Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ и ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕЙСЫ ВВОДА-ВЫВОДА




В настоящее время наиболее популярны такие высокоскоростные интерфейсы для подключения периферийных устройств к настольным ПК и ноутбукам, как Universal Serial Bus (USB) и IEEE 1394, который также называют i.LINK или FireWire. Каждый интерфейс доступен в двух версиях: USB 1.1 и USB 2.0; IEEE 1394а и IEEE 1394b (FireWire 800). Порты USB и IEEE 1394 представляют собой высокоскоростные коммуникационные порты, по своим возможностям значительно выигрывающие у своих предшественников — обычных последовательных и параллельных портов. Их также можно считать альтернативой интерфейсу для периферийных устройств SCSI. Помимо более высокого быстродействия, данные порты обеспечивают консолидацию устройств ввода-вывода, что означает возможность подключения к ним периферийных устройств любого типа.

Преимущества последовательного соединения

Как уже отмечалось, по своей природе интерфейсы USB и IEEE 1394 являются последовательными. При этом данные передаются по одному проводу по одному биту за такт. В то же время параллельные порты (SCSI, ATA и LPT) предполагают одновременное использование 8, 16 и более проводов. Можно предположить, что за одно и то же время через параллельный канал передается больше данных, чем через последовательный, однако на самом деле увеличить пропускную способность последовательного соединения намного легче, чем параллельного.



Параллельное соединение обладает рядом недостатков, одним из которых является фазовый сдвиг сигнала, из-за чего длина параллельных каналов, например SCSI, ограничена (не должна превышать 3 м). Проблема в том, что, хотя 8- и 16-разрядные данные одновременно пересылаются передатчиком, из-за задержек одни биты прибывают в приемник раньше других. Следовательно, чем длиннее кабель, тем больше время задержки между первым и последним прибывшими битами на принимающем конце. Этот эффект называют перекосом сигнала; он не дает возможности использовать длинные кабели, а также высокие тактовые частоты. Способность сигнала достигать на втором конце провода определенного напряжения с небольшими колебаниями в течение короткого промежутка времени называют флуктуацией.

Последовательная шина позволяет единовременно передавать 1 бит данных. Благодаря отсутствию задержек при передаче данных значительно увеличивается тактовая частота. Например, максимальная скорость передачи данных параллельного порта ЕРР/ЕСР — 2,77 Мбайт/с, в то время как порты IEEE 1394 (в которых используется высокоскоростная последовательная технология) поддерживают скорость передачи данных, равную 400 Мбит/с (около 50 Мбайт/с), т.е. в 25 раз выше. Скорость передачи данных современных интерфейсов IEEE 1394b (FireWire 800) достигает 800 Мбит/с (или около 100 Мбайт/с), что в 50 раз превышает скорость передачи параллельного порта! Наконец, быстродействие интерфейса USB2.0 достигает 480 Мбит/с (около 60 Мбайт/с).

Еще одно преимущество последовательного способа передачи данных — возможность использования только одно- или двухпроводного канала, поэтому помехи, возникающие при передаче, очень малы, чего нельзя сказать о параллельном соединении.

Стоимость параллельных кабелей довольно высока, поскольку провода, предназначенные для параллельной передачи, не только используются в большом количестве, но и специальным образом укладываются, чтобы предотвратить возникновение помех, а это весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс. Кабели для последовательной передачи данных, напротив, очень дешевые, так как состоят из нескольких проводов и требования к их экранированию намного ниже, чем у используемых для параллельных соединений.

Именно поэтому, а также учитывая требования внешнего периферийного интерфейса Plug and Play и необходимость устранения физического нагромождения портов в портативных компьютерах, были разработаны эти две высокоскоростные последовательные шины, используемые уже сегодня. Шиной USB оснащен практически каждый компьютер. Благодаря своей универсальности этот порт используется для всех внешних подключений устройств общего назначения. Несмотря на то что шина IEEE 1394 (больше известная как FireWire) изначально была предназначена для узкоспециализированного использования (например, с цифровыми видеокамерами), в настоящий момент она применяется и с другими устройствами, например с профессиональными сканерами и внешними жесткими дисками.

http://www.island-formoza.ru/ustroystvo-i-remont-pc/posledovatelnii-parallelnii-i-drugie-interfeisi-vvoda-vivoda_2.html

Процессор ЭВМ как система управляющего и операционного автоматов. Этапы дешифрации и исполнения команды. Использование процессором командного КЭШа и КЭШа данных. Современные суперскалярные процессоры.

 

Арифме́тико-логи́ческое устро́йство (АЛУ) (англ. arithmetic and logic unit, ALU) — блок процессора, который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований (начиная от элементарных) над данными называемыми в этом случае операндами. Разрядность операндов обычно называют размером машинного слова.

В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство и называютсяцентральным процессором.Процессор или микропроцессор является основным устройством ЭВМ онпредназначен для выполнения вычислений по хранящейся в Запоминающемустройстве программы и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скорость работы процессора. Для еёувеличения процессор использует собственную память небольшого объёмаименуемую местной или сверхоперативной, что в некоторых случаях исключаетнеобходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ. Вычислительныйпроцесс должен быть предварительно представлен для ЭВМ в виде программы, последовательности инструкций (команд) записанных в порядке выполнения. ЭВМвыбирает определённую команду расшифровывает её, определяет какие действия инад какими операциями следует выполнить. Эту функцию осуществляет устройствоуправления, оно же помещает выбранные из ЗУ операнды в АЛУ, где ониобрабатываются. Само АЛУ работает под управлением УУ.Обрабатываемае данные и выполняемые программы должны находиться в ЗУ –памяти ЭВМ, куда вводятся ч/3 устройство ввода. Ёмкость памяти измеряется ввеличинах кратких байту. Память представляет собой сложную структуру,построенную по иерархическому принципу и включает в себя ЗУ различных типов,функционально она делится на 2 части: внутреннюю и внешнюю.Внутренняя или основная память – это ЗУ напрямую связанная с процессором ипредназначенная для хранения выполняемых программ и данных непосредственноучаствующих вычислению. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется свысоким быстродействием, но она имеет ограниченный объём определяемой системыадресации машин. В свою очередь делится на оперативную ОЗУ и постоянную ПЗУпамять. Оперативная память по объёму составляющая большую часть внутреннейпамяти и служит для приёма хранения и выдачи информации. При включениипитания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется.Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации в отличии отсодержимого оперативной памяти содержимое постоянной памяти заполняется приизготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. Впостоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы.Пример: некоторые программы операционной системы, программы тестированияоборудования ЭВМ и другие, при выключении ПК содержимое постоянной памятисохраняется.Внешняя память предназначена для размещения больших объёмов информации (диски и ленты), которые к тому же являются переносимыми. Ёмкость этой памятипрактически не имеет ограничений, а для обращения к ней требуется большевремени, чем ко внутренней. В ЗУ конструктивно отделены от центральныхустройств ЭВМ процессора и внутренней памяти имеют собственное управление ивыполняет запросы процессора без его непосредственного вмешательства. Вкачестве ВЗУ используют накопители на магнитных и оптических дисках, а так женакопители на магнитных лентах. ВЗУ по принципам функционирования разделяютсяна устройство прямого доступа ( накопители на оптических и магнитных дисках)и устройство последовательно доступа (накопители на магнитных лентах). Устройство прямого доступа обладает большим быстродействием поэтому ониявляются основными внешними запоминающими устройствами постоянноиспользуемыми в процессе функционирования ЭВМ. Устройство последовательногодействия используется для резервирования информации. Устройство ввода/вывода (УВВ) служит для ввода информации ЭВМ и вывода изнеё, а так же для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессор ввода/вывода протекает с использованием внутренней памяти ЭВМ иногдаустройство ввода/вывода называют периферийными к ним в частности относят дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа мышь, алфавитно цифровые печатающие устройство (принтер), графонакопители, сканеры и т.д. Для управления внешними устройствами в том числе и ВЗУ и согласование с их системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, адаптеры или контролёры.Системный интерфейс – это конструктивная часть ЭВМ предназначенная длявзаимодействия её устройств и обмена информации между ними. В больших средних и супер ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройстваимеющие встроенные процессоры ввода/вывода именуемые началами такиеустройства обеспечивают высокую скорость обмена данными между компонентамиЭВМ является использованием в качестве системного интерфейса системных шин.Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общей шиной.

Обработку команды можно разбить на ряд функционально завершенных действий (этапов), составляющих ее цикл.

 

Цикл выполнения команды

http://www.excode.ru/art6449.html

Кэш-память

Кэш-память представляет собой быстродействующее ЗУ, размещенное на одном кристалле с ЦП или внешнее по отношению к ЦП. Кэш служит высокоскоростным буфером между ЦП и относительно медленной основной памятью. Идея кэш-памяти основана на прогнозировании наиболее вероятных обращений ЦП к оперативной памяти. В основу такого подхода положен принцип временной и пространственной локальности программы.

Если ЦП обратился к какому-либо объекту оперативной памяти, с высокой долей вероятности ЦП вскоре снова обратится к этому объекту. Примером этой ситуации может быть код или данные в циклах. Эта концепция описывается принципом временной локальности, в соответствии с которым часто используемые объекты оперативной памятидолжны быть "ближе" к ЦП (в кэше ).

Для согласования содержимого кэш-памяти и оперативной памяти используют три метода записи:

  • Сквозная запись (write through) - одновременно с кэш-памятью обновляется оперативная память.
  • Буферизованная сквозная запись (buffered write through) - информация задерживается в кэш-буфере перед записью в оперативную память и переписывается воперативную память в те циклы, когда ЦП к ней не обращается.
  • Обратная запись (write back) - используется бит изменения в поле тега, и строка переписывается в оперативную память только в том случае, если бит изменения равен 1.

Как правило, все методы записи, кроме сквозной, позволяют для увеличения производительности откладывать и группировать операции записи в оперативную память.

В структуре кэш-памяти выделяют два типа блоков данных:

  • память отображения данных (собственно сами данные, дублированные из оперативной памяти );
  • память тегов (признаки, указывающие на расположение кэшированных данных в оперативной памяти ).

Для организации кэш-памяти можно использовать принстонскую архитектуру (смешанный кэш для команд и данных, например, в Intel-486). Это очевидное (и неизбежное для фон-неймановских систем с внешней по отношению к ЦП кэш-памятью) решение не всегда бывает самым эффективным. Разделение кэш-памяти на кэш команд и кэш данных (кэш гарвардской архитектуры) позволяет повысить эффективность работы кэша по следующим соображениям:

  • Многие современные процессоры имеют конвейерную архитектуру, при которой блоки конвейера работают параллельно. Таким образом, выборка команды и доступ к данным команды осуществляется на разных этапах конвейера, а использование раздельной кэш-памяти позволяет выполнять эти операции параллельно.
  • Кэш команд может быть реализован только для чтения, следовательно, не требует реализации никаких алгоритмов обратной записи, что делает этот кэш проще, дешевле и быстрее.

Именно поэтому все последние модели IA-32, начиная с Pentium, для организации кэш-памяти первого уровня используют гарвардскую архитектуру.

 

http://www.intuit.ru/department/hardware/csorg/9/csorg_9.htmlСуперскалярный процессор представляет собой нечто большее, чем обычный последовательный (скалярный) процессор. В отличие от последнего, он может выполнять несколько операций за один такт. Основными компонентами суперскалярного процессора являются устройства для интерпретации команд, снабженные логикой, позволяющей определить, являются ли команды независимыми, и достаточное число исполняющих устройств. В исполняющих устройствах могут быть конвейеры. Суперскалярные процессоры реализуют параллелизм на уровне команд. http://cs.mipt.ru/docs/comp/rus/develop/parallel/masspar-prog/g2.2.2.html

 




Читайте также:
Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной...
Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние...
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1371)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.009 сек.)