Лекции по "Технические средства САПР"

Технические средства САПР   Лекция 02              Доцент, к.т.н., Алексеев Анатолий Васильевич

ПРОЦЕССОРЫ

Основным  компонентом вычислительной системы является процессор. На сегодняшний день, трудно проводить четкую классификацию процессоров, поскольку выполняемые ими функции очень разнообразны. Однако, некоторые принципиальные отличия,  доминирующие в работе процессоров позволяют условно выделить 3 типа:

1. Центральные процессоры;

2. Процессоры ввода/вывода, графические процессоры;

3. Специализированные, процессоры.

Центральные процессоры предназначены для:

1. Преобразования информации в соответствии с выполняемой программой;

2. Управления вычислительным процессом и периферийными устройствами, работающими вместе с процессором.

Процессоры ввода/вывода и графические процессоры предназначены для управления обменом символьной и графической информации между различными техническими средствами ВС и вычислительными системами без участия центрального процессора.

С понятием процессор ввода/вывода непосредственно связано понятие интерфейс, под которым принято понимать совокупность оборудования и протоколы обмена с помощью которых осуществляется передача информации между техническими средствами ВС и вычислительными системами.

Специализированные  процессоры обеспечивают более быстрое, чем центральный процессор решение задач в частной области применения  систем обработки данных. Специализированные процессоры по области применения можно разделить:

1. Проблемные;

2. Функциональные;

3. Системные.

Проблемные специализированные процессоры позволяют эффективно решать задачи из области обработки данных. Одни процессоры реализуют один алгоритм обработки данных. Например, специализированный процессор, реализующий алгоритм «быстрого преобразования Фурье» для расчёта спектра сигнала. Другие процессоры реализуют набор алгоритмов. Часто проблемные процессоры имеют матричную структуру и  реализуют конвейерный принцип обработки информации.

Конвейерный принцип показан на рисунке.

 

 

 

 

 

 

Функциональные специализированные процессоры обеспечивают на аппаратном уровне реализацию некоторых функций вычислительной системы, например, выполнение плавающей арифметики.

Системные специализированные процессоры обеспечивают реализацию служебных функций вычислительной системы, таких как, функции контроля и диагностики ВС, сбор статистических данных о функционировании системы.

Структура центрального процессора.

Главным элементом любой вычислительной системы (ВС) является центральный процессор. Основными функциями центрального процессора являются:

1. Контроль работоспособности ВС и  управление ВС в целом;

2. Организация обмена с периферийными  устройствами и другими процессорами  по соответствующим интерфейсам с помощью специальных инструкций. Для этого  центральный процессор (ЦП) воспринимает и обрабатывает поступающие сигналы;

3. Выполнение  арифметических и логических  операций.

Основой для выполнения математических операций и инструкций являются программы, состоящие из команд. Каждая команда представляет совокупность  кода операции и операндов, участвующих в операции. Каждой операции в процессоре соответствует некоторая последовательность действий, называемые  микрооперациями, а каждой команде соответствует микропрограмма, состоящая из микрокоманд. Интервал времени, в течение которого выполняется одна или несколько микроопераций называется машинным тактом.

Рассмотрим один из возможных вариантов обобщённой структурной схемы ЦП.

 

 

 

 

 

                                                                                               

 

 

 

                                  

АЛУ – арифметико-логическое  устройство выполняет операции по преобразованию информации -  +, - , *,/, сдвиг, И, ИЛИ, НЕ  и другие. В процессе функционирования АЛУ использует локальную память  для хранения адресных констант и промежуточного результата.

ЛП – локальная память. ЛП включает регистры общего назначения (РОН), регистры указатели, управляющие регистры и регистры служебных слов. ЛП имеет быстродействие, превосходящее быстродействие оперативной памяти.

УУ – устройство управления обеспечивает формирование всех необходимых управляющих сигналов в соответствии с выполняемой командой программы или инструкции. УУ управляет всем ходом вычислительного процесса, а так же организует обмен с другими устройствами.

ПМП  - память микропрограмм содержит микропрограммы выполнения операций.

УР и С  - управляющие регистры и счётчики предназначены для временного хранения  управляющей информации, адресов и слово - состояний.

СПП – система приоритетных прерываний обеспечивает реакцию на запросы прерываний от различных источников внутри и вне процессора.

СКД – система контроля и диагностики служит для обнаружения сбоев и отказов в аппаратуре процессора, а так же для устранения последствий сбоев и поиска неисправных элементов при отказе.

СЗП – система запросов на прерывание, предназначена  для предотвращения несанкционированного доступа к данным и программам.

СС – система связи служит для организации связи процессора с оперативной памятью, а так же для преобразования математических адресов в физические.