Структура и алгоритм функционирования ЭВМ классической модели

Вводные замечания

Дать пояснения отличий классических моделей принстонской и гарвардской. Пояснить классификацию архитектур, обозначаемых ОКОД, ОКМД, МКОД, МКМД. Указать, что проектируется ОКОД архитектура и привести рисунок структуры ЭВМ.

Функциональная модель ЭВМ

Представить на рисунке основные компоненты ЭВМ (в том числе контроллер прерывания) и их составные части на уровне регистровых передач. Пояснить особенности взаимодействия компонентов.

Алгоритм функционирования ЭВМ

Пояснить основные этапы выборки и выполнения команд. Указать процедуры, используемые при описании алгоритма функционирования ЭВМ. Разработать и привести графическую схему обобщенного алгоритма (ГСА) функционирования ЭВМ и ГСА процедур, используемых в алгоритме.

Средства управления прерываниями

Пояснить необходимость инициализации таблицы векторов прерываний (IVT). Пояснить алгоритм функционирования CPU при обработке запроса прерывания (вход INTR CPU). Дать рисунок, поясняющий составные части контроллера прерываний и особенности его программирования.

Организация виртуальной памяти

Пояснить назначение виртуальной памяти. Описать средства динамического преобразования логического адреса в адрес физический. Рассчитать объем ОЗУ, необходимый для реализации виртуальной памяти. Пояснить особенности реализации средств управления памятью. Пояснить понятие препятствия для динамического преобразования виртуального адреса в физический адрес и необходимость обновления таблицы дескрипторов (таблицы описания страниц). Пояснить назначение процедуры Page Fault и диспетчера памяти. Указать порядок обработки команды, содержащей виртуальный адрес.

Оценка производительности ЭВМ

Необходимо описать правила вычисления усредненного времени выполнения команды. Пояснить выбор частоты тактовых импульсов для ЭВМ и оценить ее производительность.

В третьем разделе пояснительной записки излагаются возможные пути повышения производительности работы ЭВМ. Обосновывается целесообразность использования для повышения производительности ЭВМ способов конвейеризации. Осуществляется выбор подходящего способа конвейеризации. Приводятся описания структуры конвейера и алгоритмов его работы. Определяется величина приращения производительности работы ЭВМ, достигаемой с помощью выбранной структуры конвейера. Для каждого типа команды составляются таблицы занятости 2-ступенчатого конвейера и подсчитывается базовый цикл латентности. Предлагается следующая структура третьего раздела.

Модификация созданной ЭВМ

Возможности повышения производительности ЭВМ

Пояснить способы и средства повышения производительности ЭВМ.

Организация конвейерной обработки команд

Пояснить возможность совмещения процессов выполнения и выборки команд. Привести таблицы занятости CPU и основной памяти при работе на бесконвейерной ЭВМ и определить цикл латентности. Пояснить расчеты средней латентности для конвейерной ЭВМ.

Расчет прироста производительности ЭВМ

Вычислить процент величины прироста производительности ЭВМ.

В четвертом разделе пояснительной записки приводится описание программы обработки массива исходных чисел. При описании программы для каждой команды указывается адрес хранения, мнемоническое представление команды (имя выполняемой операции и идентификатор используемой в команде переменной), двоичное представление команды, комментарий. Требуется описать распределение памяти для n обрабатываемых чисел, для используемых параметров и для результата обработки. Необходимо описать алгоритм (в виде графической схемы или на языке высокого уровня) обработки массива чисел. Вид обработки массива чисел и свойства обрабатываемых чисел задаются преподавателем. Например, требуется вычислить следующее выражение.

   n

S  =  ∑ X i, где  n константа, а X i представляет некоторое число из заданного

  i=1

массива целых положительных и отрицательных чисел.

Предлагается следующая структура четвертого раздела.

Тестовая задача

Описать полученное у преподавателя индивидуальное задание.

Алгоритм и программа для тестирования ЭВМ

Необходимо создать и описать алгоритм, программу (в исходном текстовом виде и объектном двоичном), исходные, промежуточные и результирующие данные.