МГД (машина с гибкой динамической архитектурой)

Шина

Пример: 572ПВ1А

разрядность -12 (4096)

dU= +- 2 МЗР

dU_Д =+- 2 МЗР

t_ПРЕОБР =100 мкс

Uвх макс =2В

Iо = 5 мА

Uоп = +-15в

выход: ТТЛ

Есть процессор, в котором выполняются арифметические и логические операции, есть память, в которой хранятся программы и обрабатываемые данные, есть устройства, позволяющие, налицо обмениваться программами и данными с внешним миром, есть шина, обеспечивающая быструю передачу информации между всеми устройствами внутри ЭВМ.

В реальности все гораздо сложнее.

Начнём с самых азов. Единица в ЭВМ представляется импульсом вида

а нуль –

Если посмотреть на эти импульсы через хороший осциллограф, то мы увидим

Основу ЭВМ составляет стабильный генератор синхронной серии, выдающий последовательность сигналов, к фронтам которых привязываются все остальные устройства. Один элемент синхронизации называется тактом (по-английски clock), соответственно, исполнение любой машинной команды разделяется на такты. Например, по переднему фронту такта начинают работать несколько комбинационных схем, подающих на входы процессора операнды, по заднему фронту эти операнды “защёлкиваются” в процессоре, т.е. отсекаются от выходов комбинационных схем, вторая половина такта тратится на вычисления внутри процессора. Чтобы защёлкивание было корректным, нужно, чтобы операнды пришли в стабильное состояние за некоторое время до защёлкивания, поэтому длину такта (а с ней и скорость ЭВМ) подбирают таким образом, чтобы самая длинная цепочка комбинационных схем успела в положенное время завершить все переходные процессы.

Реально тактирование выглядит чуть иначе, у него различают непосредственно тактируемый сигнал а также его фронтальную и заднюю часть. Длительность каждого такта – около 30нс, фронтальной части – около 5нс.

Писать на шину за такт может только одно устройство.

Микрокоманды:

• Выборка команды
• Декодирование
• Выборка операндов
• Выполнение команды
• Возврат результата

Внешняя / внутр. архитектура – видит человек/ комп

Бебидш 1832 г. Аналитич. Машина. Ада (дочь Байрона) – первая программист

1. Микропрограммирование

Микрокоманды:

• Выборка команды
• Декодирование
• Выборка операндов
• Выполнение команды
• Возврат р-та

Микрокоманда:

Поле соответствует устройству.

Длина микрокоманды – 60-100 бит.

Для извлечения микрокоманд из шины служит водопровод - блок выборки микрокоманд (тоже подключен к шине). Он также дешифрует микрокоманду и получает ее адрес в микропамяти, а соответственно и указатель на соответствующую микропрограмму. Микропамять – 100(ш)х4096(в) бит. Затем микропрограмма исполняется.

Передний и задний фронты. После задн.фронта результат устаканивается.

1-й полутак – операнды, 2-й полутакт - операции

Микропрограммирование применяется в САМСОНе.

Микрокоманда позволяет сделать много действий за один такт.

Введение нужных микрокоманд позволяет увеличить производительность, решает качественную задачу настройки машины на предметную область.

40 % - чтение, 20% - вызовы 3%-сложн. Арифметика

ВД1 => A(D+L/G) => БА, КМП - 4 такта

М:

БД => Ц(), ПХ(-Г,М) КМП

Модификация:

БД => A(D+L/G) => БА, КМП

БД => Ц(), КМПУ(Г); // конец микрокомандн. условия

БД => Ц(), КМПУ(Г);

БД => Ц(), КМПУ(Г);

(БД => Ц(), КМПУ(Г); - на всяк. случай)

1. Способы ускорения традиционных ЭВМ

1. Как можно интенсивнее использовать регистры. Доступ к регистрам происходит на частоте процессора, а к памяти – только на её четверти.

2. Читать команды вперёд (водопровод – "pipeline"). Поскольку по статистике команда перехода примерно каждая восьмая, то имеет смысл сделать водопровод на восемь команд.

3. Банки памяти (разные физические адреса находятся в одном месте, а соседние логические - соответственно физически в разных местах, в каждую банку читать и писать можно параллельно).

4. Cache – быстрая память для часто используемых операндов. Статистика: в 95% случаев используется одни и те же 5% данных (Copyright Терехов 2004).

5. Ассоциативный регистр. Некоторые данные используются очень часто. Аналог кеша, только меньший по объёму и более быстрый.

1. Нетрадиционные архитектуры ЭВМ

Есть вычислители («молотилки»).

Если очередь команд текущей задачи превышает некоторый порог, то выделяем дополнительные молотилки, если очередь команд содержит мало команд, то молотилки забираем.

//Архитектура бесперспективна, ибо запрограммировать задачу для такой машины по-видимому невозможно.