Многоуровневая организация памяти в вычислительной системе.   ПДП- прямой доступ памяти | | блок формирования адреса команды | | блок формирования адреса операнда | | Блок преобразования логического адреса в реальный | |  КЛАССИФИКАЦИЯ ПАМЯТИ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ЛЕКЦИЯ 3 Блок –схема памяти 2D  Запись Чтение В режиме записи и считывания в координатную обмотку подаются токи разного направления, причем ток осуществляющий считывание по величине в два раза больше и должен осуществлять перемагничивание сердечника (перевод его в нулевое состояние) В случае единичного состояния сердечника при считывании в обмотке считывания наводится ЭДС величина тока которой определяет считывание единицы. Если сердечник находился в состоянии нуля, то ток в обмотке считывания отсуствует так как отсуствует изменение магнитного потока, а ток помехи, возникающий от перемагничивания по частичному циклу усилителем чтения не воспринимается БЛОК-СХЕМА 2DM  ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ПАМЯТИ DRAM   На данной схеме изображены два независимых этапа преобразования логического адреса в физический адрес: сегментация и страничное преобразование. Как видно из схемы механизм сегментации адресов в процессоре является самостоятельным и не связан с этапами преобразования логических адресов в физические и эта функция полностью возложена на этап страничного преобразования ,то есть механизм сегментации задействован всегда и в том случае, когда страничное преобразование не используется линейный адрес становится физическим автоматически. Следует отметить, что в некоторых архитектурах сегментация памяти используется как начальный или промежуточный этап преобразования логического адреса в физический. Примером тому архитектура процессоров фирмы IBM.    На выше приведенных рисунках приведены схемы распределения областей физической памяти по функциональному назначению( структура логической памяти) Дадим краткую характеристику некоторым областям . VGA и MDA области памяти (0A000-0BFFFF) Видео карты используют эти полученные в наследство области адресного пространства для маркировки своих буферов. По умолчанию доступ к этим областям передается на хаб- интерфейс, связывающий северный мост(MCH) c южным мостом (ICH), на котором расположены контроллеры всех интерфейсов ввода вывода. Однако ,если биты доступности к VGA установлены в конфигурационном регистре северного моста, то транзакции из этих областей пересылаются в графический адаптер AGP, подсоединенный к северному мосту то есть эти области передаются в распоряжение AGP. Но если в системе при конфигурации обнаружен монохромный адаптер, то область адресного пространства в памяти MDA передается безусловно этому адаптеру и все транзакции направленные в эту область переадресуютcя в MCH в южный мост. Область 0C000-FFFFF Эта область памяти разбивается на три части - расширенная область для ISAшины( 000C0000-000D0000) -расширенная область BIOS (000E 0000-000E FFFF) -область системного BIOS (000F0000-000FFFFF) по умолчанию после сброса эта область закрыта для чтения и записи и все обращения к ней транслируются на хаб – интерфейс к микросхеме BIOS. Однако MCH может копировать BIOS в свою память при установке соответствующего режима в контроллере памяти. Распределение областей памяти выше 1МГБ. ISA HOLE MEM. SPASE (окно в памяти для ISA) BIOS может открыть окно между 15мгб и 16мгб для переадресации транзакций на хаб- интерфейс, вместо того чтобы завершить на системной памяти. TSEGSMM (Сегмент области памяти для режима SMM) Эта область памяти находится под управлением программного обеспечения, осуществляющего режим SMM в системе ,этот регион памяти может быть размером от 128клб до1мгб. Доступ в эту область возможен, если она открыта или MCH получает специальный код транзакции на системной шине. В случае если область открыта, а агент на шине пытается обратится с несанкционированным для него обращением в эту область, транзакция аннулируется. Верхняя область памяти для режима SMM (FEDA0000-FEDBFFFF) Эта кэшируемая область адресного пространства дает возможность переадресации при обращении к ней в совместимую некэшируемую область между 000A 0000-000BFFFF. Область AGP/PCI Технология горячей замены выделяет дляAGP достаточное пространство для всех устройств , расположенных за мостом PCI-PCI,соединяющим AGP c системной шиной. Все обращения в эту область декодируются и передаются в AGP. Область памяти I/O APIC (FEC00000-FEC7FFFF) Эта область используется для связи контроллеров прерывания APIC , которые могут быть размещены на системной шине. Ввиду использования технологии горячей замены возникают трудности с идентификацией их на шине ,поэтому для них отводится область фиксированных адресов в памяти ,то есть используется технология адресации внешних устройств с отображением на адресное пространство памяти. Все обращения в область I/O APIC со стороны процессора пересылаются на хаб- интерфейс в южный мост. Область для фиксации прерываний на системной шине (FEE00000-FEEFFFF) Эта область используется для передачи прерываний на системную шину. Любое устройство на AGP или на хаб- интерфейсе может формировать цикл обращения по записи в память по адресу 0FEEх хххх. MCH принимает эту запись совместно с данными на шине согласно протокола шины PCI и продвигая дальше на шину как сообщение о прерывании, блокируя цикл записи в память.   Реализация конвейера при считывании данных из памяти иллюстрируется на вышеприведенной схеме и временной диаграмме.  ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ SDRAM  + - емкость субмодуля  t разрядов k p А[0÷k-1] e Старшие t разрядов : : : : e  Блок-схема регенерации памяти ЛЕКЦИЯ 4,5 БЛОК-СХЕМА АССОЦИАТИВНОЙ КЭШ   КЭШ ПАМЯТЬ ПРЯМОГО ОТОБРАЖЕНИЯ НАБОРНО-АССОЦИАТИВНАЯ КЭШ   Схема установки (сброса) , ,  CPBA CPBB  CPBC CPBD CPBA CPBB CPBC CPBD Обращение B0 обращение B1 обращение B2 не было к AvB 0 B 0 D 0 C AvB 0 B 0 C 1 D AVB 0 A 1 D 0 C AVB 0 A 1 C 1 D CVD 1 B 0 D 0 A CVD 1 B 0 C 1 A CVD 1 A 1 D 0 B CVD 1 A 1 C 1 B Результируящая таблица 1 1 х запись в B 1 0 x запись в A 0 x 0 запись в C 0 x 1 запись в D  ЛЕКЦИЯ 6 Блок-схема архитектуры Фон-Неймана.    БЛОК-СХЕМА ГАРВАДСКОЙ АРХИТЕКТУРЫ ЭВМ  БЛОК-СХЕМА СИГНАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА    СХЕМА АДРЕСАЦИИ ПРОЦЕССОРОВ INTEL    ЛЕКЦИЯ 9  БЛОКВЫБОРКИ КОМАНД( СХЕМА ПРОДВИЖЕНИЯ КОМАНД)    ЛЕКЦИЯ 10 1)Структуры с горизонтальным кодированием Где каждый разряд операционного поля указывает на наличие 1 или отсутствие 0 микрооперации. Достоинства: возможность одновременного выполнения микроопераций в одном такте. Недостаток: большая разрядность микрокоманд. 2)Вертикальное кодирование Операционное поле представляет двоичный код микрокоманды. При количестве m разрядов общее число микроопераций =2m. Недостаток- возможно выполнение только одной микрооперации в такте  Горизонтально-вертикальное кодирование(гибрид двух способов).  ВЕРТИКАЛЬНО-ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ  БЛОК-СХЕМА МИКРОПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ Блок управления с жесткой логикой. Формирователи управляющих сигналов | | | | | | | | Операционные блоки процессора | | | Формирователи управляющих сигналов | | | СХЕМА ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИЧЕСКОЙ МАТРИЦЫ  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛМ В БЛОКЕ УПРАВЛЕНИЯ С ЖЕСТКОЙ ЛОГИКОЙ  ЛЕКЦИЯ 11  Конвейерная обработка команд(блок предсказания перехода)  Двухбитная схема предсказания перехода  ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СХЕМА УПРАВЛННИЯ  Метод переименования регистров (пример) Предположим, что необходимо вычисление (x + y)c x = ix1 + jy2; x + y=i(x1+x2) + j(y1+y2) y=ix2 + jy2; c(x + y)=ic(x1+x2) + c(y1+y2)j Т.е. значение координаты нового вектора: c(x1+x2), c(y1+y2) которые будут помещены в регистровый файл. Данные вычисления будут производиться на суперскалярном процессоре имеющегот 2 конвейера: конвейер с фиксированной точкой (операции сложения) и конвейер умножения (множительное устройство) Программа для выполнения: ADD R5=R1+R2 MUL R6=R0*R5 ADD R5=R3+R4 MUL R7=R0*R5 Общая схема:  R7 R6 R5 R11 X1 R2 X2 R3 Y1 R4 Y2 R0 C  1.R5=R1+R2 ID EX W структурный конфликт: регистр. файл занят; 2.R6=R0*R5 ID EX W запись 2-ой команды 3.R5=R3+R4 регистр R5 ЗАНЯТ 2ой командой запись не возможна 4.R7=R0*R5 ID EX EX W RAW конфликт поR5 между 1и 2 командами  ID EX EX W RAW R5 занят 3ей командой  5.R5=R1+R2 6.R6=R0*R5 ID EX W как видно из примера переименование регистров 7.S1=R3+R4 ID EX W увеличивает производительность работы конвейера 8.R7=R0*S1 ID EX EX W ID EX EX W БЛОК-СХЕМА БЕЗУПОРЯДОЧНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ КОМАНД  Да нет ID1-выдача конфликтWAW да нет  Проверка Rчт=Rрез i-1,i-2,…,i-x | | ID2- чтен Да нет нет Разрешение выдачи ком в ФУ | | | | | | | Блокировка выдачи команды в ФУ | | | | | | EX-выполнение   Проверка Rрез=Rчт i-1,i-2,…,i-k | | Регистр состояния ФУ Свободно/занято | Поле операции | … | Поле операции | номер регистрарезультат | содержмрегистра операнд1 | содерж регистраоперанд2 | Поле поставки операнд1 | Поле поставки операнд2 | готовность операнд 1 | Готов. Операнд 2 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |  Для многофункциональных устройств Структурная схема без упорядоченного выполнения с блоком предсказывания переходов Станции резервирования  Входная очередь шина Строка станции резервирования Q | номер | номер | Vi | Vj | | | Код операции | Строки в буфере | Строки в буфере | | | занято | | | | | | | | СDВ Буфер переупор. Занято | Номер строки в буфере переупорядочивания откуда должен поступить результат |    Буфер переупорядочения Номер | Занят | Команда | Состояние | Место назначения | Значение | | | Код команды или микрооперации команды | Завершение/записать результат выполнения | Номер регистра результата регистровом файле | Значение опрерандов | | | |  
 Архитектура POWER 4.   
         |