Микропроцессорные архитектуры

Автор: Д. В. Рогозин

Глава 1. Введение в организацию ЭВМ.

  1. Принципы построения ЭВМ Неймана-Лебедева.

Глава 2. ЭВМ с одиночным потоком команд.

  1. Процессоры скалярной обработки (SISD)
  2. Система команд RISC, CISC, (MISC). Форматы команд.
  3. Скалярный Конвейер.
    Дополнительно и более детально:
  4. Управляющее устройство. Аппаратная и микропрограммная реализация.
  5. Подсистема памяти
  6. Типичный RISC-МП ARM.
    Современные архитектуры ARM.
  1. Векторная обработка
    Понятие вектора, векторные регистры. Классика: машина CRAY-1

Глава 3. Взаимодействие процессора с периферийными устройствами.

1. Обмен данными с внешними устройствами.

2. Шинные интерфейсы.
Системные и локальные шины Шина. Протоколы. Организация доступа к общей шине. Арбитраж. Ведущие и ведомые устройства. Шины ISA, EISA, MCA, PCI, PCI-express,

3. Внешние носители информации.

Глава 4. Скалярный параллелизм. Процессоры, эксплуатирующие скалярный параллелизм.

  1. Классификация ЭВМ.
  2. Принципы параллельной обработки.  
    Понятие скалярного параллелизма. Закон Амдала. Ограничение производительности параллельных систем.
  3. Суперскалярные процессоры

         1. Организация суперскалярного процессора


    Функционирование конвейера суперскалярного МП. Многотактные команды. Разрешение конфликтов в конвейере. Разрешение зависимостей по данным. Условные переходы. Механизм хранения информации предсказателя переходов. Кеш-память. Типы отображения КЕШ. Переход к RISC-инструкциям от CISC в суперскалярных процессорах. Спекулятивное выполнение инструкций. Конвейерная и суперскалярная обработка

Примеры суперскалярных процессоров.

  1. Процессоры, эксплуатирующие предварительно найденный скалярный параллелизм.
    1. Длинное (нерегулярное) командное слово.
      • Архитектура машин с длинным командным словом
      • Аппаратные средства поддержки большой степени распараллеливания
      • Philips Trimedia.
      • Transmeta Crusoe.
      • ОКМД-расширения системы команд в микропроцессорах
        Принцип "ОКМД-в-регистре" обработки. Intel MMX, SSE, SSE2, AMD 3dNOW! Программирование на примерах.
      • Парадигма EPIC. Реализация процессора Intel Itanium.
  2. Систолические массивы. Систолические массивы - дополнительно.

Глава 5. Многопроцессорные ЭВМ.

  1. МКМД-ЭВМ. Классификации МКМД-ЭВМ.
  2. Процессорные матрицы. Сети процессоров и коммутация в сетях. Надёжность. Резервирование.
  3. Память в МКМД-ЭВМ.
    Общая память. Локальная память процессоров.
  4. Симметричные мультипроцессоры. (SMP).
    Синхронизация доступа. Кеш. Когерентность кеш. Реализация. Возможности. Intel(R) HyperThreading в Pentium-4 и Xeon.
  5. Larrabee (Xeon Phi) и методы построения сверхмасштабируемых процессоров.

Приложения. Характеристики суперскалярных МП, тестовых программ, список литературы.

Глава 6. Специализированные архитектуры.

  1. Сводка архитектур RISC-процессоров (Детали по архитектуре ARM даны выше).
  2. Процессоры цифровой обработки сигналов (ПЦОС) - вступление. ПЦОС в деталях.Архитектурные особенности ПЦОС.Процессор ADSP Blackfin.
  3. Микроконтроллерные архитектуры.
    Особенности применения. Микроконтроллеры Intel, Almel, MicroChip, Hitachi.
  4. Достижение низкого энергопотребления в современных микропроцессорах.
  5. Реконфигурируемые архитектуры микропроцессоров (специальные акселераторы обработки критичных частей алгоритмов видео-,аудио- и сигнальной обработки.
  6. Современные интегрированные процессоры (SoC = System on Chip), их использование. BeagleBone Black.
  7. Виртуальные машины и поддерживающие их процессоры.

Апокрифы

© некоторых статей и составительство - Д.В.Рагозин

Дополнительные материалы к курсу

Г.И. Шпаковский. Организация параллельных ЭВМ и суперскалярных процессоров