Asszociatív memória. Az asszociatív memória fejlesztése. Asszociatív memória Más AP alkalmazások közé tartozik

A véletlen hozzáférésű memória jellemzően több azonos memóriaelemet tartalmaz, amelyek egy memóriatömböt (SM) alkotnak. A tömb egyedi cellákra van osztva; mindegyik egy bináris kód tárolására szolgál, amelyben a bitek számát a memóriaminta szélessége határozza meg (különösen, lehet egy, fél vagy több gépi szó). A memória megszervezésének módja az információk tárolási tömbben való elhelyezésének és visszakeresésének módszerétől függ. Ennek alapján tegyen különbséget a cím, az asszociatív és a verem (tárhely) memória között.

Címmemória. A címezhető memóriában a ZM-ben az információk elhelyezése és visszakeresése egy szótárcím (számok, parancsok stb.) használatán alapul. A cím annak a 3M cellának a száma, amelyben ez a szó található.

A ZM-ben egy szó beírásakor (vagy olvasásakor) a műveletet kezdeményező parancsnak meg kell adnia azt a címet (cellaszámot), amelyen az írás (olvasás) történik.

A címmemória tipikus struktúrája N-bites cellákból álló memóriatömböt és annak hardveres keretezését tartalmazza, amely egy címregisztert tartalmaz. RgA amelynek k (k»Log N) számjegy, információs regiszter RgI, címkiválasztás blokkja BAS, erősítők blokk kiolvasása BUSZ, biterősítők blokkja-alakító jelek rögzítése BUZés memóriavezérlő egység BUP.

Címkód szerint be RgA BAV jeleket generál a megfelelő memóriacellában, amelyek lehetővé teszik egy szó olvasását vagy írását a cellában.

A memóriaelérési ciklust az at érkezés kezdeményezi BUP a jelen kívül Fellebbezés... A kezelési ciklus általános része magában foglalja a belépést RgA címbuszról SHA fellebbezési és átvételi címek BUPés a vezérlőjel dekódolása Művelet jelezve a kért művelet típusát (olvasás vagy írás).

Továbbá olvasás közben BAS dekódolja a címet, az olvasási jeleket a cím által megadott ZM cellába küldi, míg a cellába írt szó kódját a busz kiolvasó erősítők beolvassák és továbbítják RgI... Az olvasási művelet egy szó kimenetével ér véget RgI a kimeneti adatbuszra Shivykh.

Rögzítéskor a hozzáférési ciklus fenti általános részének végrehajtása mellett a rögzített szó a bemeneti információs buszról érkezik SHIVhés RgI... Aztán a kiválasztotthoz BAS cellából egy szót írnak RgI.

Vezérlőblokk BUP generálja a szükséges vezérlőjel-sorozatokat, amelyek elindítják az egyes memóriacsomópontok működését.

Asszociatív memória. Az ilyen típusú memóriában a szükséges információ keresése nem a cím, hanem a tartalom (az asszociatív tulajdonság) alapján történik. Ebben az esetben a keresés egy asszociatív jellemző alapján (vagy ennek a jellemzőnek az egyes bitjei szerint) időben párhuzamosan történik a tárolótömb összes cellájánál. Az asszociatív keresés sok esetben jelentősen leegyszerűsítheti és felgyorsíthatja az adatfeldolgozást. Ez annak köszönhető, hogy az ilyen típusú memóriákban az információolvasás műveletét számos logikai művelet végrehajtásával kombinálják.

Az asszociatív memória tipikus struktúrája az ábrán látható. 4.3. A tárolótömb N (n + 1) bites cellát tartalmaz. A cella foglaltságának jelzésére egy általános költséget használnak. n-edik rangú(0 - a cella szabad, 1 - a szó be van írva a cellába).

Asszociatív memória

Asszociatív memória(AP) ill Asszociatív tárolás(CAM) egy speciális gépi memória, amelyet alkalmazásokban használnak nagyon gyors keresés... Más néven tartalom címezhető memória, asszociatív tárolás, tartalom címezhető memória vagy asszociatív tömb bár ez utóbbi kifejezést gyakrabban használják a programozásban egy adatszerkezetre utalva. (Hannum et al., 2004)

Hardver asszociatív tömb

Ellentétben a hagyományos gépi memóriával (random access memory vagy RAM), amelyben a felhasználó beállítja a memóriacímet, és a RAM visszaadja az ezen a címen tárolt adatszót, az UA úgy van kialakítva, hogy a felhasználó állítsa be az adatszót, és a Az UA a teljes memóriában keresi, hogy megtudja, van-e benne valahol tárolva. Ha talál egy adatszót, az UA egy vagy több tárolócím listáját adja vissza, ahol a szó megtalálható (és egyes architektúrákban magát az adatszót vagy más kapcsolódó adatrészeket is visszaadja). Így az AP egy hardveres megvalósítása annak, amit programozási értelemben asszociatív tömbnek neveznénk.

A tartalom-címezhető memória iparági szabványai

Az AP és más hálózati keresési elemek (NSE) alapinterfészének meghatározását a Look-Aside Interface nevű interoperabilitási megállapodás határozza meg ( LA-1és LA-1B), amelyet a Networking Forum fejlesztett ki, amelyet később egyesítettek az Optical Internetworking Forummal (OIF). Az Integrated Device Technology, a Cypress Semiconductor, az IBM, a Netlogic Micro Systems és mások számos eszközt gyártottak ezen LA-megállapodások alapján. 2007. december 11-én az OIF soros kinézeti interfész megállapodást ( SLA).

Megvalósítás félvezetőkön

Mivel az AP-t úgy tervezték, hogy az összes memóriában egy művelettel keressen, sokkal gyorsabb, mint a RAM-ban való keresés gyakorlatilag az összes keresőalkalmazásban. Van azonban egy mínusz is az AP magasabb költségében. Az egyszerű tárolással rendelkező RAM chipekkel ellentétben a teljesen párhuzamos AP-ban minden egyes memóriabitnek saját összehasonlító áramkörrel kell rendelkeznie ahhoz, hogy megtalálja az egyezést a tárolt bit és a bemeneti bit között. Ezenkívül az adatszó egyes celláiból származó összehasonlítások kimeneteit össze kell kapcsolni, hogy eredményt kapjanak teljes eredmény az adatszó összehasonlítása. A kiegészítő áramkör növeli az AP chip fizikai méretét, ami növeli a gyártási költségeket. A kiegészítő áramkör a teljesítménydisszipációt is növeli, mivel az összes összehasonlító áramkör minden órajelben aktív. Ennek eredményeként az AP-t csak azokban használják speciális alkalmazások ahol a keresési sebesség nem érhető el más olcsóbb módszerekkel.

Alternatív megvalósítások

A sebesség, a memória mérete és a költség közötti eltérő egyensúly elérése érdekében egyes implementációk emulálják az AP-függvényeket szabványos fakereső vagy hardveresen megvalósított kivonatoló algoritmusok használatával, szintén eredményes munka hardveres trükkök, mint például a replikáció és a feldolgozás. Ezeket a terveket gyakran használják útválasztókban.

Terner asszociatív memória

A bináris UA az asszociatív memória legegyszerűbb típusa, amely adatkereső szavakat használ, amelyek teljes egészében egyesekből és nullákból álltak. A hármas UA hozzáad egy harmadik összehasonlítási értéket, „X” vagy „nem fontos” egy vagy több bithez a tárolt adatszóban, így nagyobb rugalmasságot biztosít a kereséshez. Például egy hármas UA tárolhatja a „10XX0” szót, amely megfelel a négy keresési szó „10000”, „10010”, „10100” vagy „10110” bármelyikének. A keresés rugalmasságának növelése a bináris AA költség rovására megy, mivel a belső memóriahelynek most három lehetséges állapotot kell kódolnia kettő helyett. Ezt a további állapotot általában úgy érik el, hogy minden memóriahelyhez adnak egy súlyossági (fontos/nem fontos) maszkbitet.

A holografikus asszociatív memória matematikai modellt ad a „nem fontos” bit integrált asszociatív memóriájához komplex értékű reprezentáció segítségével.

Alkalmazási példák

A számítógépekben gyakran használnak tartalom-címezhető memóriát hálózati eszközök... Például, amikor egy hálózati kapcsoló adatkeretet fogad az egyik portján, frissít egy belső táblázatot a keret MAC-címének forrásával és azzal a porttal, amelyen fogadta. Ezután megkeresi a cél MAC-címét a táblázatban, hogy meghatározza, melyik portra küldje a keretet, és elküldi arra a portra. A MAC-címtáblázatot általában bináris AP-ban valósítják meg, így a célport nagyon gyorsan megtalálható, csökkentve a váltási késleltetést.

A hármas hozzáférési pontokat gyakran használják hálózati útválasztókban, amelyekben minden cím két részből áll: (1) a hálózati címből, amelynek mérete az alhálózat konfigurációjától függően változhat, és (2) a gazdagép címéből, amely a fennmaradó biteket foglalja el. Minden alhálózathoz tartozik egy hálózati maszk, amely meghatározza, hogy mely bitek a hálózati címek és melyek a gazdagép címei. Az útválasztás az útválasztó által karbantartott útválasztási táblával való összehasonlítással történik. Tartalmazza az összes ismert célhálózati címet, a hozzájuk tartozó hálózati maszkot, valamint az adott célhoz irányított csomagokhoz szükséges információkat. Az AP nélkül megvalósított útválasztó összehasonlítja a felosztandó csomag célcímét az útválasztási táblázat minden egyes bejegyzésével, logikai ÉS-t hajt végre a hálózati maszkkal, és összehasonlítja az eredményeket a hálózati címmel. Ha egyenlők, akkor a megfelelő irányinformációt használják a csomag elküldésére. A hármas UA használata az útválasztási táblához nagyon hatékonysá teszi a keresési folyamatot. A címek tárolása a "nem fontos" bit használatával történik a gazdagép cím részében, így az UA-ban a célcím keresése azonnal lekéri a megfelelő bejegyzést az útválasztási táblázatban; mindkét műveletet – a maszkolást és az összehasonlítást – az AP hardverben hajtja végre.

Egyéb AP alkalmazások közé tartozik

Gyorsítótár-kezelők központi feldolgozó egységés asszociatív fordítási pufferek (TLB)

Bibliográfia

Kohonen T. Asszociatív tárolóeszközök. M .: Mir, 1982 .-- 384 p.

Angolul

Anargyros Krikelis, Charles C. Weems (szerkesztők) (1997) Asszociatív feldolgozás és processzorok, IEEE Computer Science Press. ISBN 0-8186-7661-2

Hannum et al. (2004) Rendszer és módszer egy teljesen asszociatív tömb ismert állapotba állítására és inicializálására bekapcsoláskor vagy gépspecifikus állapoton keresztül... MINKET. 6,823,434 számú szabadalom.

Linkek

Wikimédia Alapítvány. 2010.

Nézze meg, mi az "asszociatív memória" más szótárakban:

Az informatikában cím nélküli memória, amelyben az információt tartalma alapján keresik (asszociatív jellemző). Lásd még: Számítógép memória Alkalmazva szoftver Finam Pénzügyi szótár... Pénzügyi szókincs

asszociatív memória- Memória, amelyben a címzést nem az objektum helye, hanem annak tartalma határozza meg. A cím megtalálásához az objektumot elemzi, és a neve (bizonyos szavak esetén) megegyezik más címekkel. Az asszociatív memória használata ...... Műszaki fordítói útmutató

asszociatív memória- asszociatív tárolóeszköz; asszociatív memória Olyan tárolóeszköz, amelyben a hozzáférés helyét a tárolt információ tartalma határozza meg ... Politechnikai terminológiai magyarázó szótár

asszociatív memória- asociatyvioji atmintis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. asszociatív emlékezet vok. asszociatív Speicher, m; Durchsuchspeicher, m rus. asszociatív emlékezet, f pranc. mémoire asszociatív, f… Automatikos terminų žodynas

ASSOCIATÍV EMLÉKEZET- Lásd memória, asszociatív ... Pszichológiai magyarázó szótár

Ezt a cikket wikifikálni kellene. Kérjük, a cikk formázási szabályai szerint töltse ki. Az emberi memória asszociatív, vagyis bizonyos memória nagy területet generálhat hozzá. Egy téma jut eszünkbe... Wikipédia

többszintű oldaltáblázat több hozzáférést igényel a fő memóriához, ezért sok időt vesz igénybe. Egyes esetekben ez a késés elfogadhatatlan. A keresés felgyorsításának problémája a számítógép-architektúra szintjén megoldott.

A helyi adottságnak megfelelően a legtöbb program egy bizonyos időtartamra vonatkozik egy kis szám oldalakat, így az oldaltáblázatnak csak egy kis részét használják aktívan.

A gyorsítási probléma természetes megoldása, ha a számítógépet hardveres eszközzel látják el, amellyel virtuális oldalakat leképeznek a fizikai oldalakra anélkül, hogy hozzáférnének az oldaltáblázathoz, vagyis egy kicsi, gyors gyorsítótárral rendelkezik, amely tárolja a szükséges adatokat. Ebben a pillanatban oldaltáblázat része. Ezt az eszközt hívják asszociatív memória, a fordítási kinézeti puffer (TLB) kifejezést is használják néha.

Egy asztal bejegyzés asszociatív memória(egy bemenet) egy virtuális oldalról tartalmaz információkat: annak attribútumait és a keretet, amelyben található. Ezek a mezők pontosan megfelelnek az oldaltáblázat mezőinek.

Mivel asszociatív memória csak néhány oldaltábla bejegyzést tartalmaz, minden TLB bejegyzésnek tartalmaznia kell egy számozott mezőt virtuális oldal... A memóriát asszociatívnak nevezzük, mert egyidejűleg összehasonlítja a megjelenített számok számát virtuális oldal ennek a kis táblázatnak minden sorában megfelelő mezővel. Így adott kilátás a memória elég drága. Sorban, mezőn virtuális oldal amely egybeesik a kívánt értékkel, az oldal keretszámát megtalálja. Tipikus TLB bejegyzések 8-ról 4096-ra. A bejegyzések számának növekedése asszociatív memória olyan tényezők figyelembevételével kell elvégezni, mint a fő memória-gyorsítótár mérete és az utasításonkénti memóriaelérések száma.

Fontolja meg a memóriakezelő működését jelenlétében asszociatív memória.

Első megjelenítési információ virtuális oldal a fizikaiban keresik asszociatív memória... Ha a szükséges bejegyzés megtalálható, minden rendben van, kivéve a jogosultságsértés eseteit, amikor a memória-hozzáférési kérés elutasításra kerül.

Ha a kívánt bejegyzést be asszociatív memória hiányzik, a megjelenítés az oldaltáblázaton keresztül történik. Az egyik bejegyzés asszociatív memória talált rekordot az oldaltáblázatból. Itt egy csereproblémával állunk szemben, ami minden gyorsítótár esetében hagyományos (nevezetesen, hogy a gyorsítótár melyik bejegyzését kell módosítani). Tervezés asszociatív memória Az iratokat úgy kell megszerveznie, hogy új készítésekor el lehessen dönteni, hogy a régi iratok közül melyiket kell eltávolítani.

Sikeres keresések száma az oldalon belül asszociatív memória a keresések teljes számához viszonyítva találati aránynak (aránynak, aránynak) nevezzük. A "gyorsítótár találati százaléka" kifejezést is használják néha. Így a találati arány a hivatkozások azon része, amely segítségével elkészíthető asszociatív memória... Ugyanazon oldalak elérése növeli a találati arányt. Minél magasabb a találati arány, annál rövidebb az átlagos hozzáférési idő a bennük található adatokhoz véletlen hozzáférésű memória.

Tegyük fel például, hogy 100 ns-be telik a cím meghatározása abban az esetben, ha a gyorsítótár kihagyja az oldaltáblázatot, és a cím meghatározása a gyorsítótár-leütés esetén. asszociatív memória- 20 ns. 90%-os találati arány mellett az átlagos címmeghatározási idő 0,9x20 + 0,1x100 = 28 ns.

A modern operációs rendszer meglehetősen elfogadható teljesítménye bizonyítja a használat hatékonyságát asszociatív memória... Nagy a valószínűsége az adatok megtalálásának asszociatív memória ezeknek az objektív tulajdonságoknak a meglétéhez kapcsolódik: térbeli és időbeli lokalitás.

Figyelmet kell fordítani a következő tényre. A folyamatok kontextusának váltásakor ügyelni kell arra, hogy az új folyamat ne „láthasson be”. asszociatív memória az előző folyamattal kapcsolatos információk, például annak törlése. Tehát használ asszociatív memória növeli a kontextusváltási időt.

A figyelembe vett kétszintű ( asszociatív memória+ oldaltábla) a címfordítási séma a lokalitás elvén alapuló memóriahierarchia ékes példája, ahogyan azt az előző előadás bevezetőjében is tárgyaltuk.

Fordított oldaltáblázat

A többszintű szervezés ellenére több nagy oldaltáblázat tárolása továbbra is problémát jelent. Jelentősége különösen fontos a 64 bites architektúráknál, ahol nagyon nagy a virtuális oldalak száma. A megoldás a használata fordított oldaltáblázat(fordított oldaltáblázat). Ezt a megközelítést PowerPC-gépeken, egyes Hewlett-Packard munkaállomásokon, IBM RT-n, IBM AS / 400-on és sok máson használják.

Ez a táblázat egy bejegyzést tartalmaz minden egyes oldalkerethez a fizikai memóriában. Lényeges, hogy egy táblázat elegendő legyen minden folyamathoz. Így a megjelenítési funkció tárolására a fő memória fix része szükséges, függetlenül a bit architektúrától, méretétől és a folyamatok számától.

A RAM megtakarítása ellenére a használata fordított asztal jelentős hátránya van - a benne lévő bejegyzések (mint pl asszociatív memória) nincsenek a virtuális oldalszámok növekvő sorrendjében rendezve, ami megnehezíti a cím fordítását. A probléma megoldásának egyik módja a hash tábla használata. virtuális címek... Sőt, rész virtuális cím az oldalszámot reprezentáló hash-függvény segítségével egy hash táblára van leképezve. A fizikai memória minden oldala itt egy bejegyzésnek felel meg a hash táblázatban és fordított oldaltáblázat. Virtuális címek amelyek azonos hash értékkel vannak összefűzve egymással. Általában a lánc hossza nem haladja meg a két rekordot.

Oldalméret

A meglévő gépek operációs rendszer-tervezői ritkán képesek befolyásolni az oldalméretet. Az újonnan létrehozott számítógépek esetében azonban az optimális oldalmérettel kapcsolatos döntés lényeges. Ahogy az várható volt, nincs egyetlen legjobb méret. Inkább egy sor tényező befolyásolja a méretet. Az oldal mérete általában kettő hatványa 2 9 és 2 14 bájt között.

Az asszociatív tárolóeszközökben az információkat az egyes memóriacellákban rögzített asszociatív jellemzők keresik.

Az ilyen típusú memóriában a szükséges információ keresését nem a cím, hanem maga az információ tartalma (azaz az asszociatív jellemző) végzi. Ebben az esetben az asszociatív jellemző keresése időben párhuzamosan történik minden memóriacellánál. Az asszociatív keresés jelentősen leegyszerűsítheti és felgyorsíthatja az adatfeldolgozást. Ez annak köszönhető, hogy egy ilyen memóriában az információolvasás műveletét számos logikai művelet végrehajtásával kombinálják. Például olyan műveleteket hajthat végre, mint:

1) keresse meg a maximális vagy minimális számot a memóriában;

2) bizonyos határok közé zárt szavak keresése;

3) az asszociatív jellemzőhöz legközelebb álló szavak keresése, mind a nagyobb, mind a kisebb oldalról stb.

A legegyszerűbb asszociatív memória általában egyetlen műveletet hajt végre a szavak kiválasztásán, amelyek jellemzője egybeesik az asszociatív tulajdonsággal.

A tárolótömb (ZM) N cellát tartalmaz, mindegyik cella n + 1 bites. A cella foglaltságának jelzésére a szolgáltatás n-edik bitje kerül felhasználásra. Ha az n-edik bitben 0 van - akkor a cella szabad, ha 1 - akkor foglalt.

A bemeneti SM-en keresztül egy n-bites attribútum kerül az RGP asszociatív jellemzőregiszterbe, a keresési maszk kódja pedig az RGM maszk regiszterbe. Ebben az esetben az RGM regiszter n-edik bitje 0. Az asszociatív keresést csak azok a tulajdonságbitek hajtják végre, amelyek a maszkregiszterben az "1"-nek felelnek meg, vagyis az úgynevezett unmasked RGM bitek. . Így az M maszkkód megadásával tetszőlegesen kiválaszthatja a jellemző azon bitjeit, amelyek alapján a keresést végrehajtják.

Azoknál a ЗМ szavaknál, amelyekben minden számjegy egybeesik az RGP nem maszkolt bitjeivel, a KS 1 kombinált áramkör "1"-et állít be az RGC illesztési regiszter megfelelő bitjeiben. Így, ha a j-edik szó számjegye egybeesett az attribútum nem maszkolható bitjeivel, akkor az RGC regiszter j-edik bitjébe „1”, egyébként „0” lesz írva. Ha az RGC j-edik bitjébe "1"-et írunk, az azt jelenti, hogy a j-edik szó felel meg a jellemzőnek, azaz. ez az a szó, amit valójában a ZM-ben keresnek.

A maszkregiszterbe írnak egy szót, amely lehetővé teszi az asszociatív attribútum egészének vagy csak néhány bitjének lekérdezését; a maszk használata lehetővé teszi a keresési terület csökkentését vagy bővítését.

Az információkeresés párhuzamosan történik az összes cellában, összehasonlítva a kérést az egyes cellák asszociatív attribútumaival.

A keresési eredményt egy speciális kombinációs áramkör képezi, amely olyan jeleket generál, amelyek a keresési feltételeknek megfelelő szavak hiányáról, egyetlen szó jelenlétéről, több ilyen asszociációs tulajdonságú szó jelenlétéről értesítenek.

A figyelmeztető jelzések kialakítása és feldolgozása után a vezérlő áramkör beolvassa a szükséges információkat.

Az információ rögzítésekor először egy szabad cellát találunk. Ehhez egy asszociatív keresési műveletet hajt végre egy olyan szolgáltatás, amelynek minden bitje „0”-val rendelkezik, és a maszkregiszterben „0” van minden bitben, kivéve a legkisebb jelentőségű n-edik bitet.

Így azok a 3M cellák kerülnek meghatározásra, amelyeknél az n-edik bitben „0” van írva, ami azt jelenti, hogy a cella nincs foglalt. Az RGI információs regiszterből származó szó a legalacsonyabb számú szabad cellába kerül.

Ha további kombinációs áramköröket használ az asszociatív memóriában, akkor különféle logikai műveleteket hajthat végre, meghatározva a maximális vagy minimális számot, az azonos asszociatív attribútummal rendelkező szavak számát stb. Az 1. ábra az asszociatív memória szerkezetét mutatja. Az asszociatív memória memóriacelláinak statikus memóriaelemeknek kell lenniük, az asszociatív emlékezetben az összes cella egyszerre érhető el, és nem szakíthatják meg regenerációs ciklusok. Az asszociatív memória a leggyorsabb, de nagyon költséges, mivel ehhez egy további összehasonlítási séma bevezetése szükséges, amely lehetővé teszi az egyes memóriacellák keresését. Ezért az ilyen memóriákat általában nem használják tiszta formájában, és a nagy sebességű memóriaeszközök, például a gyorsítótár általában részben asszociatív módon futnak.

A mikroprocesszorokban az asszociatív memóriát (memória tartalomlekéréssel) a gyorsítótár részeként használják a végrehajtható program utasításai és operandusai cím részének tárolására. Ebben az esetben nem kell hozzáférni a RAM-hoz a következő parancshoz vagy a szükséges operandushoz, elég az asszociatív attribútum regiszterébe beírni a kívánt címet, és ha a szükséges információ elérhető a memória gyorsítótárában, akkor azonnal kiadják. A RAM-hoz való hozzáférés csak akkor szükséges, ha a szükséges információ nem található a gyorsítótárban. A gyorsítótár ilyen használatának köszönhetően csökken a RAM-hoz érkező hívások száma, és ezzel időt takaríthatunk meg, mivel a gyorsítótár elérése körülbelül 10-szer kevesebb időt igényel, mint a RAM elérése.

Verem memória szervezés

Ha az írást és az olvasást ugyanazon a regiszteren keresztül hajtják végre, akkor egy ilyen eszközt verem memóriának neveznek, amely az "első be, utolsó ki" elvén működik (FILO-First Input, Last Output).

A veremmemória, akárcsak az asszociatív memória, cím nélküli, egydimenziós tömböt képező cellák gyűjteménye, amelyben a szomszédos cellák szóátvitel bitláncaival kapcsolódnak egymáshoz. A szavak mindig a felső nulla cellába íródnak. Ebben az esetben az összes korábban írt szó egy cellával lejjebb tolódik. Az olvasás az írás fordított sorrendjében történik.

Megvan a verem memória széleskörű felhasználás... Ennek megvalósításához az operációs rendszer programjai révén a verem memóriájának egy részét lefoglalják a RAM-ban. A gyakorlatban a veremmemória rendszerezése gyakran közönséges címmemória segítségével történik.

Tekintsük a veremmemória szerveződését olyan memóriaként, amely összefüggő memóriacellákból alakul ki, amelyben az információ lefelé tolódik el, amikor új szót írunk a verembe (2. ábra). Az információcsere csak a felső memóriacellán keresztül történik. Amikor szavakat olvas a veremből, a szó eltávolítható a verem memóriájából vagy mozgatható a gyűrű körül, a verem felépítésétől függően. Az olvasási módot – utolsó be, elsőként – LIFO-nak (Last In First Out) hívják.

2. ábra Verem memóriaszervezés.

Az ilyen memória hardveres megvalósítása nem mindig célszerű, és gyakran a veremmemória a számítógép fő memóriájában programozottan szerveződik, ami lehetővé teszi a verem méretének igény szerinti megváltoztatását. A verem szervezésekor egy speciális címregiszter van lefoglalva a fő memóriában - a „veremmutató”. A veremmutató a verembe utoljára betolt szó címét tartalmazza. Ha egy szót a verembe írunk, a verem tetejének címe automatikusan csökken, olvasáskor pedig automatikusan nő. A veremmemória általában az állapot tárolására szolgál aktuális program megszakítás kezelésekor. A megszakító program végrehajtása után az írási sorrend fordított sorrendjében visszaáll minden regiszter állapota, amely a program megszakításakor létezett. A verembe programadatokat is menthetünk, ez azért kényelmes, mert a verem elérésekor nem kell megadni a programban lévő memóriacella címét, a veremből is lekérhetők az információk cím megadása nélkül.

A memóriaeszközök általános információi és osztályozása

2. előadás A számítógép memóriájának szervezése.

Miniszuperszámítógép és szuperminiszámítógép.

Kis- és mikroszámítógépek.

A számítógépeknek nagyszámú, viszonylagosan szólva "kis" alkalmazása létezik, mint például a termékek gyártásellenőrzésének automatizálása, a kísérletek során végzett adatfeldolgozás, a kommunikációs vonalról érkező adatok fogadása és feldolgozása, a vezérlés. technológiai folyamatok, szerszámgépek és különféle digitális terminálok vezérlése, kisebb számítástechnikai problémák.

Jelenleg a kis- és mikroszámítógépek különféle "okos" eszközökbe vannak beágyazva (elektromos mérőórák, mikrohullámú sütők, mosógépek, modemek, érzékelők stb.).

Az osztályozásból hiányoznak az egyértelmű határok a számításba vett számítógéptípusok között. V Utóbbi időben két köztes típust kezdett megkülönböztetni.

A szuperminiszámítógépek közé tartoznak a nagy teljesítményű számítógépek, amelyek egy vagy több lazán csatolt processzort tartalmaznak közös gerinccel (közös busszal) kombinálva. A szupermini számítógépre jellemző, hogy a lebegőpontos számokon végzett aritmetikai műveleteinek sebessége lényegesen kisebb, mint az információ-logikai lekérdezéseknek megfelelő parancsok keveréke által meghatározott műveleti sebesség. Ebbe a típusba tartozik az IBM Deep Blue sakkszámítógép.

A miniszuperszámítógépek leegyszerűsített (különösen egy rövidebb szó miatt) többprocesszoros számítógépek, leggyakrabban vektor- és csővezetékes feldolgozási eszközökkel, amelyek nagy sebességgel hajtanak végre műveleteket lebegőpontos számokon. Ebbe a típusba tartoznak az SMP (Symmetric multiprocessor) architektúrával rendelkező számítógépek.

A tárolóeszközök az alábbi szempontok szerint osztályozhatók: · a tárolóelemek típusa szerint · funkcionális rendeltetés szerint · a keringési szervezet típusa szerint · a leolvasás jellege szerint · a tárolási mód szerint · a szervezés módja szerint · a tároló típusa szerint. tárolóelemek Félvezető Mágneses Kondenzátor Optoelektronikus Holografikus Kriogén Funkcionális rendeltetés szerint RAM RAM VZU ROM EPROM

Kezelés megszervezése szerint Sorozatos kereséssel Közvetlen hozzáféréssel Közvetlen hozzáféréssel vagy Cím Asszociatív Stack Tárolás Az olvasás jellege szerint Információ megsemmisítéssel Információ megsemmisítés nélkül Tárolási móddal Statikus Dinamikus Szervezési móddal Egykoordinátás Kétkoordinátás Háromkoordinátás Kettő -három koordináta

memória A számítógép információ tárolására, tárolására és kiadására szolgáló eszközök összessége. Az ebben a készletben található egyes eszközök ún tárolóeszközök vagy ilyen vagy olyan típusú emlékek.

A számítógép teljesítményét és számítási képességeit nagymértékben meghatározza a memóriájának összetétele és jellemzői. A számítógép részeként többféle memóriaeszközt használnak egyidejűleg, amelyek eltérőek a működési elvben, a jellemzőkben és a célban.

A memóriában a fő műveletek az információk bevitele a memóriába - felvételés információ kinyerése a memóriából - olvasás... Mindkét műveletet ún memória hozzáférés.

A memória elérésekor bizonyos adategység beolvasása vagy írása történik – az eszközök esetében más különböző típusok... Ilyen egység lehet például egy bájt, egy gépi szó vagy egy adatblokk.

A legfontosabb jellemzők az egyes memóriaeszközök (tárolóeszközök) memóriakapacitás, fajlagos kapacitás, teljesítmény.

Memória kapacitás eltökélt maximális szám benne tárolható adatok.

Fajlagos kapacitás a tárolókapacitás és a fizikai térfogat aránya.

Rögzítési sűrűség a tárolókapacitás és a hordozó területének aránya. Például be HDD kapacitás 10 GB-ig a felvételi sűrűség 2 GB négyzetméterenként. hüvelyk.

Memória sebessége a hozzáférési művelet időtartama határozza meg, azaz a kívánt információegység memóriában való megtalálására és kiolvasására fordított idő ( olvasási hozzáférési idő), vagy egy adott információegység tárolására szolgáló memóriahely keresésének és beírásának ideje memória (hozzáférési idő felvételkor).

A memóriaelérés időtartama (memóriaciklus ideje) olvasás közben

ahol a hozzáférési idő, amelyet az olvasás közbeni hozzáférési művelet kezdete és az információs egység elérése közötti időintervallum határoz meg; - magának a fizikai olvasási folyamatnak az időtartama, azaz az információhordozó felületének megfelelő tárolóelemeinek vagy területeinek állapotfelismerési és rögzítési folyamata.

Egyes memóriaeszközökben az információ beolvasása annak megsemmisítésével (törlésével) jár együtt. Ebben az esetben a hozzáférési ciklusnak tartalmaznia kell az olvasott információ visszaállításának (újragenerálásának) műveletét ugyanott a memóriában.

A hozzáférés időtartama (ciklusidő) rögzítéskor

hol van a rögzítés közbeni hozzáférési idő, azaz a rögzítés közbeni hozzáférés megkezdésének pillanatától addig a pillanatig eltelt idő, amíg lehetővé válik a rögzítést tartalmazó tárolóelemekhez (vagy az adathordozó felületének területeihez) való hozzáférés készült; - elvitelre fordított felkészülési idő a kezdeti állapot tárolóelemek vagy az információhordozó felületének területei egy bizonyos információegység (például egy bájt vagy szó) rögzítésére; - az információbevitel időpontja, azaz a tárolóelemek (a hordozó felületének területei) állapotváltozásai. Javarészt

A memóriaelérési ciklus időtartamaként az érték

A memóriában megvalósított műveletek függvényében megkülönböztetünk hozzáféréseket: a) véletlen hozzáférésű memória (az adatok a memóriába olvashatók és írhatók); b) memória csak információ olvasására ("állandó" vagy "egyirányú"). Az információk állandó memóriába történő rögzítése az előállítás vagy beállítás folyamatában történik.

Az ilyen típusú memória a RAM (random access memory) és a ROM (csak olvasható memória) kifejezéseknek felel meg.

A hozzáférés megszervezésének módja szerint a memóriaeszközöket megkülönböztetik közvetlen (tetszőleges), közvetlen (ciklikus) és szekvenciális hozzáféréssel.

óta emlékben közvetlen (önkényes) a hozzáférés, a hozzáférési idő, és így a hozzáférési ciklus nem függ attól a memóriaterülettől, ahonnan az információ beolvasásra kerül, vagy amelybe az információ be van írva. A legtöbb esetben a közvetlen hozzáférés elektronikus (félvezető) tárolóeszközök segítségével valósul meg. Az ilyen memóriákban a ciklus általában 70 nanoszekundum vagy kevesebb. A memóriába olvasott vagy írt bitek számát közvetlen eléréssel párhuzamosan, egy hozzáférési művelethez hívjuk mintavételi szélesség.

A másik két memóriatípus lassabb elektromechanikus folyamatokat használ. A készülékekben közvetlen hozzáférésű memória amelyek magukban foglalják lemezes eszközök Az információhordozó folyamatos forgása miatt ciklikusan megismétlődik az a képesség, hogy a médium egy részére olvasás vagy írás céljából hivatkozni lehessen. Az ilyen memóriában a hozzáférési idő általában néhány másodperc töredékétől több tíz ezredmásodpercig terjed.

Gondolatban szekvenciális hozzáféréssel az információhordozó szakaszait egymás után pásztázzák, amíg a hordozó kívánt szakasza valamilyen kezdeti pozíciót nem vesz fel. Tipikus példa erre a mágnesszalagos tárolóeszköz, az ún. szalagok ( streamer). A hozzáférési idő kedvezőtlen esetekben a több percet is elérheti.

Jó példa A szalagos meghajtó egy ARVID adapter alkalmazása VHS videomagnóval. A meghajtó tárolókapacitása 4 GB / 180 perc.

A memóriák különböznek a számítógépben végrehajtott funkciókban is, amelyek különösen a memória helyétől függenek a számítógép szerkezetében.

A memóriakapacitás és a sebesség követelményei ellentmondanak egymásnak. Minél gyorsabb a teljesítmény, annál nehezebb elérni, és annál költségesebb a memóriakapacitás növelése. A memória költsége a számítógép teljes költségének jelentős részét teszi ki. Ezért a számítógép memóriája különböző sebességű és kapacitású memóriaeszközök hierarchikus struktúrájába szerveződik. Általában a számítógép a következő típusú memóriákat tartalmazza, a sebesség csökkenésének és a kapacitás növekedésének sorrendjében.

A memória hierarchikus felépítése lehetővé teszi a nagy mennyiségű információ tárolásának költséghatékony kombinálását gyors hozzáférés a feldolgozás folyamatában lévő információkhoz.

2.1. táblázat.

RAM vagy fő memória(OP) olyan eszköz, amely a processzor aritmetikai logikai egységében (ALU) és vezérlőegységében (CU) a műveletek végrehajtása során közvetlenül használt információk (programadatok, közbenső és végső feldolgozási eredmények) tárolására szolgál.

Az információfeldolgozás során a processzor és az OP szoros interakciója megy végbe. A programparancsok és operandusok az OP-ból a processzorba kerülnek, amelyen a parancs által előírt műveletek végrehajtásra kerülnek, a processzortól pedig az OP-hoz a közbenső és végső feldolgozási eredmények tárolásra kerülnek.

Az OP jellemzői közvetlenül befolyásolják a számítógép fő mutatóit, és mindenekelőtt működésének sebességét. Jelenleg a RAM kapacitása több MB-tól több GB-ig terjed, ciklusa pedig körülbelül 60 ns vagy kevesebb. Az OP memóriaeszközöket magas integráltságú integrált áramkörökön gyártják (félvezető memória).

A közelmúltban számos cég bejelentette az 1 GB-os dinamikus memóriachipek sorozatgyártásának megkezdését. Az elismert vezető a Samsung. A legnépszerűbb termék ma a 64 MB-os chip. A következő évben a 128 MB és 256 MB chipek széles körű használata várható.

Egyes esetekben az OP sebessége elégtelennek bizonyul, és a gépnek SOP-t kell tartalmaznia (több száz vagy több ezer kilobájtnyi puffer vagy gyorsítótár több nanoszekundumos ciklussal. Az ilyen SOP-ok statikus memóriachipeken futnak). A gyorsítótár sebességének meg kell egyeznie a processzor aritmetikai - logikai és vezérlő eszközeinek sebességével A szuperoperatív (puffer) memória a processzor által az OP-ból kiolvasott programrészek, adatcsoportok közbenső tárolására szolgál, mint a program munkacelláinak , index regiszterek, tárolására szolgáltatási információk irányítására használják számítási folyamat... Megfelelő kapcsolatként működik a processzor nagy sebességű logikai eszközei és a lassabb OP között.

A nagysebességű, véletlen hozzáférésű és közvetlen hozzáférésű memóriát OP és SOPként használják.

Általában a memória kapacitása nem elegendő az összes szükséges adat számítógépben való tárolására. Ezért a számítógép több közvetlen hozzáféréssel rendelkező tárolóeszközt tartalmaz lemezeken (egy tárolóeszköz kapacitása merevlemezeken 1-30 GB), és több tárolóeszközt is tartalmaz, amelyek szekvenciálisan elérhetők mágnesszalagokon (egy tárolóeszköz kapacitása 4-35 GB).

A véletlen elérésű memória az SOP-val és a processzor néhány más speciális memóriájával együtt belső memória Számítógép (4.1. ábra). Elektromechanikus töltők képződnek külső memória Számítógépek, és magukat ezért nevezik külső tárolóeszközök(OVC).

Bármilyen típusú tárolóeszköz egy információkat tároló tárolótömbből és blokkokból áll, amelyek a tömbben való keresésre, az információk írására és olvasására (és bizonyos esetekben újragenerálására) szolgálnak.

A ZM-ben egy szó beírásakor (vagy olvasásakor) a műveletet kezdeményező parancsnak meg kell adnia azt a címet (cellaszámot), amelyen az írás (olvasás) történik.

Címkód szerint be RgA BAV jeleket generál a megfelelő memóriacellában, amelyek lehetővé teszik egy szó olvasását vagy írását a cellában.

Vezérlőblokk BUP generálja a szükséges vezérlőjel-sorozatokat, amelyek elindítják az egyes memóriacsomópontok működését.

Az asszociatív memória tipikus struktúrája az ábrán látható. 4.3. A tárolótömb N (n + 1) bites cellát tartalmaz. A cella foglaltságának jelzésére a szolgáltatás n-edik bitjét használjuk (0 – a cella szabad, 1 – egy szót írunk a cellába).

Rizs. 2.2. Az asszociatív memória szerkezete

A bemeneti adatbuszon SHIVh az asszociatív attribútumregiszterbe RgAP a 0..n-1 bitekben n bites asszociatív kérés érkezik, és a maszk regiszterben Rgm- maszkkód keresése n-bittel Rgmértéke 0. Az asszociatív keresés csak egy bitkészletre történik RgAP 1 hüvelyknek felel meg Rgm(lefedett darabok RgAP). Azoknál a szavaknál, amelyekben a számjegyek számjegyei egybeesnek a nem maszkolt számjegyekkel RgAP, kombinált áramkör KS az illesztési regiszter megfelelő bitjeit 1-re állítja PrSvés 0 a többi számjegyhez. Tehát az érték j-a kategóriában PrSv kifejezés határozza meg

PrSv (j)=

ahol RgAP[én], Rgm[én] és ZM[j, i] - értékek én-edik kategória, ill RgAP, RgMés j-és sejtek ZM.

Kombinációs séma az asszociatív kezelés eredményének kialakítására FS ben képzett szóból formák PrSv, 0-t, 1-et, 2-t jelez a szóhiány eseteinek megfelelően ZM amelyek kielégítik az asszociatív jellemzőt, és egy (vagy több) ilyen szó jelenlétét.

Tartalomformálás PrSvés tartalom szerint 0-t, 1-et, 2-t jelez RgAP, RgMés ZM hívott egyesületi vezérlési művelet... Ez a művelet az olvasási és írási műveletek szerves része, bár önálló jelentése is van.

Olvasáskor először az asszociációt egy asszociatív funkció figyeli RgAP... Ekkor, ha a 0 = 1, a kiolvasás megszakad a szükséges információ hiánya miatt, ha a 1 = 1, akkor beolvasásra kerül RgI talált szó, 2 = 1 in RgI egy szót olvasunk ki abból a cellából, amelyiknek a legkisebb a száma az 1-gyel jelölt cellák közül PrSv... Tól től RgI az olvasott szó jelenik meg Shivykh.

Íráskor először egy szabad cellát keres a rendszer. Ehhez az egyesület ellenőrzési műveletét akkor végzik el, amikor RgAP= 111 ... 10 és Rgm= 00 ... 01, míg a szabad cellák 1 hüvelykesek PrSv... Egy üres cella kerül kiválasztásra a legalacsonyabb számmal. Rögzíti a tőle kapott szót SHIVh v RgI.

Az asszociáció vezérlésének működésével szavak emlékezetből való kiolvasása nélkül is meg lehet határozni a tartalom alapján PrSv hány olyan szó van a memóriában, amely kielégít egy asszociatív jellemzőt, például olyan kérések végrehajtására, mint például, hogy egy csoportban hány diáknak van kitűnő osztályzata egy adott tudományágban. Az asszociatív memóriában a megfelelő kombinációs áramkörök használatával meglehetősen bonyolult logikai műveletek hajthatók végre, mint például nagyobb (kisebb) szám keresése, bizonyos határok közé zárt szavak keresése, maximális (minimális) szám keresése stb. a memóriát például az OP hardveres dinamikus elosztásánál használják.

Vegye figyelembe, hogy az asszociatív memória olyan memóriaelemeket igényel, amelyek a benne rögzített információk megsemmisítése nélkül olvashatók. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az asszociatív keresés az egészet beolvassa ZM minden lefedett bitre, és nincs hová tárolni az olvasás által ideiglenesen megsemmisült információkat.

Verem memória, valamint az asszociatív, cím nélküli. A veremmemória egydimenziós tömböt képező cellák gyűjteményének tekinthető, amelyben a szomszédos cellák bitszóátviteli áramkörökkel kapcsolódnak egymáshoz. Egy új szó a felső cellába (0. cellába) íródik, míg az összes korábban írt szó (beleértve a 0-s cellában lévő szót is) lefelé tolódik a szomszédos cellákba, ahol a számok 1-gyel nagyobbak. Az olvasás csak a felső (nulla) memóriacellából lehetséges, míg törléssel történő olvasás esetén a memóriában lévő összes többi szó felfelé tolódik, a szomszédos, nagy számmal rendelkező cellákba. Ebben az emlékezetben a szavak olvasási sorrendje a következő szabályt követi: utolsó az elsőben. Számos ilyen típusú eszköz lehetővé teszi egy szó egyszerű kiolvasását a nulladik cellából (a szó törlése és a memóriában való eltolása nélkül). Néha a veremmemóriát veremszámlálóval látják el Fiókok, mutatja a megjegyzett szavak számát. Jel Fiókok= 0 üres veremnek felel meg, Fiókok= N- 1 - töltött köteg.

Általában a veremmemória rendszerezése címmemória segítségével történik. Ilyenkor általában hiányzik a veremszámláló, mivel a veremmutatóból következtethető a memóriában lévő szavak száma. A veremmemóriát széles körben használják beágyazott adatstruktúrák feldolgozásakor, cím nélküli parancsok és megszakítások végrehajtása során.

A számítógép-processzor architekturális felépítése

A processzor központi helyet foglal el a számítógép architektúrájában, vezérli a számítógépet alkotó összes fő komponens interakcióját. Közvetlenül feldolgozza az információkat, és ennek a folyamatnak a programvezérlése dekódolja és végrehajtja a programparancsokat, szervezi a véletlen hozzáférésű memória hívását. (RAM), szükség esetén műveleteket kezdeményez a perifériás eszközök be-/kimenete és működtetése, érzékeli és feldolgozza mind a számítógépes eszközökről, mind a külső környezetből érkező kéréseket (megszakító rendszer szervezése). Az egyes parancsok végrehajtása kisebb műveletek végrehajtásából áll - mikroutasítások, amelyek bizonyos elemi műveleteket hajtanak végre. A mikro-utasítások halmazát a parancsrendszer és az adott számítógép logikai felépítése határozza meg. Így minden számítógépes parancsot egy megfelelő, csak olvasható memóriában (ROM) tárolt mikroprogram valósít meg. Egyes számítógépeken (elsősorban speciálisakon) az utasítások egésze vagy egy része hardverben van implementálva, ami lehetővé teszi azok teljesítményének növelését a gép parancsrendszerének rugalmasságának egy bizonyos részének elvesztése miatt. A számítógépes parancsok megvalósításának egyik és második módjának is megvannak a maga előnyei és hátrányai.

A mikroprogramozási nyelv a regiszter szinten működő digitális eszközök leírására szolgál. Egyszerű és vizuális eszközökkel rendelkezik a gépi szavak, regiszterek, buszok és a számítógép egyéb alapvető elemeinek leírására. A fentiek alapján a számítógépen végzett számítási folyamat leírására szolgáló nyelvek hierarchiája általában négy szinten ábrázolható: (1) Boole-művelet (kombinált LAN-ok működése) => (2) mikroutasítás (művelet) of computer node) => (3) parancs (a számítógép működése) => (4) a HLU operátora (a megoldandó probléma algoritmusának leírása). A mikroutasítások közötti időzítés meghatározásához be kell állítani egy időegységet (ciklust), amely alatt a leghosszabb mikroutasítás végrehajtásra kerül. Ezért egy számítógépes parancs végrehajtása egy speciális processzoreszköz - óragenerátor - által generált szinkronimpulzusokkal, órajel frekvenciája(MHz-ben mérve) nagymértékben meghatározza a számítógép sebességét. Természetesen más számítógéposztályok esetében ez a mutató egyébként a teljesítményhez kapcsolódik, amelyet olyan további tényezők határoznak meg, mint pl.

Memória hozzáférési szélesség,

Minta idő,

Bit mélység,

A processzor és társprocesszorainak architektúrája,

Néhány formális számítógép központi processzorának (CPU) kinagyított diagramja látható az ábrán, amelyen csak a fő blokkjai láthatók: vezérlőregiszterek (UR), vezérlőegység (CU), ROM, aritmetikai logikai egység (ALU), regiszter memória. (RP), cache memória és interfész egység (IB). A CPU a fentieken túl számos további blokkot is tartalmaz (megszakítások, OP védelem, felügyelet és diagnosztika stb.), amelyek felépítését és célját itt nem vesszük figyelembe. A CU egység vezérlőjelek sorozatát állítja elő, amelyek elindítják a megfelelő (ROM-ban található) mikroutasítás-sorozat végrehajtását, amely végrehajtja az aktuális parancsot. Ezzel együtt a vezérlőegység vezérlőjelek küldésével, CPU adatcserével koordinálja az összes számítógépes eszköz működését<->OP, információk tárolása és feldolgozása, interfész a felhasználóval, tesztelés és diagnosztika stb. Ezért célszerű a vezérlőegységet külön CPU egységnek tekinteni; a gyakorlatban azonban a vezérlőáramkörök többsége a számítógépen belül van elosztva. Számos vezérlővezeték köti össze őket, amelyek jeleket továbbítanak az összes számítógépes eszköz működésének szinkronizálásához, és jeleket fogadnak az állapotukról. Az UR blokk ideiglenes tárolásra szolgál kezelési információkés regisztereket és számlálókat tartalmaz, amelyek a CU-val együtt vesznek részt a számítási folyamat irányításában, a CPU állapotregisztere, a program (SSP), a parancsszámláló (SC) egy olyan regiszter, amely az OP-ban végrehajtott parancs címét tárolja. (az aktuális parancs végrehajtása során annak tartalma frissül a következő parancsok címére), a parancsregiszter (RK) tartalmazza a végrehajtandó parancsot (kimenetei vezérlőáramkörökhöz vannak kötve, amelyek időben elosztott jeleket generálnak, amelyek szükségesek parancsok végrehajtása)

Az RP blokk kis méretű nagy sebességű (az OP-nál nagyobb sebességű) memória regisztereit tartalmazza, ami lehetővé teszi a CPU sebességének és logikai képességeinek növelését. Ezeket a regisztereket az utasításokban rövidített regisztercímzéssel használják (csak a regiszterszámok vannak feltüntetve), és operandusok, műveleti eredmények tárolására szolgálnak, mint alap- és indexregiszterek, veremmutatók stb. Egyes CPU-kban az alap- és indexregiszterek a program részét képezik. Az UT blokk általában az RP-t nagy sebességű félvezető integrált tárolóeszközök formájában hajtják végre

Az ALU blokk az OP-ból érkező és az RP-ben tárolt adatokon aritmetikai és logikai műveletek végrehajtására szolgál, és a CU vezérlése alatt működik. Az ALU aritmetikai műveleteket végez fix és lebegőpontos bináris számokon, decimális számokon, feldolgozást végez szimbolikus információ fix és változó hosszúságú szavak felett. Logikai műveletek egyedi biteken, bitcsoportokon, bájtokon és azok sorozatain hajtják végre. Az ALU által végrehajtott művelet típusát az éppen működő program aktuális parancsa határozza meg, pontosabban az ALU-t a CU által neki adott műveletek végrehajtására használják. Általános esetben a számítógép által feldolgozott információ fix számú n bitet tartalmazó szavakból áll (például n = 8, 16, 32, 64, 128 bit). Ebben az esetben az ALU-nak képesnek kell lennie n-bites szavakkal végzett műveletekre, az operandusok az OP-ból érkeznek az ALU regiszterekbe, és az UU jelzi a rajtuk végrehajtandó műveletet, az egyes aritmetikai-logikai műveletek eredményét. egy speciális összeadó regiszterben tároljuk, amely az aritmetikai-logikai műveletek fő regisztere.

Az összeadó kapuáramkörökhöz csatlakozik, hogy elvégezze a szükséges műveleteket a tartalmán és más regiszterek tartalmán. Egyes számítógépek több mint 4 összeadóval rendelkeznek, ezek az általános célú regiszterek (RON) speciális csoportjához vannak hozzárendelve. Szerkezetileg az ALU-t egy vagy több LSI / VLSI-n hajtják végre, míg a CPU-nak lehet egy univerzális célú ALU-ja, vagy több, bizonyos típusú műveletekre specializálódott. Ez utóbbi esetben a CPU szerkezeti összetettsége növekszik, de teljesítménye nő az egyes műveletek számítási sémáinak specializálódása és egyszerűsítése miatt. Ezt a megközelítést széles körben használják a modern általános célú számítógépekben és szuperszámítógépekben teljesítményük javítására. különböző osztályok Mainframe számítógépek, ALU-k használata Általános elvek aritmetikai-logikai műveletek végrehajtása. Az eltérések az ALU szervezet áramköri megoldásaira és a működés megvalósításának elveire vonatkoznak, amelyek biztosítják azok megvalósításának felgyorsítását.

Az interfész egység (IB) biztosítja az információcserét a CPU és az OP között, valamint az OP szakaszainak védelmét a jogosulatlan hozzáféréstől az aktuális program számára, valamint a CPU összekapcsolását perifériás eszközökkel és egyéb külső eszközökkel (VU ), amelyek lehetnek más processzorok és számítógépek is. ... Konkrétabban, az IB két regisztert tartalmaz, amelyek kommunikációt biztosítanak az OP-val - a memóriacímregisztert (RAP) és a memóriaadat-regisztert (RDP). Az első regiszter annak az OP cellának a címét tárolja, amellyel adatcsere történik, a második pedig a tényleges csereadatokat tartalmazza. A vezérlő és diagnosztikai egység (MCU) a CPU csomópontjainak hibáinak és hibáinak észlelésére, az aktuális program működésének visszaállítására a meghibásodások után, valamint a hibák lokalizálására szolgál.

Ennek tudatában mutassuk be a processzor általi programvégrehajtás általános sémáját. Az OP-ban található program végrehajtása azzal kezdődik, hogy az első parancsának címét elküldik a CS-nek, a CS tartalma az ATM-nek, és egy olvasási vezérlőjelet küld az OP-nak. Bizonyos idő elteltével (az OP elérési idejének megfelelően) a címzett szó (jelen esetben a program első parancsa) kinyerésre kerül az OP-ból és betöltődik az RDP-be, majd az RDP tartalma elküldésre kerül a SC. Ebben a szakaszban a parancs készen áll a CU dekódolására és végrehajtására. Ha a parancs tartalmaz egy, az ALU által végrehajtandó műveletet, akkor be kell szerezni a szükséges operandusokat. Ha az operandus az OP-ban van (és lehet az UR-ban is), akkor azt a memóriából kell kiválasztani. Ehhez az operandus címe elküldésre kerül a RAP-nak, és megkezdődik az olvasási ciklus Az RDP-ben lévő memóriából kiválasztott operandus átvihető az ALU-ba. Egy vagy több operandus kiválasztása után az ALU elvégezheti a kívánt műveletet, és az eredményt a RON egyikében tárolja. Ha a művelet eredményét meg kell memorizálni az OP-ban, akkor azt el kell küldeni az RDP-nek.A RAP-nak elküldi annak a cellának a címét, amelybe az eredményt el kell helyezni, és megkezdődik az írási ciklus. Eközben a CK tartalma növekszik, jelezve a következő végrehajtandó parancsot. Így amint az aktuális parancs végrehajtása befejeződött, azonnal megkezdődhet a program következő parancsának végrehajtására való kiválasztás.

Az OP és a CPU közötti adatátvitel mellett biztosítani kell az adatcserét a JE-vel, amely az I / O-t vezérlő gépi parancsokkal történik. A programok végrehajtásának természetes sorrendje megszakadhat, ha megszakítási jel érkezik. A megszakítás egy olyan szolgáltatáskérés, amelyet a kapcsolódó megszakítási szolgáltatási rutint (IPP) végrehajtó CPU kezel. Mivel a megszakítás és feldolgozása megváltoztathatja a CPU belső állapotát, az EPP kezdete előtt az OP-ban tárolódik. Az állami megőrzés az RK, UR tartalmának és bizonyos ellenőrzési információknak az OP-nak való elküldésével valósul meg. Az EPP lejárta után a CPU állapota visszaáll, lehetővé téve a megszakított program végrehajtásának folytatását.