Какой функциональный блок не включает процессор компьютера
Обновлено: 03.07.2024
Изобилие транзисторов на одном чипе приводит к проблеме: что делать со всеми ними?
Выше мы видели один подход: суперскалярные архитектуры с несколькими функциональными блоками. Но по мере увеличения количества транзисторов возможно еще больше. Одна очевидная вещь, которую нужно сделать, — это разместить большие кэши на чипе ЦП. Это определенно происходит, но в конце концов будет достигнута точка убывающей отдачи.
Очевидным следующим шагом является копирование не только функциональных блоков, но и некоторой логики управления. Intel Pentium 4 привнес это свойство, называемое многопоточностью или гиперпоточностью (название Intel для этого), в процессор x86, и несколько других чипов ЦП также имеют его, включая SPARC, Power5, Intel Xeon и семейство Intel Core. В первом приближении он позволяет ЦП удерживать состояние двух разных потоков, а затем переключаться туда и обратно в наносекундном масштабе. (Поток — это своего рода легковесный процесс, который, в свою очередь, представляет собой работающую программу; подробности мы рассмотрим в главе 2.)
Суперскалярная архитектура показана на предыдущем рисунке 1-7(b):
Интересно, что означают функциональный блок и управляющая логика в процессоре?
Может ли суперскалярная архитектура воспроизводить логику управления?
Являются ли «функциональная единица» и «выполняемая единица» одним и тем же?
Является ли «логика управления» такой же, как «блок выборки» и «блок декодирования»?
Я не решаюсь ответить утвердительно на приведенные выше вопросы по следующим причинам. В тексте говорится, что суперскалярные архитектуры копируют функциональные блоки, а многопоточность копирует не только функциональные блоки, но и логику управления.
Но на рисунке 1.7(b) суперскалярный блок имеет несколько блоков выборки и декодирования, помимо нескольких блоков выполнения, поэтому я не уверен, что "логика управления == блоки выборки и декодирования" и "функциональный блок == блок выполнения" .
Кроме того, под многопоточностью в тексте подразумевается мультиплексирование по времени. Я не знаю, как репликация логики управления необходима для временного мультиплексирования? Не могут ли несколько потоков или процессов совместно использовать одни и те же блоки управления (блок выборки и блок декодирования) в разное время?
2 ответа 2
Являются ли «функциональная единица» и «выполняемая единица» одним и тем же?
Да (в контексте того, как они используются в вашей книге).
Исполнительный блок
В вычислительной технике исполнительный блок (также называемый функциональным блоком) — это часть ЦП, которая выполняет операции и вычисления, требуемые компьютерной программой. Он может иметь свой собственный блок внутренней управляющей последовательности (не путать с главным блоком управления ЦП), некоторые регистры и другие внутренние блоки, такие как суб-ALU или FPU, или некоторые более мелкие, более специфические компоненты.[1]< /p>
Современные процессоры обычно имеют несколько параллельных исполнительных блоков, что называется скалярным или суперскалярным дизайном. Простейшая схема — использовать один, диспетчер шины, для управления интерфейсом памяти, а другие — для выполнения вычислений. Кроме того, исполнительные блоки современных ЦП обычно конвейерные.
Является ли «логика управления» такой же, как «блок выборки» и «блок декодирования»?
Да (в контексте того, как они используются в вашей книге).
Блок управления — это компонент центрального процессора (ЦП) компьютера, который управляет работой процессора. Он сообщает памяти компьютера, арифметико-логическому устройству и устройствам ввода и вывода, как реагировать на инструкции программы.
Блок управления (CU), как правило, представляет собой значительный набор сложных цифровых схем, соединяющих и управляющих множеством исполнительных блоков, содержащихся в ЦП. сохраненная компьютерная программа, одна инструкция, основанная на наборе инструкций ЦП, затем декодирование этой отдельной инструкции в несколько последовательных шагов (выборка адресов/данных из регистров/памяти, управление выполнением [т.е. данные, отправленные в АЛУ или ввод/вывод] и сохранение полученных данных обратно в регистры/память), который контролирует и координирует взаимодействие ЦП.
Центральный процессор
Выборка
Первый шаг, выборка, включает извлечение инструкции (которая представлена числом или последовательностью чисел) из памяти программы. Местоположение инструкции (адрес) в программной памяти определяется программным счетчиком (ПК), который хранит число, определяющее адрес следующей инструкции, которую нужно выбрать.После того, как инструкция выбрана, ПК увеличивается на длину инструкции, так что он будет содержать адрес следующей инструкции в последовательности. ЦП останавливается в ожидании возврата инструкции. Эта проблема в значительной степени решается в современных процессорах с помощью кэшей и конвейерных архитектур (см. ниже).
Декодирование
Инструкция, которую ЦП извлекает из памяти, определяет, что ЦП должен делать. На этапе декодирования инструкция разбивается на части, которые имеют значение для других частей ЦП. Способ интерпретации числового значения инструкции определяется архитектурой набора инструкций ЦП (ISA). [e] Часто одна группа чисел в инструкции, называемая кодом операции, указывает, какую операцию выполнять. Остальные части числа обычно предоставляют информацию, необходимую для этой инструкции, например, операнды для операции сложения. Такие операнды могут быть заданы как постоянное значение (называемое немедленным значением) или как место для размещения значения: регистр или адрес памяти, как определено некоторым режимом адресации.
В некоторых конструкциях ЦП декодер команд реализован как жестко запрограммированная неизменяемая схема. В других микропрограмма используется для преобразования инструкций в наборы сигналов конфигурации ЦП, которые применяются последовательно в течение нескольких тактовых импульсов. В некоторых случаях память, в которой хранится микропрограмма, является перезаписываемой, что позволяет изменить способ декодирования команд процессором.
Центральный процессор (ЦП) направляет компьютер на различные этапы решения проблемы.
Связанные термины:
Скачать в формате PDF
Об этой странице
Адаптация и оценка симплексного алгоритма для архитектуры потока данных
Урош Чибей, Юрий Михелич, Достижения в области компьютеров, 2017
2.2 Вид программиста
Чтобы программист мог разработать законченную программу, необходимо написать три компонента.
обычно написанный на языке программирования C, код ЦП управляет выполнением и использует DFE в качестве блока обработки, вызывая подходящие функции, предоставляемые компилятором Maxeler.
Каждое ядро реализует определенную функциональность и примерно соответствует абстракции функции. Он имеет набор входных потоков и набор выходных потоков.
Менеджер — это компонент, который соединяет потоки данных от ЦП к ядрам-получателям и наоборот. Он устанавливает соединения между ядрами и LMem, а также связывает ядра между собой. Диспетчер также создает интерфейсы, с помощью которых код ЦП взаимодействует с DFE.
Диспетчер и ядра написаны на предметно-ориентированном языке MaxJ. Этот язык представляет собой надмножество языка программирования Java с несколькими расширениями, более подходящими для упрощения создания программ потока данных.
Компилятор преобразует описание ядер в граф потока данных, и этот граф физически размещается на микросхеме FPGA серверной частью. Серверная часть обычно очень требовательна к вычислительным ресурсам, поскольку необходимо учитывать множество структурных ограничений.
Схема этой архитектуры представлена на рис. 1.
< бр />
Рис. 1 . Схематический обзор компонентов системы потока данных. серая рамка обозначает микросхему FPGA. Взгляд программиста на архитектуру показан в виде файлов, которые необходимо реализовать для каждой программы, файл .maxj написан на языке MaxJ, тогда как поток управления обычно написан на C или C++, но поддерживаются и другие языки. .
КОМПЬЮТЕРНЫЙ ДИЗАЙН
Доминик Росато, Дональд Росато, Дизайн изделий из пластмассы, 2003 г.
Центральный процессор
Центральный процессор компьютера (ЦП) — это часть компьютера, которая извлекает и выполняет инструкции. Процессор, по сути, является мозгом CAD-системы. Он состоит из арифметико-логического блока (АЛУ), блока управления и различных регистров. Центральный процессор часто называют просто процессором. АЛУ выполняет арифметические операции, логические операции и связанные с ними операции в соответствии с инструкциями программы.
Блок управления управляет всеми операциями ЦП, включая операции АЛУ, перемещение данных внутри ЦП, а также обмен данными и управляющими сигналами через внешние интерфейсы (системную шину). Регистры — это быстродействующие блоки внутренней памяти ЦП. Некоторые регистры видны пользователю; то есть доступный для программиста через набор машинных инструкций. Другие регистры предназначены исключительно для ЦП в целях управления.Внутренние часы синхронизируют все компоненты ЦП. Тактовая частота (количество тактовых импульсов в секунду) измеряется в мегагерцах (МГц) или миллионах тактовых импульсов в секунду. Тактовая частота, по сути, определяет, насколько быстро ЦП обрабатывает инструкции.
Оборудование
Центральный процессор управляет всем. Он извлекает программные инструкции по своей шине «на стороне инструкций» (IS), считывает данные по своей шине «на стороне данных» (DS), выполняет инструкции и записывает результаты на шину DS. ЦП может работать на частоте SYSCLK до 80 МГц, что означает, что он может выполнять одну инструкцию каждые 12,5 нс. ЦП способен умножать 32-битное целое число на 16-битное целое число за один цикл или 32-битное целое число на 32-битное целое число за два цикла. Блока с плавающей запятой (FPU) нет, поэтому вычисления с плавающей запятой выполняются программными алгоритмами, что делает операции с плавающей запятой намного медленнее, чем вычисления с целыми числами.
ЦП представляет собой ядро микропроцессора MIPS32® M4K®, лицензированное компанией Imagination Technologies. ЦП работает при напряжении 1,8 В (обеспечиваемом стабилизатором напряжения, встроенным в PIC32, поскольку он используется на плате NU32). Контроллер прерываний, обсуждаемый ниже, может уведомлять ЦП о внешних событиях.
Встроенные процессоры
Внутренние шины ЦП
Шины ЦП — это механизмы, соединяющие другие компоненты ЦП: АЛУ, ЦП и регистры (см. рис. 4-22). Шины — это просто провода, которые соединяют между собой различные другие компоненты ЦП. Провод каждой шины обычно делится на логические функции, такие как данные (которые переносят данные в двух направлениях между регистрами и АЛУ), адрес (который переносит расположение регистров, содержащих данные для передачи), управление (переносит управление информацию о сигналах, такую как временные и управляющие сигналы, между регистрами, ALU и CU) и т. д.
< бр />
Рисунок 4-22. Ядро и шины PowerPC. [15]
В ядре PowerPC есть управляющая шина, по которой управляющие сигналы передаются между АЛУ, CU и регистрами. То, что PowerPC называет «исходными шинами», — это шины данных, передающие данные между регистрами и АЛУ. Существует дополнительная шина, называемая обратной записью, которая предназначена для обратной записи данных, полученных с исходной шины, непосредственно обратно из модуля загрузки/сохранения в фиксированные регистры или регистры с плавающей запятой.
Примечание. Во избежание дублирования автобусы будут более подробно обсуждаться в главе 7 .
Микрокомпьютерная аппаратура и управление
Чтение/запись памяти
ЦП всегда контролирует направление потока данных в БД, поскольку, хотя он и является двунаправленным, данные могут перемещаться только в одном направлении за раз. ЦП выдает специальный сигнал управления чтением/записью (R/W) (рис. 3.2), который активирует схемы в памяти, определяющие направление потока данных. Например, когда на линии чтения/записи (R/W) высокий уровень, ЦП передает информацию из ячейки памяти в ЦП.
Временная диаграмма операции чтения из памяти показана на рис. 3.3.
< бр />
Рис. 3.3. Время чтения/записи.
Предположим, что компьютеру была дана инструкция прочитать данные из ячейки памяти номер 10. Чтобы выполнить операцию чтения, ЦП переводит линию чтения/записи в высокий уровень, чтобы активировать схему памяти при подготовке к операции чтения. Практически одновременно на АБ размещается адрес для местоположения 10 («адрес действителен» на рис. 3.3). В память АБ отправляется число 10 в 16-битном двоичном коде (0000 0000 0000 1010). Двоичные электрические сигналы, соответствующие 10, управляют определенными цепями в памяти, чтобы заставить двоичные данные в этом месте быть помещенными в БД. ЦП имеет внутренний регистр, который активируется во время этой операции чтения для приема и сохранения данных. Затем данные обрабатываются ЦП во время следующего цикла работы в соответствии с соответствующей инструкцией.
Аналогичная операция выполняется всякий раз, когда ЦП должен отправить данные из одного из своих внутренних регистров в память, что является операцией «записи». В этом случае линия R/W будет установлена на логический уровень, противоположный операции чтения (т.е. низкий в данном примере). Во время операции записи отправляемые данные помещаются в БД одновременно с адресом назначения в АВ. Эта операция перенесет данные из источника ЦП в место назначения, которым может быть место в памяти в ОЗУ или внешнее устройство (как будет объяснено позже).
Компьютерные системы
1.3.1 Работа системы
ЦП управляет передачей системных данных по шинам данных и адреса и дополнительным линиям управления.Требуется схема часов, обычно содержащая кварцевый генератор (как в цифровых часах); это создает точный сигнал фиксированной частоты, который управляет микропроцессором. Операции ЦП запускаются по переднему и заднему фронтам тактового сигнала, что позволяет определить их точную синхронизацию. Это позволяет событиям в ЦП выполняться в правильной последовательности с достаточным временем для каждого шага. Центральный процессор генерирует все основные управляющие сигналы на основе часов. Тот или иной ЦП можно использовать в различных системах, в зависимости от типа приложения, необходимого объема памяти, требований к вводу-выводу и т. д.
Декодер адреса управляет доступом к памяти и регистрам ввода-вывода для конкретного проекта. Как правило, программируемое логическое устройство (PLD) используется для выделения каждой микросхеме памяти определенного диапазона адресов. Код входного адреса в определенном диапазоне генерирует выходной сигнал выбора микросхемы, который включает это устройство. Регистры портов ввода-вывода, которые настроены для обработки передачи данных в систему и из нее, также получают определенные адреса с помощью того же механизма, и ЦП обращается к ним так же, как к ячейкам памяти. Назначение адресов конкретным периферийным устройствам называется картой памяти (рис. 1.6 б).
Процессор
ХАРВИ М. ДЕЙТЕЛЬ, БАРБАРА ДЕЙТЕЛЬ, Введение в обработку информации, 1986 г.
Сводка издателя
Центральный процессор (ЦП) направляет компьютер на различные этапы решения проблемы. Данные поступают в компьютер через блок ввода, обрабатываются центральным процессором и затем становятся доступными для пользователя через блок вывода. Логический вид компьютера показывает, какие функции выполняет компьютер. Физический вид компьютера показывает, как на самом деле механизмы компьютера выполняют эти функции. Центральный процессор состоит из трех логических блоков: арифметико-логического блока (ALU), основного хранилища и блока управления. Основная память сохраняет активные программы и данные. Это относительно дорого, поэтому вторичное хранилище используется для хранения программ и данных до тех пор, пока они не потребуются в основном хранилище. Набор встроенных операций компьютера называется его «набором инструкций». Компьютерная программа представляет собой набор инструкций, которые сообщают компьютеру, как решить конкретную задачу. Компьютерная программа должна находиться в оперативной памяти, чтобы компьютер мог выполнять ее инструкции.
Управление энергопотреблением
5.15.2.4.2.1 Блок процессора
Это центральный процессор (ЦП) ПЛК, то есть микропроцессор по конструкции и функциональным возможностям. Основная функция этого блока состоит в том, чтобы воспринимать входные значения через свои модули ввода/вывода, генерировать управляющие сигналы в соответствии с входными сигналами и предопределенной инструкцией (хранящейся в блоке памяти в виде программы). Затем обработанное решение передается на устройства вывода, подключенные к модулям ввода/вывода, для обновления выходных переменных [51]. Типичный цикл процесса ЦП показан на рис. 40, демонстрирующем основную идею функции процесса. Время одного цикла выполнения программы называется «время сканирования». Типичные значения времени сканирования могут составлять всего 1 м/с. Входные и выходные значения обычно хранятся в единице памяти за цикл или несколько его кратных [53] .
< бр />
Рис. 40 . Рабочий цикл центрального процессора (ЦП) программируемого логического контроллера (ПЛК).
Беспроводная МЭМС для носимых сенсорных сетей
5.2.2.2 Блок обработки
Рабочие процедуры промышленной системы управления
(1) адресные пространства PCI
ЦП и все устройства PCI должны иметь доступ к общей памяти. Драйверы устройств управляют устройствами PCI и передают информацию между ними, используя эту память. Обычно эта разделяемая память содержит регистры управления и состояния устройства, которые используются для управления устройством и чтения его состояния. Например, драйвер устройства PCI SCSI может прочитать свой регистр состояния, чтобы узнать, готово ли устройство к записи блока информации, или он может записать в управляющий регистр, чтобы запустить устройство после его включения.
Системная память ЦП может использоваться для этой общей памяти, но в этом случае каждый раз, когда устройство PCI обращается к памяти, ЦП должен будет останавливаться, ожидая завершения. Доступ к памяти обычно ограничивается одним системным компонентом за раз. Это замедлит работу системы. Это не позволяет периферийным устройствам системы бесконтрольно обращаться к основной памяти. Это было бы очень опасно; неисправное устройство может сделать систему очень нестабильной.
Периферийные устройства имеют собственные области памяти. ЦП может получить доступ к этим пространствам, но доступ устройств к системной памяти очень строго контролируется с помощью каналов DMA (прямой доступ к памяти).Устройства ISA имеют доступ к двум адресным пространствам; ISA I/O (ввод/вывод) и память ISA. В большинстве современных микропроцессоров PCI должен состоять из трех элементов: ввода-вывода PCI, памяти PCI и пространства конфигурации PCI.
Некоторые микропроцессоры, например процессор Alpha AXP, не имеют естественного доступа к адресным пространствам, отличным от системного адресного пространства. Этот процессор использует наборы микросхем поддержки для доступа к другим адресным пространствам, таким как пространство конфигурации PCI, с помощью схемы разреженного отображения адресов, которая крадет часть большого виртуального адресного пространства и сопоставляет его с адресными пространствами PCI.
Компьютер: компьютер представляет собой комбинацию аппаратных и программных ресурсов, которые интегрируются вместе и предоставляют пользователю различные функции. Аппаратное обеспечение — это физические компоненты компьютера, такие как процессор, устройства памяти, монитор, клавиатура и т. д., а программное обеспечение — это набор программ или инструкций, которые требуются аппаратным ресурсам для правильной работы.
Есть несколько основных компонентов, которые помогают рабочему циклу компьютера, то есть циклу ввода-процесса-вывода, и они называются функциональными компонентами компьютера. Он нуждается в определенных входных данных, обрабатывает эти входные данные и производит желаемый результат. Блок ввода принимает ввод, центральный процессор выполняет обработку данных, а блок вывода производит вывод. Блок памяти содержит данные и инструкции во время обработки.
Цифровой компьютер. Цифровой компьютер можно определить как программируемую машину, которая считывает двоичные данные, переданные в виде инструкций, обрабатывает эти двоичные данные и отображает рассчитанный цифровой вывод. Следовательно, цифровые компьютеры — это те, которые работают с цифровыми данными.
Детали функциональных компонентов цифрового компьютера
- Устройство ввода: устройство ввода состоит из устройств ввода, подключенных к компьютеру. Эти устройства принимают входные данные и преобразуют их в двоичный язык, понятный компьютеру. Некоторые из распространенных устройств ввода: клавиатура, мышь, джойстик, сканер и т. д.
- Центральный процессор (ЦП): как только информация вводится в компьютер устройством ввода, процессор обрабатывает ее. Центральный процессор называют мозгом компьютера, потому что он является центром управления компьютером. Сначала он извлекает инструкции из памяти, а затем интерпретирует их, чтобы знать, что нужно делать. При необходимости данные извлекаются из памяти или устройства ввода. После этого ЦП выполняет или выполняет необходимые вычисления, а затем либо сохраняет вывод, либо отображает его на устройстве вывода. ЦП состоит из трех основных компонентов, которые отвечают за различные функции: арифметико-логическое устройство (ALU), устройство управления (CU) и регистры памяти.
- Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Как следует из названия, АЛУ выполняет математические вычисления и принимает логические решения. Арифметические вычисления включают сложение, вычитание, умножение и деление. Логические решения включают сравнение двух элементов данных, чтобы определить, какой из них больше, меньше или равен.
- Блок управления: Блок управления координирует и контролирует поток данных, входящий и исходящий из ЦП, а также контролирует все операции АЛУ, регистров памяти, а также устройств ввода/вывода. Он также отвечает за выполнение всех инструкций, хранящихся в программе. Он декодирует полученную команду, интерпретирует ее и отправляет управляющие сигналы на устройства ввода/вывода до тех пор, пока необходимая операция не будет выполнена должным образом АЛУ и памятью.
- Регистры памяти: регистр — это временная единица памяти в ЦП. Они используются для хранения данных, которые непосредственно используются процессором. Регистры могут быть разного размера (16-битные, 32-битные, 64-битные и т. д.), и каждый регистр внутри ЦП выполняет определенную функцию, такую как хранение данных, сохранение инструкции, сохранение адреса места в памяти и т. д. Пользовательские регистры могут использоваться программистом на ассемблере для хранения операндов, промежуточных результатов и т. д. Аккумулятор (ACC) — это главный регистр в АЛУ, который содержит один из операндов операции, которая должна быть выполнена в АЛУ. : Память, подключенная к ЦП, используется для хранения данных и инструкций и называется внутренней памятью. Внутренняя память разделена на множество ячеек памяти, каждая из которых может хранить данные или инструкции. Каждая ячейка памяти имеет одинаковый размер и адрес. С помощью адреса компьютер может легко прочитать любую ячейку памяти без необходимости поиска во всей памяти. при выполнении программы ее данные копируются во внутреннюю память и сохраняются в памяти до конца выполнения. Внутренняя память также называется основной памятью или основной памятью. Эта память также называется оперативной памятью, то есть оперативной памятью.Время доступа к данным не зависит от их расположения в памяти, поэтому эту память также называют оперативной памятью (ОЗУ). Прочтите это для разных типов оперативной памяти
- Блок вывода: Блок вывода состоит из устройств вывода, подключенных к компьютеру. Он преобразует двоичные данные, поступающие от ЦП, в понятную человеку форму. Общие устройства вывода: монитор, принтер, плоттер и т. д.
Взаимосвязь между функциональными компонентами
Компьютер состоит из блока ввода, который принимает ввод, процессора, который обрабатывает ввод, и блока вывода, который производит вывод. Все эти устройства взаимодействуют друг с другом через общую шину. Шина — это путь передачи, состоящий из набора проводов, по которым данные или информация в виде электрических сигналов передаются от одного компонента компьютера к другому. Шина может быть трех типов: шина адреса, шина данных и шина управления.
На следующем рисунке показано подключение различных функциональных компонентов:
Адресная шина передает адресное расположение данных или инструкции. По шине данных передаются данные от одного компонента к другому, а по шине управления передаются управляющие сигналы. Системная шина — это общий канал связи, по которому передаются сигналы к ЦП, основной памяти и устройствам ввода/вывода и обратно. Устройства ввода/вывода взаимодействуют с системной шиной через схему контроллера, которая помогает управлять различными устройствами ввода/вывода, подключенными к компьютеру.
Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.
Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.
центральный процессор (CPU), основная часть любой цифровой компьютерной системы, обычно состоящая из основной памяти, блока управления и арифметико-логического блока. Он представляет собой физическое сердце всей компьютерной системы; к нему подключается различное периферийное оборудование, в том числе устройства ввода/вывода и вспомогательные запоминающие устройства. В современных компьютерах центральный процессор находится на интегральной микросхеме, называемой микропроцессором.
Блок управления центрального процессора регулирует и интегрирует операции компьютера. Он выбирает и извлекает инструкции из основной памяти в надлежащей последовательности и интерпретирует их таким образом, чтобы активировать другие функциональные элементы системы в соответствующий момент для выполнения соответствующих операций. Все входные данные передаются через основную память в арифметико-логическое устройство для обработки, которая включает в себя четыре основные арифметические функции (т. е. сложение, вычитание, умножение и деление) и некоторые логические операции, такие как сравнение данных и выбор желаемой процедуры решения проблемы или жизнеспособной альтернативы, основанной на заранее определенных критериях принятия решения.
Компьютеры размещают веб-сайты, состоящие из HTML, и отправляют текстовые сообщения так же просто, как. РЖУ НЕ МОГУ. Взломайте этот тест, и пусть какая-нибудь технология подсчитает ваш результат и раскроет вам его содержание.
Читайте также: