов, размер которых может быть любым меньше максимального. А сегменты состоят из страниц, размер которых строго определен (обычно 4кБ). При такой адресации у основного адреса есть три параметра: номера сегмента и страницы, и относительный адрес.
Виртуальная память.

Имитация работы машины с максимально имеющейся в ВС памятью, включая внешнюю, и называемую режимом виртуальной памяти. Теоретически доступная пользователю ОП определяется только разрядностью адресной части команды. При работе программы та часть, которая необходима для выполнения текущей команды вызывается в ОП и размещается там. Другая часть размещается в ячейках внешней страничной памяти или в слотах. Слот – это заполненная записываемая область во внешней страничной памяти. Она равна размеру страницы. ВС с двадцатиразрядным адресом может иметь 16МБ адресуемого пространства; с 32 – х разрядным – 4ГБ. Загрузка в ОП – переписывает несколько страниц из внешней памяти в ОП. Когда страница больше не нужна, она загружается во внешнюю память (ВП).
Страничная схема организации абсолютного адреса при сегменто – страничной организации памяти.

<img width=«583» height=«312» src=«ref-1_422878578-2803.coolpic» v:shapes="_x0000_s1098">
Бит недоступности =1, если этой страницы нет в ОП.
Алгоритм функционирования ЭВМ при обработке команды.

1.     Адрес из счетчика команд выставляется на шину адреса системной магистрали (ША СМ). И одновременно подается сигнал чтения на шину управления (ШУ).

2.     Считывание адреса с шины адреса (ША) в регистр адреса (Рг.А).

3.     Выставление команды на шину данных (ШД) и сигнал управления на шину управления (ШУ).

4.     Процессор передает число, т.е. команду, из регистра данных в регистр команд процессора.

5.      Распаковка команды, т.е. выделение кода адреса и адресной части.

6.     Определение к чему относится команда (на чем выполнять и т.д.). Устанавливается адрес устройства.

7.     Если процессорная команда, то передача КОП в устройство управления процессора (УУ Пц.).

8.     Адресная часть передается на ША СМ и одновременно сигнал чтения на ШУ СМ.

9.     Из ОП данные выставляются в Рг.Д., а затем на ШД.

10.С ШД на магистраль процессора и затем в АЛУ подаются данные.

11.Выполнение операции в АЛУ.

12.Запись результата из микропроцессора на ШД и одновременно адрес результата на ША, а на ШУ сигнал записи.

13.С ШД записывается на Рг.Д., ОП, а с ША на Рг.А. ОП это запись результата в ОП.

14.На ШУ сигнал «выполнено».

15.Переход к пункту 1.

7а. Центральный процессор выставляет на ША СМ адрес (№) устройства. Этот номер доступен всем устройствам. А на ШУ выставляется на ШУ сигнал отклика.

8а. Устройство, номер которого совпадает с заданным, выставляет на ШУ сигнал отклика.

9а. ЦП выставляет на ШД команду для устройства, а на ШУ сигнал о выставленной команде.

10а. Устройство, подтверждает прием команды – оно выставляет об этом сигнал на ШУ.

11а. ЦП, получив это подтверждение, переходит к следующей команде.

Когда ЦП перешел к следующей команде, то может оказаться, что подтверждение еще на пришло. В мультипрограммном режиме ЦП может перейти к выполнению другой команды.

Примечание к 9а. В большинстве случает этот пункт должен быть расширен – должна быть проверка готовности устройства и управление его работой:

-         Поиск устройства.

-         Определение его технического состояния.

-         Обмен информацией.

Вся эта последовательность действий выполняется с помощью интерфейсов ввода-вывода.

Стандартные интерфейсы.

-         Параллельный Centronics.

-         Последовательный RS – 232

-         Plug&Play – интерфейс сам определяет параллельный или последовательный.
Прерывания.

Каждая программа в момент выполнения характеризуется словом состояния процессора (ССП). Там всегда хранятся:

-         Адрес следующей команды (Кд).

-         Состояние регистра флагов.

-         Дополнительные сведения.

При получении сигнала прерывания программы выполняет до конца свою Кд и сохраняет ССП. Затем запускается программа обработки прерываний. После окончания программы обработки прерываний восстанавливается ССП прерываний программы, и она (программа) продолжает выполняться.

Прерывания IBM PC.

1.     Прерывания BIOS (BIOS – система ввода-вывода), прерывания с адресом 00..1F.

2.     Прерывания ОС (DOS или WINDOWS), адрес: 20..FF.

Типы прерываний.

1.     Аппаратные прерывания.

2 – Отказ питания.

8 – Таймер.

9 – Клавиатура.

12 – Адаптер связи с другими объектами.

14 – НГМД – накопитель на гибком магнитном диске.

15 – устройство печати.
2.     Логические – вырабатываются в ЦП.

0 – Деление на ноль.

4 – Перемещение результата.

1 – Пошаговый режим работы.

3 – Остановка в контрольной точке.
3.     Программные – по запросу программы.

Команда обработки прерываний называется обработчиком прерываний.

Прерывание – это действие, когда программа прекращает временно свое выполнение и передает управление обработчику прерывания. По окончании обработки прерванная программа автоматически происходит возврат к выполнению прерванной программы с той точки, где произошло прерывание.
Система памяти ЭВМ.

Задачи при разработке памяти:

1.     Повышение быстродействия обмена.

2.     Вся память должна восприниматься как нечто единое, целое.

<img width=«527» height=«355» src=«ref-1_422881381-3688.coolpic» v:shapes="_x0000_s1099">
 ЗУ предназначено для приема, хранения и выдачи информации.
Основные характеристики.

1.     Время обращения к ЗУ.

2.     Объем ЗУ.

Классификация ЗУ.

1.     Направление обмена.

1.1.          Односторонняя – ПЗУ, CD-ROM.

1.2.          Двусторонняя.

2.     По способу организации.

2.1.          Ленточные ЗУ.

2.2.          Вращающиеся – магнитные барабаны, магнитные диски, СД.

2.3.          Матричные.

2.4.          Лучевые.

2.5.          Ре-циркулярные.

2.6.          Механические – перфоленты, перфокарты.

3.     По способу обращения.

3.1.          С произвольным (прямым) доступом.

3.2.          С последовательным доступом.

4.     По назначению.

4.1.          Регистровые ЗУ.

4.2.          ОЗУ.

4.3.          КЕШ – память.

4.4.          ПЗУ.

4.5.          Долговременная память (внешние ЗУ).

5.     По возможности хранения информации при отключении питания.

5.1.          Хранение информации без источника питания (диски, ПЗУ).

5.2.          Сохраняющее информацию при наличии питания (ОЗУ, регистровые ЗУ, КЕШ).

5.3.          ЗУ временно сохраняющие информацию при источнике питания. Это динамические п/п ЗУ. Им требуется регенерация.

5.4.          ЗУ обеспечивающие сохранение информации при временном отключении ИП.
Логическая организация памяти.

Разрядность шины адреса.
    продолжение
--PAGE_BREAK--ХТ – процессор  =  20Б — 1МБ
286й – процессор = 24Б – 16МБ

386й– процессор = 32Б – 4ГБ

Виды адресного пространства.

Основная память – 1МБ (первый мегабайт)

Режимы компьютеров 386 и выше.

1.Реальный

<img width=«11» height=«41» src=«ref-1_422885069-249.coolpic» v:shapes="_x0000_s1100">2.Защитный

3.Вертуальный      мультипрограммный

Основная память доступна в любом режиме. В реальном режиме доступна только основная память (convenctention memory ).

Этот 1МБ делится на следующие составные части:

-         верхние 384кБ – для вычислительной системы (A0000…FFFF).

-         Нижние 640кБ – для программ пользователя (00000…9FFFF).
Виды адресного пространства:

1.Основная память – 1МБ (00000…FFFFF)

2. Область верхней памяти = 384кБ (А0000…BFFFF)

3. Область старшей памяти – HMA

4. Расширенная память – Exteneted – это вся память, которая больше 1МБ и доступна в защищенном режиме.

5. Дополнительная память – Expended – аналогично расширенной памяти.

6. Видеопамять – VideoRAM

7. ПЗУ адаптеров и специальной ОЗУ

8. ПЗУ системной BIOS

Внешняя память распределяется следующим образом :

1.     первые 128кБ – видеопамять (A0000…BFFFF)

2.     вторые 128кБ – для программ BIOS адаптеров (C0000…DFFFF)

3.     третьи 128кБ – для системной BIOS (E0000…FFFFF). Здесь же расположены программы для проверки при включении (диагностики) и первичной системной загрузки.

Способы адресации в первых ПК (в реальном режиме).

Линейный адрес = адрес сегмента + адрес смещения.
Адрес сегмента хранится в регистре CS (16б). Адрес смещения хранится в регистре IP (16б). Расширенная память XMS. Для того, чтобы она была доступна используют специальные драйверы:
HIMEM.SYS

<img width=«500» height=«260» src=«ref-1_422885318-2990.coolpic» v:shapes="_x0000_s1130">
QEMM.SYS

Область старшей памяти – это область памяти в один сегмент (64кБ) после 1МБ.

Для того, чтобы использовать эту память существует драйвер XMS.SYS.
Физическая организация памяти.

1.     Двусторонние ЗУ.

Составной  частью являются элементы памяти:

1.     Бистабильный триггер – статическая память (SIM).

2.     <img width=«567» height=«281» src=«ref-1_422888308-1935.coolpic» v:shapes="_x0000_s1129">
Электронный ключ на полевом транзисторе – динамическая память (DIM).

3.     Магнитный сердечник – ферритовая память.

<img width=«614» height=«278» src=«ref-1_422890243-1770.coolpic» v:shapes="_x0000_s1128">


Это все были статические запоминающие элементы, т. е. Они могут хранить информацию сколь угодно долго, пока есть питание.
Простейшие схемы динамической памяти.

Должно выполнятся условие Сз.э.>>Ср.ш.
<img width=«576» height=«223» src=«ref-1_422892013-1433.coolpic» v:shapes="_x0000_s1126 _x0000_s1127">

Информация должна возобновится.

<img width=«614» height=«425» src=«ref-1_422893446-2939.coolpic» v:shapes="_x0000_s1125">
 

Режимы работы ЗУ.

1)     хранение

2)     чтение

3)     запись

4)     регенерация (для динамической памяти)

5)     чтение – модификация – запись (считываемые данные изменяются, и записываются по этому же адресу).

Преимущества п/п ЗУ.

1)     большая емкость при малых размерах

2)     высокое быстродействие

3)     высокая технологичность

4)     низкая емкость.

Недостатки п/п ЗУ.

1)     потеря информации при отключении питания

2)     чувствительность к воздействию электромагнитных полей.

Мультиплексированные адреса.

<img width=«384» height=«156» src=«ref-1_422896385-927.coolpic» v:shapes="_x0000_s1124">



    продолжение
--PAGE_BREAK--Сначала записывается во входной регистр старший байт, затем он пересылается в регистр Y. Потом записывается во входной регистр младший байт. И он пересылается в регистр Х.
По полноте структурной схемы ЗУ делятся на:

-         схемы без дешифрации адреса и данных

-         без дешифрации данных

-         без дешифрации адреса

-         с полной дешифрацией информации.

По способу подачи данных — однонаправленные и двунаправленные.

По числу каналов – одноканальные и многоканальные.

В микросхемах ЗУ могут быть следующие выходы:

1)     логический выход (0 и 1), объединение через дизъюнкцию

2)     <img width=«24» height=«13» src=«ref-1_422897312-316.coolpic» v:shapes="_x0000_s1101 _x0000_s1102 _x0000_s1103">выход с открытым коллектором

3)     <img width=«23» height=«13» src=«ref-1_422897628-327.coolpic» v:shapes="_x0000_s1104 _x0000_s1105 _x0000_s1106">выход с открытым эмиттером

4)     <img width=«17» height=«23» src=«ref-1_422897955-510.coolpic» v:shapes="_x0000_s1107"> с трех стабильным выходом

5)     с объединением входа и выхода.


<img width=«499» height=«183» src=«ref-1_422898465-1838.coolpic» v:shapes="_x0000_s1123">
Графическое обозначение микросхемы памяти.

Управляющие сигналы могут быть следующими.

1)     Выбор кристалла (микросхемы) CS (разрешение работы).

2)     Чтение/Запись W/R(0 — запись, 1 — чтение).

3)     Сигнал разрешения обращения к микросхеме ОЕ (при полном (не мультиплексном) адресе).

Если адрес мультиплексный, то управляющих сигналов больше:

1)     CS

2)     OE

3)     W/R

4)     RAS – сигнал выбора строба адреса строки

CAS – сигнал выбора строба адреса столбца.

Эти стробы управляют и процессом выбора кристалла. Если хотя бы одного из этих сигналов нет, то выбора не происходит.

Параметры запоминающих микросхем.

1)     быстродействие (10 ¸200нс)

2)     потребляемая мощность

3)     стоимость

4)     емкость и др.

Емкости некоторых микросхем

64к*1б – 4164 (41-разрядность,64-объем)

128к*1б – 41128

64к*4б – 41000

4М*1 или 1М*4 – 44000.

<img width=«253» height=«164» src=«ref-1_422900303-738.coolpic» v:shapes="_x0000_s1122">
Микросхема К565РУ1. Строка включает 64 запоминающих элемента. Всего 64 строки (РУ – память).
Вход – одноразрядный. Адрес – двенадцатиразрядный.

Схема матрицы элементов (для одной строки):

<img width=«653» height=«317» src=«ref-1_422901041-2363.coolpic» v:shapes="_x0000_s1121">
Сигнал с мультиплексора MS формируется специальной схемой.

Режим работы микросхемы.


CE

CS

RD

Режим

Создание Д0



<img width=«13» height=«24» src=«ref-1_422903404-295.coolpic» v:shapes="_x0000_s1108">

x

x

Хранение

Высокоомный выход



1





Запись, регенерация

(закрытый выход) Д



1



1

чтение, регенерация



`Д



1

1

x

Регенерация

Д



<img width=«530» height=«154» src=«ref-1_422903699-1096.coolpic» v:shapes="_x0000_s1120">
Способы увеличения разрядности емкости блоков памяти на динамической памяти.

<img width=«651» height=«495» src=«ref-1_422904795-3070.coolpic» v:shapes="_x0000_s1119">
Увеличение емкости памяти.

Строчная организация:
<img width=«532» height=«336» src=«ref-1_422907865-3046.coolpic» v:shapes="_x0000_s1118">
Полупроводниковые ЗУ с интерфейсом Mulypas.

Регенерация.

Способы регенерации:

1.     Программный.

2.     Аппаратный.

3.     Аппаратно – программный (IBM PC).

4.     Автогенерация.

При программном способе есть программа. которая управляет регенерацией. Специальный таймер каждые 2мс выдает сигнал прерывания и обращение к микропрограмме регенерации, которая выдает специальный сигнал регенерации, поступающий во всю схему управления всех схем ЗУ. По этому сигналу ДС выбора банка осуществляется включение всех банков памяти ЭВМ. После выбора этих банков осуществляется последовательное обращение к ячейкам памяти внутри банка. Регенерация информации происходит для выборной ячейке во всех банках. Время действие программы 150мкс.

Достоинства – простота, Недостатки – большие затраты времени до 10%.

Аппаратный способ. В устройстве управления каждого блока памяти имеет специальный генератор регенерации, с выхода которого каждые 27мкс вырабатывается импульс, по которому блокируется обращение к ЗУ со стороны ЭВМ и организует внутренний неполный цикл считывания из некоторых ячеек памяти. Есть счетчик адреса строк, разрядность которого зависит от разрядности запоминающих микросхем. Через 27мкс происходит новое обращение к ЗУ но уже с другим адресом.

Достоинства – быстрота.

Недостатки – необходимость синхронизации регенерации между различными банками памяти, усложнение аппаратной части.

Аппаратно – программный способ. Строится на микросхемах контроллерах регенерации динамической памяти (КДП или КПДП).

Контроллеры различаются:

1)     разрядностью слов

2)     разрядностью шины адреса

Контроллер формирует сигнал RAS и CAS. При поступлении сигнала регенерации с таймера КПД осуществляет неполную регенерацию памяти по содержимому регистра адреса, которое изменяется внутри контроллера.

Авторегенерация. Может применятся, когда видеопамять является частью ОЗУ и =1/2 ОЗУ.

Цикл обработки информации тогда состоит из двух равных частей: обработки и отображения. Одновременно с обращением к видеопамяти происходит обращение к аналогичной ячейке памяти ОЗУ и происходит регенерация.

Особенности организации памяти на ЗУ статического типа.

(+) 1. Простота, т.к. нет необходимости регенерации.

(-) 2. Сравнительно небольшая емкость, т.к. больше габариты, чем у DIM; высокая потребляемая мощность и большая цена.

(+) 3. Высокое быстродействие.
КЭШ – память в настоящее время делится на 2 уровня.

1)     Расположена в самом процессоре 256кБ. Длительность доступа tдост.= 5 – 10нс. Разрядность – 32 разряда.

2)     КЭШ – память 2-ого уровня. Внешняя, устанавливается на плате. Объем от 256кБ до 1МБ, tдост.=15нс.Разрядность 64 бита. Скорость 528МБ/с.

Необходимость КЭШ – памяти – согласование скоростей работы процессора и ЗУ. Микросхемы памяти: К1802РП6 (32*9), КМ1804ИР3 (8*4), К1802ИР1 (16*4).

<img width=«506» height=«233» src=«ref-1_422910911-1993.coolpic» v:shapes="_x0000_s1117">


Режимы работы:

1.     Одиночный.

-         чтение только А

-         чтение только В

-         запись только по адресу А

-         запись только по адресу В

2.     Парный.

-         чтение по адресу А и В

-         запись по адресу А и В

3.Перекрестный.

-         чтение по А, запись по В

-         чтение по В, запись по А

WR – запись, CE – разрешение обращения к каналу, RD – чтение.

Разрешение осуществляет по низкому уровню (лог. 0).

Адреса по каналам А и В не должен совпадать.

Безадресные ЗУ.

1.     Стек.

2.     Магазин.

3.     Ассоциативное ЗУ.

4.     Динамическое (цепочечное) ЗУ

Стек – FILO. LIFO. т.е. first in last out или наоборот (1-ым пришел последним ушел).

С помощью стека осуществляется передача информации в процедуре. Стек используется при прерываниях. Используется в циклах.

В стеке есть вершина, накопитель, указатель в стеке. Есть команды записи (PUSH) и извлечения (POP).

<img width=«509» height=«121» src=«ref-1_422912904-967.coolpic» v:shapes="_x0000_s1116">


Глубина стека: количество слов которое может вместить стек.

Существует 2 способа организации стека:

-         программный  — в ОЗУ

-         аппаратный в процессоре – в процессоре

Указатель стека – это регистр указывающий сколько регистров стека занято.

Способы изменения содержимого стека:

-         декрементивный –1

-         инкрементный +1

Если стек переполнен, то могут быть потеряны либо 1-й элемент, либо все элементы.

  Магазин (очередь) – FIFO, т.е. first in first out.

К1002ИР2 (32*8) – микросхема, реализующая магазин (32-слова на 8 разрядов).

RAWR – готовность к записи, т.е. можно еще записать или нет.

RARR – готовность к чтению, т.е. регистр не пуст.

<img width=«22» height=«30» src=«ref-1_422913871-530.coolpic» v:shapes="_x0000_s1110">E       — разрешение считывания с 32-го регистра.

<img width=«243» height=«170» src=«ref-1_422914401-966.coolpic» v:shapes="_x0000_s1109">
ER – служит для стирания информации в 1-ом регистре.

<img width=«467» height=«99» src=«ref-1_422915367-609.coolpic» v:shapes="_x0000_s1111">
Запись производится в 1-й регистр.

Ассоциативные ЗУ(АЗУ). Это безадресные ЗУ обращение к которым ведется по содержимому памяти.

Достоинства – сразу выбираются все элементы, удовлетворяющие данному кода признака, т.е. адрес не нужен. Выигрыш при считывании многих ячеек памяти.

Структурная схема.

БМУ – блок местного управления.

<img width=«605» height=«262» src=«ref-1_422915976-2631.coolpic» v:shapes="_x0000_s1112">



<img width=«497» height=«270» src=«ref-1_422918607-1263.coolpic» v:shapes="_x0000_s1113">
Структурная схема матрицы АЗУ.

ЗЭ – запоминающий элемент, ЧШ1 – числовая шина 1, ШИС – шина индикации совпадений. n – количество элементов в строке (столбце), N – количество строк. РШ1-1 – разрядная шина 1-1.
На разрядную шину подаются коды входного числа. Для проведения сравнения каждый ЗЭ сопровождается логикой совпадения. Эта логика осуществляет сравнение кода признака с кодом хранящемся в ЗЭ.

Каждый ЗЭ обеспечивается схемой равнозначности. А затем на шину реализации совпадения реализуется конъюнкция.

Количество шагов опроса будет определяться разрядности: lопр.=N*n.

Опрос может быть:

1.     Последовательно по строкам и по столбцам.

2.     Параллельно по столбцам и последовательно по строкам.

3.      Параллельно по строкам и последовательно по столбцам.

4.     Параллельно по строкам и по столбцам.

<img width=«470» height=«89» src=«ref-1_422919870-683.coolpic» v:shapes="_x0000_s1114">
Цепочечные ЗУ. Образуется цепочка регистров и информация с некоторой частотой передается постоянно, замыкаясь по концам.

Или

<img width=«676» height=«71» src=«ref-1_422920553-860.coolpic» v:shapes="_x0000_s1115">

                                                                Процессоры

          Основные характеристики и параметры процессоров.

I.                   Архитектура

-         структура команд (длина, разделение по полям)

-         система команд (количество групп)

Виды архитектуры процессоров:

1. Процессоры с традиционной архитектурой

CISC – комплексная система команд (множество самих команд и различных структур)

Пример: Intel.

Команда выполняет достаточно большую функцию.

2. RISC – сокращенная система команд.

Меньше команд. Сами команды короче и имеют одинаковый размер. Функции, которые выполняет одна команда, меньше, чем в CISC.

Достоинства: 1 легче обеспечивать распаковку команды

                      2 лучше аппаратная реализация RISC – процессора

Недостаток: 1 требуется больше команд для реализации программы, чем в CISC – процессоре

2 RISC не позволяет обеспечить эффективную конвейерную обработку с большим числом ступеней конвейера

Пример: Apple, Alpha.

3. VLIW – очень длинное слово команды.

Прямо противоположное RISC.

Команд не много, но они очень объемные.
II.                Технология: 0.8, 0.5, 0.3, 0.25, 0.18, и 0.15 мк. Это размеры п/п.

1)     Площадь кристалла процессора 50÷300 см2.

2)     Кол-во транзисторов в процессоре: 1÷15 млн. шт.

3)     Тактовая частота 100…450 МГц. В перспективе до 1 ГГц.

4)     Разрядность

-         внутренняя 32-64 бит (до 128 бит)

-         шина данных и адреса (внешняя) 16-64 бит

5)     Кэш-память 1-го уровня

-         общая

-         КЭШ-комманд и КЭШ-данных 8x8-32x32 кБ

6)     Кол-во конвейеров. 2…10 сейчас. В плане 32 конвейера.

7)     Набор устройств для обработки информации.

Чаще всего могут быть:

-         целочисленные устройства IU есть всегда.

-         устройство для обработки чисел с плавающей точкой FPU

-         устройство обработки команд переходов BPU

-         устройство управления памятью MMU

-         поддержка DMA – прямого доступа к памяти

8)     Мощность потребления – 2.5…10 Вт

9)     Напряжение питания — 2.5…5 Вт
Классификация процессоров

1.     По архитектуре

2.     По назначению

     2.1 для персональных компьютеров

2.1.1      ПК профессионального уровня (Pentium)

2.1.2      ПК бытового уровня (Celeron)

2.2для портативных компьютеров

2.3для серверов

2.4для мультимедиа компьютеров (MMX)

2.5для многопроцессорных систем

2.6специализированные процессоры

2.6.1      для обработки цифровых сигналов

2.6.2      для обработки аналоговых сигналов

2.6.3      математические сопроцессоры

2.6.4      графические сопроцессоры

2.6.5      процессоры ввода-вывода

2.6.6      сервисные процессоры

2.6.7      транспьютерные процессоры, – имеющие специальную конфигурацию для решения спец. задач

3 По поколениям

Основные производители: Intel, AMD, Cyrix.

Процессор – это любое устройство, выполняющее некоторые действия.

В ВТ под процессором понимают устройство, выполняющее в автоматическом режиме некоторую последовательность операций:

-         арифметические

-         логические

-         операции управления

-         операции перехода

Команда состоит из микрокоманд и означает какую-то операцию, которая состоит из микроопераций.

Микрооперация – это функциональная элементарная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводимая в действие одним управляющим сигналом.

Микрокоманда – это совокупность микроопераций, выполняемых параллельно во времени под действием нескольких управляющих сигналов, поступающих в одном такте.

Микропрограмма – это набор микрокоманд, обеспечивающий выполнение заданной операции или команды.
Принцип академика Глушкова (Джона Вилкса) для построения устройств обработки цифровой информации.

<img width=«419» height=«135» src=«ref-1_422921413-1040.coolpic» v:shapes="_x0000_s1135">    продолжение
--PAGE_BREAK--