Шпаргалка по "Архитектуре"

27.Конвейерлік  және векторлық  өңдеу. SIMD машиналар  түрі. MIMD машиналар  түрі.

        Есептеудің конвейерінде векторлық әрекетің кезінде жүктеудің толық идеалды болуы реттеледі. Векторлық нұсқауды орындағанда, сол әрекет сол күйінде вектордың барлық элементтеріне пайдаланылады (не тіптен, барлық сәйкес қос векторлық элементке). Конвейерге нақты әрекетті орындатуға бірнеше баптау жасағанда уақытты қою қажет болады, жадтың мүмкіндігіне сай операндтар конвейерге өте жылдам түсе бастайды. Соның есесіне жаңа нұсқауларды, шартты көшу арқылы есептеуді таңдағанда да кідірту болмайды. Векторлық машинада есептеудің негізгі принципі кейбір қарапайым әрекетті, қарапайым әрекет кешенін берілгендер тобына қайта пайдалануда жатыр. Ондай әрекеттерге орындалудағы бағдарламалардағы өте үлкен емес циклдарды жатқызуға болады.

          SIMD машиналар түрлері. SIMD машиналар түрі көптеген біркелкі өз жадтары бар процессорлар элементтерінен тұрады. Барлық осындай машиналардағы процессорлар бір және тек сондай бағдарламаларды орындайды. SIMD түріндегі машинасы көптеген процессорлардан құрылған, олар өте өнімді жұмысты біртектес, тек сондай есептеулерді процессорда орындағанда ғана жете алады. SIMD машинасы үшін есептеу моделі векторлық процессормен есептеу моделіне өте ұқсас, онда да бір әрекет арқылы берілгендердің үлкен тобымен жұмыс істейді. Векторлық процессордың шектелген конвейерлік жұмысынан айырмашылығы, матрицалық процессор (синонимі көпшілігі SIMD-машинасындай) көп ауқымды бола алады.

     MIMD машиналарының түрі. «Мультипроцессор» термині түрдегі машиналардың барлығын қамтиды («матрицалық процессор» термині SIMD түріндегі машиналарға тиістілігіндей) және MIMD түріндегі машиналардың синонимі сияқты. Мультипроцессорлық жүйеде әрбір процессорлық элемент басқа процессорлық элементтерге тәуелсіз бағдарламаларын жүргізе береді. Процессорлық элементтер MIMD түріндегі машиналар  классификациясындағыдай бір-бірімен өзара байланысқа түседі. Мультипроцессордың жалпы жадында (күшті байланысқан мультипроцессорларда) барлық процессорларға қол жетімді берілгендер жады мен нұсқаулар болады. Процессор элементтерінің жалпы жадымен, жалпы шинамен алмасу желісі арқылы байланысады. Бұған қарама-қарсы әлсіз байланысқан көппроцессорлы жүйе нұсқасында (локальді жадылы машиналарда) барлық жад процессор элементтері мен әрбір жад блогы өзара байланыстағы процессорларға ғана тиісті. Алмасу желісі процессор элементтерін өзара байланыстырады.  

     28. Фон Нейманның  микропроцессорлық  жүйе және Флинннің  параллель архитектуралары. 
Фон Нейман архитектурасы тізбекті болғандықтан кемшілігі басым. Кез келген қандай да бір үлкен берілгендер массиві өңдеуді қажет етпесе де, тіпті бір барлық байттарға бірдей әрекет жасасақ та, бәрібір оның әр байты орталық процессордан өтетіні белгілі. Бұл эффект Фон Нейманның тар тамағы деп аталады.

     Ондай кемшіліктерді жою үшін процессор  архитектурасының параллель  түрін пайдалану ұсынылады. Параллель процессорлар суперкомпьютерлерде пайдаланылады.

     Параллель архитектура нұсқасы Флин классификациясы бойынша қолданылады:

• SISD — бір нұсқау ағынына, бір берілгендер ағымы;
• SIMD — бір нұсқау ағынына, көп берілгендер ағыны;
• MISD — көп нұсқау ағынына, бір берілгендер ағымы;
• MIMD — көп нұсқау ағынына, көп берілгендер ағымы;

     29. Көпмашиналы және  көппроцессорлы есептеу  жүйесі. 
Көпмашиналы есептеу жүйесі (КЕЖ) бірнеше ЭЕМ-нан тұрады, әрбірінің өз оперативтік жады бар (ОЖ) және әрқайсысы өз жүктеу жүйесі басқаруымен жұмыс істейді, машина аралық мәліметтер алмасуы да. Мәліметтер алмасу әр машинаның жүктеу жүйелерінің өзара байланысымен іске асырылады. Бұл машина аралық берілгендермен алмасу динамикасын әлсіретеді.

     Көп машиналық жүйені пайдалану есептеу  кешенінің жұмыс сенімділігін арттырады. Бір машинаның берілгендерді  өңдеуіден бас тартуы басқа кешендегі  машинамен өңдей беруге жол ашады. Алайда кешен құралдары бұл мақсатқа тиімсіздеу пайдаланылады. Мұндай жүйеде кешеннің бір машинасының, не құрылғысының  істен шығуы бүкіл жүйені жұмысқа  қабілетсіз етеді.

     Бұл кемшілік көппроцессорлы жүйе  (КПЖ) арқылы шешіледі. Мұнда есептеу жүйесінің процессорлары қатардағы жад модулы, канал, сыртқы құрылғы т.б. сияқты істейді. Көппроцессорлы жүйеде бірнеше процессор жалпы оперативтік жадпен, жалпы жүктеу жүйесімен басқарылады.

     КПЖ-да КЕЖ-ге қарағанда мәліметтер алмасу жалпы оперативтік жадты пайдалана тездейді, жұмыс өнімділігі артады, жүйе ішінде және сыртқы ортада әрекетке аңғарғыштығы артып, сенімділігі, бір машинаның, не бір модульдің жұмыс істеу жүйенің жұмысын қамтамасыз етеді.

     Стандарты өндірілген ЭЕМ-дардағы КЕЖ құрылымы мен стандартты жүктеу жүйелері, арнайы еңбекті көп талап ететін жүктеу жүйесін, жалпы оперативтік жадты пайдалануда біршама қиындық тудыратын КПЖ-ға қарағанда көп қарапайым. КПЖ-ге мысал ретінде стандартты шығарылған процессор Pentium платасы INTEL PR440FX (екінші аты Providence) фирмасының чипсетінде құрылған, жүктеу жүйесі Windows NT (New Technology) алуға болады.

     ВЖ  құрылымындағы басты нәрсе құрылғылар(модульдер) жүйесі арасындағы байланысты ұйымдастыруда. Ол жүйенің тікелей модульдер арасында ақпараттар алмасу тездігіне, сондай-ақ өнімділігіне, сұраныстың түсуін аңғарғыштығына, конфигурация өзгерісіне бейімделуіне, модуль аралық байланыста аппаратуралық көлемнің жетіспеушілігіне төзімді. Жеке жағдайларда модуль аралық байланыста орнатуда процессордағы бір мәліметке, соған қайта оралуында жиілік кідірісі, кідіріс салдарынан жұмыс өнімділігінің төмендеуі мүмкін. Мынандай модуль аралық байланыстар қолданылады:

     •  көпдеңгейлі байланыс, ЭЕМ интерфейсі өзгерісіне байланысты;

     •  Жалпы шина;

     • модуль аралық үзіліссіз байланыс;

     • модульдік байланыс коммутаторы.

     МПЖ мен КМЖ-ны ұйымдастыру принципі олардың міндеттеріне байланысты. Сондықтан  ВЖ-сін өте жоғары өнімділікке  жетуге және сенімділігі мен тұрақты  жұмысын бағдарлауды бөле көрсету  дұрыс.  

72. Аналогтық-сандық  түрленгіш.

       Мәселен,  белгілі  бір  сигналдың  (температура,  ән  әуені,  т.б)  белгілі  бір уақыт аралығындағы үздіксіз өзгерісі берілсін делік. Осы  сигналды  сандық  түрге  түрлендіру  үшін  оның  деңгейін  белгілі  бір уақыт аралықтарында (квант) белгілей отырып, соған сәйкес v(t)-ге ең жақын деген  сандық  жұбын  тауып,  соны  өлшем  ретінде  пайдалануымыз  керек. Мысалы, t1 уақыт мезетіндегі v(t)=2(010) болса, t2  кезеңінде v(t)=3(011) т.с.с. Әрине, санға көшкенгде айнымалы мәндерінің біз аздап  болса  да  жоғалтып  отырамыз.  Бірақ  оның  есесіне  сандық  схемалардың артықшылықтарына  (мысалы,  сыртқы  ортадан  тәуелсіздігіне,  аумағының аздығына, т.б) ие боламыз.

 Үздіксіз  аналогтық  сигналдарды   күнделікті  жағдайларда  сандық  түрге 

ауыстырудың неше түрлі жолдары бар. Олардың ең қарапайымдарының бірі 1-суретте көрсетілген. Бұл АСТ  импульстік  генератордан  (ИТ)  (мысалы, мультивибратор) реверстік санауыштан (РС), АСТ-тен және компаратор К-дан тұрады. Компаратордың екінші кіріс жолына кіріс кернеуі (аналогтық сигнал) V_к беріледі  де,  ол  екінші  кіріс жолындағы  (АСТ-тен  шыққан)  аналогтық сигналмен  үнемі  салыстырылып  отырады.  Егер V_АСТ > V_к,  болса,  компаратор шығысы бірінші күйінен екінші күйіне ауысып, реверстік санауышты шегеру режиміне  көшіріп,  Vцат-ты  біртіндеп азайта  бастайды. V_АСТ < V_к  болғанда компаратор бірінші күйіне қайта оралып, санауышты қайтадан қосу режимінекөшіреді. Сонымен, санауыш шығыстары Q1  –  Q4  үнемі кіріс сигналдарының ізін  кесіп  соның  маңайында  «1»  мен  «0»-дің  аралығында  өзгеріп  отыратын болады.  Сондықтан  санауыш  шығыстары V_к сигналының  сандық  нышаны  болып табылады. Егер жиілігі 44.1 кГц, разрядтары 16 бит(2 байт) болтаын моносигнал  жазылса,  онда  аналогтық  санық  түрлендіргіш  əрбір  минут  сайын 44100*2*60=5292000  байтты береді (шамамен 5  Мб).  Яғни көлемі 5  Мб  жуық аналогтық сигнал қатты дискіге жазылады.

75. Кіріс-шығыс дешифраторлардың түрлері. 
Дешифратор дегеніміз n кіруі 2n шығуы бар және кіруіндегі екілік кодты шығуында унитарлы кодқа айландыратын комбинациялық схема. мысалы    Үш кіруі бар дешифратордың шартты–графикалық белгіленуі 2 суретте көрсетілген.  
          Айқындағыш (дешифратор)  дегеніміз  -  келіп  түскен  әртүрлі нышандағы сигналдар тобын (комбинациясын) түсінетін,оны айқындап оқып бере алатын құрылғы.  Көбінесе екілік нышандағы келіп түскен ақпарат жиынтығын ондық санға қайтадан түрлендіріп беруге арналады.  Дешифраторда 4 информациялы кірісі бар осы кіріске 4 разрядты екілік сан беріледі. Екі рұқсат ететін кірісі Е1 және Е2 және 16 шығысы ондық сандарға 0-ден бастап 15-ке дейін арналған. Информациялық  кірістері 124–тікелей кірістер, сондықтан екілік санды осы кірістерге тікелей түрінде беріледі. Е1, Е2 кірістер инверсты сондықтан активті сигнал  –  0  болады.  Шығыстарыда  инверсты  болғандықтан  шығыс  активті сигнал 0 болады.

        Жұмыс істеу принципі: 
        Кірістерге кодтық сөз берілген жағдайда шығысында кодты сөзге  сәйкес ондық санның шығысына 0 сигнал беріледі. Айқындағыш кірістері Х1  –Х4  –пен белгіленген де, олар қосымша терістеліп, терістелген тағы да төрт  Х1  –Х4  кірістерін құрады,бірақ осы 8 түрлі сигналдар тобы  айқындағыш  құрылымының  шығыс  жағында  орналасқан  ЖӘНЕсхемалары- ның кірістеріне бар болғаны төрт-төрттен ғана сигнал қиылысуларын әкеледі.  Бірақ  олар шығыс  сигнал  мәндерін  толығымен  айғақтап,анықтап береді.   
      Егер  де  алатын  ондық сандарымыз  0-9  аралығында болса,онда келіп түскен  екілік нышандарға байланысты аталған ондық сандардың тек біреуі ғана жануы керек. Сонымен қорыта келгенде, айқындағыш ішіндегі логикалық схемалар белгілі бір тәртіппен орналасып,екілік нышаны бойынша бізге ондық сандарды тауып беріп отырады.  
Кіріс және шығыс сандары келесі қатынастарда байланысады: 
- кіріс саны; - екілік разрядты шығыс саны  

Үштік шифратор үшін кіріс және шығыс сандары келесі қатынастарда байланысады:

      Кіріс саны:

- k-сыншы   разрядтағы шығыс саны,

 - негізгі есептелу жүйесі 
 
 
 

78. Үзу және олардың арнаулары. Үзуді өңдеу.

         Үзу – процессордың жұмысын реттеуді көрсетеді. Ол негізінен енгізу/шығару амалдарын орындау кезінде іске қосылады. Программалардың жұмыс істеуін бақылау және басқару үшін алғашқы мониторлық жүйелер  пайда болды. Олардың өзінің тапсырм аларды     басқару тілдері болған. Таймер    уақыт санауыш схема. Уақыт аралығын өлшеуге арналған орталық процессордың ішкі регистрі. Ағымдық  уақытты немесе   уақыт аралығын анықтайтын  электрондық  сағат  немесе  белгілі бір уақыт  аралығы  сайын мәні өсіп, өзгертіліп отыратын сағат рөлін атқара  алатын  регистр. Компьютердегі  уақытты  автоматты  түрде бақылауға  немесе  өлшеуге арналған  құрылғы, сондай-ақ программаға сәйкес кейбір жағдайларды басқару  үшін  орталық процессордың  жұмысын үзу сигналын  бере алады. Қазір компьютерлердің  алты  буыны  белгілі деп айтуға  болады.  Жалпы,  компьютерді  буынға  бөлу шарты,  ол негізінен  компьютерлердің  элементтер базасының  өзгеруіне,  өзінің  құрамына  кіретін құрылғылардың  түрлері  мен қасиеттерінің  өзгеруіне  және  компьютерлер  арқылы шығарылатын  есептердің  жаңа  (сандық емес) топтарының  пайда  болуына   тәуелді.  
      Компьютердің бірінші буыны – 1959 жылға шейін шығарылған электронды дампалық машиналар, жылдамдықтары ондаған мың а/с., разрядтылығы 31 – 34 бит, жедел жадыларының көлемі 1 – 4 кб, амалдардың жұмыс ырғағы қатал тізбекті, яғни, келесі орындалатын амал ағымдағы амалдың орындалуы толық біткеннен соң ғана басталады, енгізу/шығару  амалдары орындалып тұрғанда орталық процессор тоқтап тұрады.                        Компьютердің екінші буыны – 1968 жылға шейін шығарылған транзисторлық компьютерлер, жылдамдықтары жүздеген мың а/с., разрядтылығы 31 – 48 бит, жедел жадыларының көлемі - 8 – 128 кб. Процессордың жұмысын үзу және оны өңдеу жүйесі пайда болды (ол негізінен енгізу/шығару амалдарын орындау кезінде іске қосылады).

 
  80. ISA магистралінің архитектурасы.

          Жүйелілік шина ISA (Industry Standard Architecture). XT(8 бит) және AT(16 бит) стандартты шиналары алғаш рет ДЭЕМ IBM PC/AT-тарда 80286 процессор базасында қолданыла бастады. Бұл жүйелілік шинасында қосымша 36 контакталы екінші кеңейтетін платада қосқыш тетіктің болуы адрестік тармақты 24 биттік тармаққа (24-биттік адрес шинасы) мен 16 биттік берілгендермен параллель түрде 16 бит берілгендер шинасына және 16 МБайт (2 ²⁴= 16 Мбайт) жүйелілік жадқа жете алады. Аппараттық үзіліс жасау тармағының саны осы шинада 15-ке, ал тура мәлімет алу каналы 7-ге жеткізілді. Жүйелілік шина ISA AT толық 8-разрядты ISA XT шинасының бар мүмкіндіктерін иеленді. ISA шинасы процессор жұмысын және әртүрлі тактілік жиіліктегісін синхрондайды. Ол тактілік жиілігі 8/16 МГц пайдалана, беру жылдамдылығының шегін (8 МГц*16 бит=128 Мбит/с), өткізу мүмкіндігін 8Мбайт/с жеткізеді.

    ISA жүйелік шинасы IBM PC AT дербес компьютерлеріне арнайы жасалған және ол стандарт болып табылады.

    ISA  IBM PC және IBM PC XT-шi компьютерлердiң магистралiнiң кеңейтуiмен құрылған. Онда адрес битi және мәлiметтердiң саны үлкейтiп, аппаратты үзу саны үлкейтiп, сонымен бiрге такты жиiлiктi жоғарылатылды. 62ге - бұрынғы магистральнiң түйiскен тiркеуiшiне 36- түйiскен жаңа тiркеуiш қосылды.  ISA-шi тән айырмашылық оның такты сигналы бұл IBM PC XT болатын процессордың такты сигналымен дәл келмейді.

Магистраль динамикалық  жадтың регенерациясын қолдайды, радиал үзулерi және жадқа тiкелей енуi. ISA-шi магистральнiң тiркеуiшi компьютерлер үшiн 8-дәрежелiк кеңейту платаларының өлшемдерi азайтуға мүмкiндiк берген екi бөлiкте сонымен бiрге төлемдi пайдалану игерiлген IBM PC XT бөлiнген. 

84. Ассемблер және машина кодтарының тілдері.

     Ассамблер таңбалар (символдар)тілі бола отырып,белгілі  бір дәрежеде машина тілінде программа жасаудағы  кемшіліктерді жоюға мүмкіндік береді.

    Ассамблер тілінде программаның  барлық элементтері  таңбалармен  берілетіндігі оның басты артықшылығы  болып  табылады.Басқаша айтқанда  ассамблер тілінің машина  командаларының  цифрлық кодтарын әріптермен  немесе әріп-цифрлармен таңбалауға  және деректердің таңбалық аттарын   пайдалануға мүмкіндік беретіндігі  оның машина тілінен  айырмашылығы  болып табылады. Ассамблер тілінің   командаларын машина тіліне аударғанда  машина командасын  білдіретін  әрбір оператор осы команданың  цифрлық  кодтарымен алмастырылады.  Командалардың таңбалық  аттарын  олардың екілік кодтарына түрлендіру  жұмысы  программа жасаушы адамды  өте қиын әрі күрделі машақаты  көп жұмыстан босататын және  бұл жағдайда құтиылоуға  болмайтын  қателіктерден құтқаратын арнайы  программа-ассамблерге жүктеледі.