Синхронизация с оперативной памятью

31. АЛУ ядра процессора (структурная схема-это уже сами, принцип работы).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ)- блок процессора, который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований (начиная от элементарных) над данными, называемыми в этом случае операндами. Разрядность операндов обычно называют размером машинного слова.

32. Система и формат команд ядра процессора. Систем команд: RISC и CISC. Группа команд: 1). Работа с памятью; 2). Обработка данных. Itanium и Alpha DEC- процессоры для малых ЭВМ. CISC- характеризуется многообразием форматов. Формат команды: Команды: 1). По функциональному назначению- передача данных- обработка данных- передача управления- дополнительные; 2). Количество адресов- Безадресный- 1 адресные- 2 адресные- 3 адресные.

33. Классификация команд ядра процессора. Команды: 1). По способу кодирования- 1 байтовые и 2 байтовые; 2). По длине команд- 1-2 байтовые и многобайтовые; 3).по способу адресации: регистр-решение, регистр-память, память-память. Также команды бывают общего назначения и взаимодействующие с памятью. Расширенная система команд: 1. NMX- обработка аудио и видео; 2. SSEx1- обработка вещественных чисел, SSEx2- обработка вещественных чисел с двойной точностью, SSEx3- команды для оптических работ с регистрами, SSEx4- работа с видеопотоками для обработки двухбайтных символов команды векторной обработки данных.

34. Память ЭВМ (назначение, логическая и физическая организация). Память ЭВМ-часть электронной вычислительной машины, предназначенная для приема, хранения и выдачи информации (данных), образуется из одного или нескольких запоминающих устройств (ЗУ). К основным способам логической организации памяти относятся адресная, ассоциативная и стековая организации. В случае адресной организации размещение и поиск информации в ЗМ основаны на использовании адреса хранения слова - номера ячейки ЗМ. Ассоциативная. Поиск производится не по адресу ячейки, а по ее содержимому (по ассоциативному признаку). Поиск при этом производится параллельно во всех ячейках ЗМ. Менее универсальная(гибкая) организация, но за счет совмещения операций выборки из памяти с логическими операциями можно ускорить обработку данных (например в базах данных). Стековая. Как и ассоциативная - безадресная стековая память - одномерный массив ячеек. Запись/выборка производится по дисциплине “последний пришел - первым обслужен” (LIFO). Основная оперативная память вычислительной машины обычно является адресной. Это значит, что каждой хранимой в памяти единице информации (слову, байту) ставится в соответствие специальное число - адрес, определяющий место ее хранения в памяти. Физическая организация памяти ЭВМ:

35. Статическая память ЭВМ (структурная схема и принцип работы). Статическая память - SRAM (Static Random Access Memory), как и следует из ее названия, способна хранить информацию в статическом режиме - то есть сколь угодно долго при отсутствии обращений (но при наличии питающего напряжения). Ячейки статической памяти реализуются на триггерах - элементах с двумя устойчивыми состояниями. По сравнению с динамической памятью эти ячейки более сложны и занимают больше места в кристалле, однако они проще в управлении и не требуют регенерации. Быстродействие и энергопотребление статической памяти определяется технологией изготовления и схемотехникой запоминающих ячеек.

Достоинства:

• высокая скорость работы;

• нет необходимости регенерации ячеек.

Недостатки:

• высокая цена;

• низкая плотность упаковки;

• небольшой объем;

• высокое энергопотребление.

В связи с перечисленными выше достоинствами и недостатками, область применения статической памяти ограничивается, в основном, использованием ее в качестве КЭШ-памяти, что позволяет при небольшом увеличении стоимости уменьшить влияние недостатков динамической памяти на производительность ЭВМ. Однако, это все лишь компромисс, позволяющий несколько сгладить разрыв в производительности процессора и памяти, и все вытекающие отсюда последствия.

Требуется кардинальное решение проблемы существующей с момента зарождения вычислительной техники. Существует множество экспериментальных разработок, позволяющих получить быструю и дешевую оперативную память, но многие из них пока существуют только в виде лабораторных образцов, многие имеют недостаточную надежность и так далее. Наиболее перспективный путь развития оперативной памяти – это использование магниторезистивной памяти, получающей все большее распространение.

36-37. Триггер И-НЕ и Триггер ИЛИ-НЕ.Триггер – это электронное устройство, которое предназначается для записи и хранения информации. Обычно он имеет два выхода: прямой и инверсный; и некоторое количество входов, в зависимости от выполняемой задачи. Под действием входных сигналов, изменяется состояние выходов. Напряжение на выходах изменяется резко – скачкообразно. Для изготовления триггеров обычно используются биполярные, униполярные транзисторы (полупроводниковые приборы). Триггер И-НЕ:

Триггер ИЛИ-НЕ

38. Динамическая память ЭВМ. Динамическая память - это оперативная память ЭВМ, предоставляемая Турбо-Паскалевой программе при её работе, за вычетом сегмента данных (64 К), стека (обычно 16 К) и собственно тела программы. По умолчанию размер динамической памяти определяется всей доступной памятью ЭВМ и, как правило, составляет не менее 200 - 300 Кбайт.

Динамическую память обычно используют при:
1. обработке больших массивов данных;
2. разработке САПР;
3. временном запоминании данных при работе с графическими и звуковыми средствами
ЭВМ. Типы динамической памяти: FTM (Fast Page Mode) – режим быстрого страничного обмена. Преимущество данного режима заключается в экономии времени за счет исключения фазы выдачи адреса строки из циклов, следующих за первым, что позволяет повысить производительность памяти. EDO (Extended Data Out) DRAM. Эта память содержит регистр-защелку выходных данных, что обеспечивает некоторую конвейеризацию работы для повышения производительности при чтении. Регистр прозрачен при низком уровне сигнала CAS#, а по его подъему фиксирует текущее значение выходных данных до следующего его спада. Отличие этого режима от стандартного заключается в подъеме импульса CAS# до появления действительных данных на выходе микросхемы. Считывание выходных данных может производится внешними схемами вплоть до спада следующего импульса CAS#, что позволяет экономит время за счет сокращения длительности импульса CAS#. BEDO (Burst EDO) DRAM. В микросхемах данного типа кроме регистра-защелки выходных данных, содержится еще и внутренний счетчик адреса колонок для пакетного цикла, а во 2-й, 3-й и 4-й передачах импульсы CAS# только запрашивают очередные данные. В результате удлинения конвейера выходные данные отстают на один такт CAS#, зато следующие данные появляются без тактов ожидания процессора. SDRAM (Synchronous DRAM) – быстродействующая синхронная динамическая память, работающая на частоте системной шины без тактов ожидания внутри пакетного цикла. От обычной динамической памяти, у которой все внутренние процессы инициируются только сигналами RAS#, CAS# и WE#, память SDRAM отличается использованием постоянного присутствующего сигнала тактовой частоты системной шины. Это позволяет создавать внутри микросхемы высокопроизводительный конвейер на основе ячеек динамической памяти с обычным временем доступа (50-70нс). Микросхемы SDRAM являются устройствами с программируемыми параметрами, со своим набором команд и внутренней организацией чередования банков.