Методические указания по микропроцессорным системам (стр. 9 из 14)
Устройство преобразования адресов выполняет функции управления при работе с реальной и виртуальной памятью, ведения учета астрономического времени, а также обнаружения и коррекции ошибок в системной памяти. Диапазон адресации виртуальной памяти составляет 4Гбайта. Устройство расширенной арифметики располагает полным набором арифметических операций ЭВМ класса IBM.
МПС ARM фирмы Accorn (Англия) предназначена для решения задач искусственного интеллекта и работы с языками высокого уровня и обладает наиболее характерными признаками компьютеров с сокращенным набором команд: небольшой аппаратно-реализованный набор команд; конвейеризация в архитектуре процессора; небольшие размеры СБИС; высокая пропускная способность памяти. МПС ARM (рис. 4.7) имеет 26-разрядную адресную шину и отдельную 32-разрядную шину данных с пропускной способностью памяти 18 Мбайт/c (при использовании пакетного режима скорость пересылки данных увеличивается на 30 %). Диапазон адресации составляет 64 Мбайт.
Рис. 4.7. Структура МПС ARM
Пересылками данных управляет ряд отдельных блоков, а не ПЗУ микропрограмм; дешифратор команд – программируемая логическая матрица. Благодаря широкому использованию конвейерных принципов обработки и налично группового сдвигателя производительность МПС достигает 3 млн. оп/с. Набор команд – это основные 44 команды пяти типов: “регистр-регистр”, арифметика и логика, загрузки и записи в память содержимого одиночного регистра и множества регистров, переходов.
МПС на основе МП μРD7281 NEC. ЦПУ данной МПС представляет собой конвейерный МП для обработки цифровых сигналов, специально предназначенный для этого вида обработки (восстановление, заполнение, сжатие, распознавание образов), а также для реализации быстрых преобразований Фурье и числовой обработки.
Этот МП является СБИС, в которой впервые воплощена потоковая архитектура. За счет применения ленточного принципа управления прохождением потоков и конвейерной архитектуры в МП достигается скорость обработки 5 млн. оп/с и при последовательном соединении нескольких МП производительность МПС возрастает почти линейно. Внутренний круговой конвейер состоит (рис. 4.8) из таблицы связей, функциональной таблицы, памяти данных, очередей и процессорного устройства.
Рис. 4.8. Структурная схема процессора μРD728
Метки, поступающие через контроллер ввода, передаются в таблицу связей и обрабатываются необходимое число раз в конвейере.
МПС “Канальная Лисп-машина (CLM )” фирмы “Texas Instrument”, являясь одним из первых 32-разрядных процессоров языков высокого уровня (Лисп), реализованных в виде одного кристалла, предназначена для решения задач искусственного интеллекта и баз данных. Как показано на рис. 4.9, CLM имеет традиционную фон-неймановскую структуру. Для обработки битовых полей предусмотрены сдвигатель и маскировщик, позволяющие осуществить циклические сдвиги на количество позиций до тридцати двух.
Рис. 4.9. Структурная схема машины CLM.
Около половины кристалла занимает встроенное ЗУПВ объемом более 114 Кбит. Микропрограммная память CLM имеет 16К 64-битовых слов, поэтому вместе с устройством отображения память размещена вне кристалла процессора.
На основе микропроцессора CLM могут быть построены системы обработки символов, которые могут быть использованы в качестве встроенных экспертных систем, таких, например, как интеллектуальные системы, принимающие решения при интерпретации изменяемых данных и диагностике своих собственных неисправностей.
Семейство 32-разрядных микропроцессорных устройств Аm29300, изготавливаемые фирмой Advanced Micro Devices, позволяет строить МПС с высоким уровнем архитектурной гибкости (МПС с архитектурой КСНК, МПС с микропрограммным управлением, матричные и графические процессоры и процессоры ЦОС). Комплект Аm29300 включает (рис. 4.10) следующие устройства: параллельный умножитель, контроллер операций, секвенсор команд, АЛУ, четырехпортовый регистровый файл.
Рис. 4.10. Структурная схема ЦПУ на основе МП Аm29300.
Основным преимуществом МП Аm29300 являются: применение “насквозь” поточной архитектуры, что позволяет завершать выполнение операций за один микроцикл; длительность микроциклов всех компонентов семейства сбалансирована таким образом, чтобы ни один из них не заставлял простаивать остальные; состав семейства позволяет при построении МПС избежать необходимости использования нескольких разрядномодульных секций, что уменьшает число межсоединений, снимает задержки передачи микрокоманд, расширяет номенклатуру типов обрабатываемых данных.
АЛУ Аm29300 имеет две входные и одну выходную 32-разрядные шины. Две СБИС Аm29332 могут быть использованы совместно таким образом, что одна из них выполняет роль основного АЛУ, а вторая – избыточного вспомогательного, причем выходы второго блокируются. Они выполняют одни и те же операции над одним потоком данных и при несовпадении результатов вычислений вырабатывается сигнал ошибки.
1. Дайте определение однокристальной микроЭВМ.
2. Поясните особенности организации архитектуры МПК К1810 и функционирования МП К1810ВМ86.
3. Перечислите основные этапы проектирования однокристальных МПС.
4. С какой целью при выборе МП используются бенчмарковские программы.
5. Перечислите особенности настройки однокристальных МПС.
5. МУЛЬТИМИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ
5.1. Обзор развития ММПС и их архитектур
В связи с появление мощных микропроцессорных средств ВТ в мировой практике в настоящее время сложилась следующая классификация ЭВМ:
- микроЭВМ;
- мини-ЭВМ;
- супермини-ЭВМ;
- универсальные ЭВМ;
- мегауниверсальные ЭВМ;
- матричные процессоры;
- мини-суперЭВМ,
- суперЭВМ.
В каждом из перечисленных классов ЭВМ в зависимости от круга решаемых ими задач возможно применение принципов мультимикропроцессорности.
МикроЭВМ могут быть определены как небольшие ЭВМ, в которых в качестве процессорных элементов используются один или несколько МП. Было создано много специализированных вариантов микроЭВМ, к числу которых относятся разного типа персональные ЭВМ, рабочие станции, управляющие ЭВМ, процессоры связи, процессоры цифровой обработки сигналов.
Мини-ЭВМ впервые появились в 60-х годах в качестве недорогой компактной альтернативы универсальной ЭВМ; на протяжении 70-х годов нашли широкое применение. Однако в 80-х годах в большинстве областей применения их вытесняют микроЭВМ с той же внутренней архитектурой.
Супермини-ЭВМ представляют собой высокопроизводительные мини-ЭВМ (от 1 до 15 млн. оп/с) с длиной слова не менее 32 бит. Как правило, они имеют скалярно-ориентированную архитектуру. Существуют двухпроцессорные супермини-ЭВМ, производительность которых лежит в верхней части диапазона производительности минимашин. Этот тип машин вытеснен с рынка в связи с появлением 32-разрядных микропроцессорных микроЭВМ.
Универсальные ЭВМ явились основным средством автоматической обработки информации. Различие между современными универсальными ЭВМ и супермини-ЭВМ достаточно тонкие, но универсальная ЭВМ может быть описана как машина с высокой производительностью (от 3 до 30 млн. оп/с), предназначенная для использования в качестве центральной ЭВМ для большого числа пользователей.
Мегауниверсальные ЭВМ появились в середине 80-х годов. Наращивание производительности и объемов памяти достигается в этих машинах путем использования большого (до четырех) числа процессоров, что позволяет достичь быстродействия 100·106 Флопс и объема памяти 256 Мбайт. Их архитектура ориентирована на скалярную обработку. В зависимости от классов решаемых задач архитектура дополняется либо векторным, либо матричным процессорами.
Матричные процессоры наилучшим образом ориентированны на реализацию алгоритмов обработки упорядоченных массивов данных. Они появились в середине 70-х годов в виде устройств с фиксированной программой и были подключены к универсальным ЭВМ, но к настоящему времени в их программировании достигнута высокая степень гибкости. В большинстве матричных процессоров осуществляется обработка 32-разрядных чисел с плавающей запятой со скоростью от 5·106 до 50·106 Флопс. Типичными областями применения матричных процессоров является обработка сейсмической и акустической информации, распознавание речи, быстрое преобразование Фурье (БПФ), фильтрация и действия над матрицами.
Мини-суперЭВМ впервые появились в начале 80-х годов и их назначением было обеспечение высокой производительности вычислений, приближающейся к производительности суперЭВМ. Были использованы различные формы векторной обработки и параллельной архитектуры с применением 64-разрядных регистров. Производительность мини-суперЭВМ обычно лежит в диапазоне от 20·106 до 500·106 Флопс.
СуперЭВМ представляют собой самый мощный класс компьютеров. В большинстве суперЭВМ используются 64-разрядные слова, над которыми выполняются операции с плавающей запятой от 10·106 до 10·109 Флопс. Они используются для решения научных и инженерных задач в тех случаях, когда целесообразно применение векторной обработки на основе архитектур ОКМД и МКМД. Организация традиционных суперЭВМ, таких как CRAY и NEC, определяется применением быстродействующих электронных схем, скомпонованных с высокой плотностью для уменьшения задержек прохождения сигналов.