Arhitektury_VSx

1. Архитектуры ВС. Вычислительные и логические возможности.
В вычислительные и логические возможности входит: система команд, форматы
данных, алгоритмы выполнения операций.
Они обусловливаются системой команд (СК), характеризующей гибкость
программирования, форматами данных и скоростью выполнения операций,
определяющих класс задач, наиболее эффективно решаемых на ВС.
2. Архитектуры ВС. Аппаратные средства.
В аппаратные средства входит: базовая структура системы, организация памяти,
организация взаимодействия с внешними устройствами, принципы управления.
Простейшая ВС включает модули пяти типов: центральный процессор, основная
память, каналы, контроллеры и внешние устройства.
3. Архитектура ВС. Программное обеспечение.
В программное обеспечение входят: операционные системы, системы
программирования, прикладное программное обеспечение.
Оно является составной частью архитектуры компьютера и существенно влияет на
весь вычислительный процесс, в частности позволяет эффективно эксплуатировать
аппаратные средства системы.
4. Классификация системы команд по назначению.
5. Многоуровневая организация архитектуры ВС.
6. Этапы разработки типовых проектов. Раскрыть работы поэтапно.
•
•
•
•
•
•
•
анализ требований, предъявляемых к системе;
составление спецификаций;
изучение известных решений;
разработка функциональной схемы;
разработка структурной схемы;
отладка проекта;
оценка проекта.
7. Объяснить семантический разрыв. Привести пример конструкций языков,
вызывающих семантический разрыв.
• Массивы (реализация принципа организации данных в виде массива возлагается на
компилятор )
• Структуры (это тип организации данных в виде наборов разнородных элементов
данных, что как правило не поддерживается ПЭВМ).
• Строки (допустимые операции: слияние, выделение заданной части строки, поиск
строки по заданной подстроке, определение длины текущей строки, проверка
присутствия одной строки в другой строке.Подобные возможности в системе
команд многих процессоров)
• Процедуры (При вызове процедуры требуется сохранить состояние текущей
процедуры, динамически назначить память для локальных переменных вызванной
процедуры, передать параметры и инициализировать выполнение вызванной
процедуры.Как правило, эти действия возлагаются на компилятор)
8. Основные характеристики архитектуры фон Нейманского типа. Привести
пример не соответствия современных архитектур ВС данному типу.
• последовательно адресуемая единственная память линейного типа для хранения
программ и данных;
• команды и данные различаются через идентификатор неявным способом лишь при
выполнении операций. Принимаемые по умолчанию соглашения типа: операнды
операции умножения – это данные, а объект, на который указывает команда
перехода – это команда, позволяют обращаться с командой как с данными,
например, для ее модификации;
• назначение данных определяется лишь логикой программы, так как в памяти
машины набор бит может представлять собой как десятичное число с
фиксированной точкой, так и строку символов.
Пример: Тут память линейного типа, а сейчас память состоит из набора дискретных
именуемых переменных.
9. Соотношение программ на ЯВУ и машинном языке.
Одна команда на ЯВУ составляет множество команд на машинном языке.
1
2
К
Промежуточный
машинный язык
Программа
на ЯВУ
И
3
4
Машинный язык
низкого уровня
К
Машинный
А
язык
"Один к
одному" с
ЯВУ
И
И
И
ЭВМ
10.Способы совершенствования архитектур ВС. Хранение информации в виде
самоопределяемых данных. Теги. Дескрипторы. Преимущества.
11.Способы совершенствования архитектур ВС. Области санкционированного
доступа. Одноуровневая память. Достоинства одноуровневой памяти.
Одноуровневая память
Достоинства:
• сравнительно низкая стоимость программного обеспечения;
• независимость адресации от принципа организации памяти.
Трудности реализации:
• создание встроенного в архитектуру ЭВМ механизма иерархии ЗУ;
• восстановление памяти;
• переносимость объектов на другие системы с традиционной орга-низацией
архитектуры.
12.Достоинства виртуальной памяти. Станичная и сегментная организации
памяти.
Достоинства виртуальной памяти
• Однородность области адресов
каждый процесс может выполняться в памяти начиная с фиксированной (обычно
нулевой) ячейки, имеющей необходимые размеры области ЗУ. Каждое обращение к
виртуальной памяти во время выполнения посредством АПА преобразуется в реальное
обращение.
• Защита памяти
при каждой ссылке процессом на память проверяется, принадлежит ли она к
области виртуальных адресов, отведенных для данного процесса.
• Изменение структуры памяти
Применение виртуальной адресации позволяет преобразовать память на разных
ступенях иерархии в "одноуровневую память" с одинаковым доступом ко всем
элементам.
Виртуальную память пользователя можно разделить на три типа:
• "активные" блоки, которые содержат программу и данные, используемые в
текущий момент;
• "пассивные" блоки, содержащие программу и данные, которые будут
использоваться при выполнении программы;
• "мнимые" блоки, к которым не обращаются на протяжении выполнения
программы.
13.Основные принципы RISC-архитектур.
• каждая команда независимо от ее типа выполняется за один машинный цикл,
длительность которого должна быть максимально короткой;
• все команды должны иметь одинаковую длину и использовать минимум адресных
форматов, что резко упрощает логику центрального управления процессором;
• обращение к памяти происходит только при выполнении операций записи и чтения,
вся обработка данных осуществляется исключительно в регистровой структуре
процессора;
• система команд должна обеспечивать поддержку языка высокого уровня. (Имеется в
виду подбор системы команд, наиболее эффективной для различных языков
программирования.)
14.Отличительные черты RISC- и CISC- архитектур. Достоинства и
недостатки RISC-архитектур.
CISC-архитектура
Многобайтовые команды
Малое количество регистров
Сложные команды
Одна или менее команд за один
цикл процессора
Традиционно одно исполнительное
устройство
RISC-архитектура
Однобайтовые команды
Большое количество регистров
Простые команды
Несколько команд за один
процессора
Несколько исполнительных
устройств
цикл
ДостоинстваRISC-архитектуры:
1. Компактность процессора, как следствие отсутствие проблем с охлаждением;
2. Высокая скорость арифметических вычислений;
3. Наличие механизма динамического прогнозирования ветвлений;
4. Большое количество оперативных регистров;
5. Многоуровневая встроенная кэш-память;
Недостаток – проблема в обновлении регистров процессора, что привело к
появлению двух методов обновления: аппаратный и программный.
15.Поколения ЭВМ. Отличительные особенности, элементная база.
16.Пример реализации регистровых архитектур. Регистровые окна. VLIWархитектуры
Перекрывающиеся блоки регистров
Накладные расходы на выполнение команд
сохранения/восстановления данных при вызове и возврате из
процедур на стандартных процессорах доходит до 50 % всех
обращений к памяти.
Для уменьшения время передачи данных между процедурамиродителями и процедурами-дочерьми (в случае, когда глубина
вложенности больше единицы), можно создать блок регистров,
предоставив и родителям, и дочерям доступ к некоторым из
них.
VLIW-архитектура
Эта гипотетическая инструкция имеет восемь операционных полей, каждое из
их
которых выполняет традиционную трехоперандную RISC-подобную инструкцию типа
<регистр приемника> = <регистр источника 1> - <операция> - <регистр источника 2>
(типа классической команды MOV AX BX) и может непосредственно управлять
специфическим функциональным блоком при минимальном декодировании.
Процессор VLIW, имеющий схему, представленную выше, может выполнять в
предельном случае восемь операций за один такт и работать при меньшей тактовой
частоте намного более эффективнее существующих суперскалярных чипов.
Добавочные функциональные блоки могут повысить производительность (за счет
уменьшения конфликтов при распределении ресурсов), не слишком усложняя чип.
Однако такое расширение ограничивается физическими возможностями: количеством
портов чтения/записи, необходимых для обеспечения одновременного доступа
функциональных блоков к файлу регистров, и взаимосвязей, число которых
геометрически растет при увеличении количества функциональных блоков. К тому же
компилятор должен распараллелить программу до необходимого уровня, чтобы
обеспечить загрузку каждому блоку — это самый главный момент, ограничивающий
применимость данной архитектуры.
17.Пример реализации регистровых архитектур. Компьютеры со стековой
архитектурой.
18.Методы адресации команд (к ответу не менее 5-ти)
19.Основные типы команд.
20.Оптимизация системы команд.
1. Выявление частоты повторений сочетаний двух или более команд, следующих
друг за другом в некоторых типовых задачах для данного компьютера, с
последующей заменой их одной командой, выполняющей те же функции.
2. Исследование часто генерируемых компилятором последовательностей команд с
последующим редактированием и ликвидацией из них избыточных кодов.
3. Оптимизацию можно проводить и в пределах отдельной команды, исследуя ее
информационную емкость. Для этого можно применить аппарат теории
информации, в частности для оценки количества переданной информации –
энтропию источника.
21.История развития системы команд современных микропроцессорных
структур. MMX/SSE/SSE2/SSE3-расширения. Отличительные особенности.
MMX
57 новых команд, предназначенных для обработки звуковых и видеосигналов
MMX-расширение микропроцессора Pentium предназначено для поддержки
приложений, ориентированных на работу с большими массивами данных целого типа,
над которыми выполняются одинаковые операции
Основа аппаратной компоненты – 8 MMX регистров, каждый размером в 64 бит = 8
байт. MMX работает только с целыми числами; поддерживаются данные размером в 1,
2, 4 или 8 байт.
SSE
70 новых команд
SSE оперирует с данными вещественного типа, которые используются в
геометрических расчётах, то есть, приложениях трёхмерной графики, компьютерных
играх, редакторах типа 3DStudioMax, и многих других..
При внедрении SSE процессор получил в дополнение к стандартным регистрам
архитектуры x87 (математический сопроцессор) 8 новых больших регистров размером
по 128 бит, в каждом из которых может содержаться 4 32-битных вещественных
числа.
SSE2
144 команды, ориентированные на работу с потоковыми данными
Команды SSE2 оперирует со 128-битными регистрами, но уже не только с четверками
чисел одинарной точности, но и с любыми другими типами данных, которые
умещаются в 128 бит.
В SSE2 регистры по сравнению с MMX удвоились, то есть, там стало помещаться не,
например, 8 чисел, а 16. Поскольку скорость выполнения инструкций не изменилась,
при оптимизации под SSE2 программа запросто получала двукратный прирост
производительности.
SSE3
Появилась возможность горизонтального выполнения операций
В SSE3 появились удобные команды горизонтального последовательного сложения и
вычитания операндов, а также другие разнообразные вспомогательные команды,
облегчающие работу с данными.
22.Основные усовершенствования INTEL, использованные в компьютерах
Core.
•
•
•
•
•
Intel Wide Dynamic Execution
IntelAdvancedDigitalMediaBoost
IntelAdvancedSmartCache
IntelSmartMemoryAccess
IntelIntelligentPowerCapability
23.Процессоры с микропрограммным управлением. Горизонтальное,
вертикальное и смешанное микропрограммирвоание.
Архитектуры ВС. Вычислительные и логические возможности.
Архитектуры ВС. Аппаратные средства.
Архитектуры ВС. Программное обеспечение.
Классификация системы команд по назначению.
Многоуровневая организация архитектуры ВС.
Этапы разработки типовых проектов. Раскрыть работы поэтапно.
Объяснить семантический разрыв. Привести пример конструкций
языков, вызывающих семантический разрыв.
8. Основные характеристики архитектуры фон Нейманского типа.
Привести пример не соответствия современных архитектур ВС
данному типу.
9. Соотношение программ на ЯВУ и машинном языке.
10.
Способы совершенствования архитектур ВС. Хранение
информации в виде самоопределяемых данных. Теги. Дескрипторы.
Приимущества.
11.
Способы совершенствования архитектур ВС. Области
санкционированного доступа. Одноуровневая память. Достоинства
одноуровневой памяти.
12.
Достоинства виртуальной памяти. Станичная и сегментная
организации памяти.
13.
Основные принципы RISC-архитектур.
14.
Отличительные черты RISC- и CISC- архитектур. Достоинства и
недостатки RISC-архитектур.
15.
Поколения ЭВМ. Отличительные особенности, элементная база.
16.
Пример реализации регистровых архитектур. Регистровые окна.
VLIW-архитектуры.
17.
Пример реализации регистровых архитектур. Компьютеры со
стековой архитектурой.
18.
Методы адресации команд (к ответу не менее 5-ти)
19.
Основные типы команд.
20.
Оптимизация системы команд.
21.
История развития системы команд современных
микропроцессорных структур. MMX/SSE/SSE2/SSE3-расширения.
Отличительные особенности.
22.
Основные усовершенствования INTEL, использованные в
компьютерах Core.
23.
Процессоры с микропрограммным управлением. Горизонтальное,
вертикальное и смешанное микропрограммирвоание.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.