Системное программирование. Микропроцессор. (Лекция 1)

Содержание

Слайд 2

Этапы развития 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Компьютерные


Этапы развития

1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010


Компьютерные системы
Программное обеспечение
Языки программирования

ENIAC (1943-1945)
EDSAC (1949)

машинный код

перфокарты
перфоленты

/40

Слайд 3

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Компьютерные системы Программное


1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010


Компьютерные системы
Программное обеспечение
Языки программирования

IBM 7030
(1955 - 1961)

прообраз

Фортран (1951-1952)
ассемблер(1954)

Перфокарты
APRANET (1969)

Этапы развития

/40

Слайд 4

Устройство компьютерных систем Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что

Устройство компьютерных систем

Отличительной особенностью архитектуры фон Неймана является то, что инструкции

и данные хранятся в одной и той же памяти.
Это позволяет производит загрузку и выгрузку управляющих программ в произвольное место памяти процессора, которая в этой структуре не разделяется на память программ и память данных. Любой участок памяти может служить как памятью программ, так и памятью данных. Причём в разные моменты времени одна и та же область памяти может использоваться и как память программ и как память данных.

Память

Устройство управления

Внешние устройства

Слайд 5

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Компьютерные системы Программное


1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010


Компьютерные системы
Программное обеспечение
Языки программирования

БЭСМ-6
(1955 – 1966)
IBM 4001

(1964)

Фортран (1954), ALGOL-58, LISP, COBOL, PL-1, BASIC (1963)

OS/360 (1965) , UNIX (1969)

Этапы развития

/40

Слайд 6

Микропроцессор – процессор, т.е. устройство, отвечающее за выполнение операций, записанных в

Микропроцессор – процессор, т.е. устройство, отвечающее за выполнение операций, записанных в

машинном коде, представляет из себя сверхбольшую интегральную схему, реализованную в едином полупроводниковом кристалле.
Микропроцессор способен выполнять функции центрального процессора.
CPU - Central Processing Unit
– выполняет математические действия над числами, находящимися в основной памяти компьютера или специальных внутренних ячейках – регистрах и дополнительные специальные действия.
Выполняемые микропроцессором команды предусматривают арифметические действия, логические операции, передачу управления (условную и безусловную) и перемещение данных (между регистрами, памятью, портами ввода-вывода).

Основные понятия (1)

/40

Слайд 7

Основные функции микропроцессора чтение и дешифрация команд из основной памяти; чтение

Основные функции микропроцессора

чтение и дешифрация команд из основной памяти;
чтение данных из

оперативной памяти (ОП) и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);
обработка данных и их запись в ОП и регистры адаптеров ВУ;
выработка управляющих сигналов для всех прочих узлов и блоков ПК.
прием и обработка запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
Слайд 8

Микропроцессор Intel 4040 1971 г. 15 ноября /40

Микропроцессор Intel 4040

1971 г. 15 ноября

/40

Слайд 9

Микропроцессоры характеризуются тактовой частотой, разрядностью или длиной слова (внутренней и внешней),

Микропроцессоры характеризуются тактовой частотой, разрядностью или длиной слова (внутренней и внешней),

архитектурой и набором команд.
Архитектура микропроцессора определяет необходимые регистры, стеки, систему адресации, а также типы обрабатываемых процессором данных.
Степень интеграции определяется размерами кристалла и количеством реализованных в нём транзисторов.

Основные понятия (2)

/40

Слайд 10

Тактовая частота – характеризует производительность подсистемы (процессора, памяти и пр.), то

Тактовая частота – характеризует производительность подсистемы (процессора, памяти и пр.), то

есть количество выполняемых операций в секунду.
Системы с одной и той же тактовой частотой могут иметь различную производительность, так как на выполнение одной операции разным системам может требоваться различное количество тактов (обычно от долей такта до десятков тактов), а кроме того, системы, использующие конвейерную и параллельную обработку, могут на одних и тех же тактах выполнять одновременно несколько операций.
Разрядность – (условно) количество разрядов (импульсов),которое может обработать процессор за один такт.
Разрядность процессора связана прежде всего с разрядностью регистров процессора, а также с разрядностью шины данных.

Основные понятия (3)

/40

Слайд 11

Внутренняя структура процессора Внутренняя магистраль ЦП Flags КЭШ память 1 уровня УУ IP Шина Предсказание переходов

Внутренняя структура процессора

Внутренняя магистраль ЦП

Flags

КЭШ память 1 уровня

УУ
IP

Шина

Предсказание переходов

Слайд 12

Процесс выполнения программы Этапы цикла выполнения: Процессор выставляет число, хранящееся в

Процесс выполнения программы

Этапы цикла выполнения:
Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика

команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения.
Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных и сообщает о готовности.
Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её.
Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд, в результате там образуется адрес следующей команды.
Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства).
Слайд 13

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Компьютерные системы Программное


1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010


Компьютерные системы
Программное обеспечение
Языки программирования

Apple II (1977)

PASCAL (1970)
C (1972)


WordStar, VisiCalc
MicroSoft (1975)
Internet (1974)

Этапы развития

/40

Слайд 14

1972 г. микропроцессор 8008 1974 г. микропроцессор 8080 История архитектуры х86 /40

1972 г. микропроцессор 8008
1974 г. микропроцессор 8080

История архитектуры х86

/40

Слайд 15

1978 г. микропроцессор 8086 Архитектура х86 /40

1978 г. микропроцессор 8086

Архитектура х86

/40

Слайд 16

Развитие архитектуры х86 1982 г. микропроцессор 80186 использовался как встроенный до

Развитие архитектуры х86

1982 г. микропроцессор 80186
использовался как встроенный до 2007 года

1982

г. микропроцессор 80286
поддержка многозадачного режима

/40

Слайд 17

Два режима работы – реальный и защищённый Реальный режим (за рядом

Два режима работы – реальный и защищённый
Реальный режим (за рядом исключений)

похож на обычный режим работы i8088/86.
Защищённый режим работы позволяет работать с оперативной памятью свыше 1 Мбайта.
Впервые на уровне микросхем были реализованы многозадачность и управление виртуальной памятью.
24 адресные линии нового микропроцессора позволяли в защищённом режиме обращаться к 16 Мбайтам памяти.

Микропроцессор 286

/40

Слайд 18

Микропроцессор 386 1985 г. первый 32-разрядным процессор для IBM PC-совместимых ПК /40

Микропроцессор 386

1985 г. первый 32-разрядным процессор для IBM PC-совместимых ПК

/40

Слайд 19

Развитие архитектуры х86 1989 г. микропроцессор Intel486 /40

Развитие архитектуры х86

1989 г. микропроцессор Intel486

/40

Слайд 20

Конвейер процессора Конвейер — это способ организации вычислений, используемый в современных

Конвейер процессора

Конвейер — это способ организации вычислений, используемый в современных процессорах

и контроллерах с целью ускорения выполнения инструкций (увеличения числа инструкций, выполняемых в единицу времени).

Получение – Fetch
Раскодирование – Decode
Выполнение – Execute
Запись результата – Write-back

Слайд 21

Микропроцессор 486 Множитель процессора – это число, (коэффициент умножения) на которое

Микропроцессор 486

Множитель процессора – это число, (коэффициент умножения) на которое умножается

частота шины, для получения реальной (внутренней) частоты процессора.
Математический сопроцессор — специальный блок расширяющий возможности центрального процессора компьютерной системы, для выполнения операций с плавающей точкой. Применяется для особо точных и сложных расчетов, а также для работы с рядом графических программ.
Кэш-память – Особая высокоскоростная память процессора. Кэш используется в качестве буфера для ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью, а также для хранения копий инструкций и данных, которые недавно использовались процессором.

Особенности:
конвейерный режим – 5 ступеней
встроенный кэш первого уровня 8 (16) Кб
встроенный сопроцессор

/40

Слайд 22

Классы архитектур микропроцессоров CISC архитектура (Complex Instruction Set Computer ) –

Классы архитектур микропроцессоров

CISC архитектура (Complex Instruction Set Computer ) – исходная

архитектуры, обладает полным набором инструкций.
RISC архитектура ( Reduced Instruction Set Computers ) –сравнительно небольшой (сокращённый ) набор наиболее используемых команд определённый в результате статистического анализа большого числа программ для основных областей применения.
Арифметику RISC процессоров отличает высокая степень дробления конвейера.
Этот прием позволяет увеличить тактовую частоту ( значит, и производительность ) компьютера; чем более элементарные действия выполняются в каждой фазе работы конвейера, тем выше частота его работы.
RISC - процессоры в 2 - 4 раза быстрее имеющих ту же тактовую частоту CISC - процессоров с обычной системой команд и высокой производительностью, несмотря на больший объем программ, на ( 30 % ).
Слайд 23

Компьютерные системы Программное обеспечение Языки программирования 1940 1950 1960 1970 1980

Компьютерные системы
Программное обеспечение
Языки программирования


1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010


IBM PC (1981)
IBM PC Convertible (1986)

ADA

(1983)
C++(1986)

MS-DOS (1981)
MAC OS (1984)
OS/2 (1987)

Этапы развития

/40

Слайд 24

Развитие архитектуры х86. Усиление конкуренции. /40

Развитие архитектуры х86. Усиление конкуренции.

/40

Слайд 25

Гонка за мегагерцами Совершенствование архитектуры привело к существенному сокращению количества тактов

Гонка за мегагерцами

Совершенствование архитектуры привело к существенному сокращению количества тактов на

одну команду
В тоже время частота тактирования процессоров росла существенно быстрее, чем скорость работы запоминающих устройств.
В результате интерфейсный блок процессора стал не поспевать за арифметико-логическим устройством.
Решение:
внутренние функциональные узлы микропроцессора используют умноженную тактовую частоту, в то время как остальные элементы системной платы работают с обычной скоростью.
позволяет увеличить производительность системы, как правило, за счёт хранения части данных и выполняемых кодов программ во внутренней кэш-памяти.
сопровождается существенным увеличением потребляемой мощности.

/40

Слайд 26

Микропроцессор Pentium 22 марта 1993 г. /40

Микропроцессор Pentium

22 марта 1993 г.

/40

Слайд 27

Микропроцессор Pentium Особенности: суперскалярная архитектура – 2 команды за 1 такт

Микропроцессор Pentium

Особенности:
суперскалярная архитектура – 2 команды за 1 такт
64-битная шина данных

– обмен вдвое большим объёмом данных с оперативной памятью за один такт
механизм предсказания адресов ветвления
раздельное кэширование программного кода и данных.

1997 г. Pentium MMX

Особенности:
Блок ММХ – конвейерная обработка команд (SIMD)
4,5 млн. транзисторов

/40

Слайд 28

Параллельная архитектура Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная.

Параллельная архитектура

Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой

бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию.
Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными.
Возможными вариантами параллельной архитектуры могут служить следующие способы обработки данных :
SISD — один поток команд, один поток данных;
SIMD — один поток команд, много потоков данных;
MISD — много потоков команд, один поток данных;
MIMD — много потоков команд, много потоков данных.
Слайд 29

Микропроцессор Pentium PRO 1995 г. Особенности: Встроенный кэш L2 RISC архитектура

Микропроцессор Pentium PRO

1995 г.

Особенности:
Встроенный кэш L2
RISC архитектура
Высокая себестоимость
Низкая производительность

в 16 битных приложениях (Windows 3.1 и MS-DOS)

/40

Слайд 30

Микропроцессор Pentium II 1997 г. Особенности: Кэш вынесен из корпуса Корпус

Микропроцессор Pentium II

1997 г.

Особенности:
Кэш вынесен из корпуса
Корпус – картридж с

щелевым разъемом

1998 г. микропроцессор Celeron

Особенности:
искусственное снижение частоты шины процессора и блокировка части кэш-памяти 2 уровня

/40

Слайд 31

1999г Микропроцессор Pentium III Особенности: набор инструкций SSE /40

1999г

Микропроцессор Pentium III

Особенности:
набор инструкций SSE

/40

- Предыдущая
Информационные процессы
Следующая -
Влажные муссонные леса

Похожие презентации

Microcontrollers misis 2017
Программирование на языке Java. Тема 11. Логический тип данных
SmartReport для сети ресторанов
Креативное программирование. Scratch 3
Мова HTML
Информационные системы
Юзабилити интернет-магазинов: Что не видят продавцы и покупатели Владимир Ямин Группа юзабилити-экспертов 1point (www.1point.ru)
Алгоритм и его формальное исполнение
ЭЦП
Многомерные массивы. Занятие 9
Модели и их типы
Объекты и их имена. 5-7 класс
Теория информации
Источники и приемники информации. (3 класс)
Организация, принципы построения и функционирования компьютерных сетей. 2-курс. Занятие 02, 03
Презентация "Аналогия и закономерность" - скачать презентации по Информатике
Проект Новый информационный канал
Множественные базы данных
Разработка приложения Квест с использованием веб-технологии
Задания по информатике. 4 класс
Язык программирования JAVA. Функции
Программы работы с текстом. Текстовые процессоры
Сортировка, удаление и добавление записей
Файлы. Файловая структура внешней памяти
Автоматизированные информационно-управляющие системы
Помощь к практическому заданию 12 по информатике. Фильтр
Шаблон презинтации
Создание формул Использование редактора формул Microsoft Equation
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть