Онлайн переводчик http://translate.meta.ua
поменять
По-русски

Напрями підготовки: 0925 - Автоматизація та

комп’ютерно-інтегровані технології;

0804 - Комп’ютерні науки

Варіант 1

а) Термин "архитектура системы" часто употребляется как в

узком, так и в широком смысле этого слова. В узком смысле под

архитектурой понимается архитектура набора команд.

Архитектура набора команд служит границей между аппаратурой

и программным обеспечением и представляет ту часть системы,

которая видна программисту или разработчику компиляторов.

Следует отметить, что это наиболее частое употребление этого

термина. В широком смысле архитектура охватывает понятие

организации системы, включающее такие высокоуровневые

аспекты разработки компьютера как систему памяти, структуру

системной шины, организацию ввода/вывода и т.п. Двумя

основными архитектурами набора команд, используемыми

компьютерной промышленностью на современном этапе развития

вычислительной техники, являются

архитектуры CISC и RISC.

б) Основоположником CISC-архитектуры можно считать

компанию IBM с ее базовой архитектурой /360, ядро которой

используется с 1964 года, и дошло до наших дней, например, в

таких современных мэйнфреймах как IBM ES/9000. Лидером в

разработке микропроцессоров с полным набором команд

считается компания Intel со своей серией x86 и Pentium. Эта

архитектура является практическим стандартом для рынка

микрокомпьютеров. Для CISC-процессоров характерно:

сравнительно небольшое число регистров общего назначения;

большое количество машинных команд, некоторые из которых

нагружены семантически аналогично операторам

высокоуровневых языков программирования и выполняются за

много тактов; большое количество методов адресации; большое

количество форматов команд различной разрядности;

преобладание двухадресного формата команд; наличие команд

обработки типа регистр-память.

216

Варіант 2

а) Основой архитектуры современных серверов является

архитектура компьютера с сокращенным набором команд.

Зачатки этой архитектуры уходят своими корнями к компьютерам

CDC6600, разработчики которых осознали важность упрощения

набора команд для построения быстрых вычислительных машин.

Эту традицию упрощения архитектуры С. Крэй с успехом

применил при создании серии суперкомпьютеров компании Cray

Research. Однако окончательно понятие RISC сформировалось на

базе трех исследовательских проектов компьютеров: процессора

801 компании IBM, процессора RISC университета Беркли и

процессора MIPS Стенфордского университета. Разработка

экспериментального проекта компании IBM началась еще в конце

70-х годов, но его результаты никогда не публиковались и

компьютер на его основе в промышленных масштабах не

изготавливался.

б) В 1980 году Д.Паттерсон со своими коллегами из Беркли

начали свой проект и изготовили две машины, которые получили

названия RISC-I и RISC-II. Главными идеями этих машин было

отделение медленной памяти от высокоскоростных регистров и

использование регистровых окон. В 1981 году Дж. Хеннесси со

своими коллегами опубликовал описание стенфордской машины

MIPS, основным аспектом разработки которой была эффективная

реализация конвейерной обработки посредством тщательного

планирования компилятором его загрузки. Эти три машины

имели много общего. Все они придерживались архитектуры,

отделяющей команды обработки от команд работы с памятью, и

делали упор на эффективную конвейерную обработку. Система

команд разрабатывалась таким образом, чтобы выполнение

любой команды занимало небольшое количество машинных

тактов.

217

Варіант 3

а) Сама логика выполнения команд с целью повышения

производительности ориентировалась на аппаратную, а не на

микропрограммную реализацию. Чтобы упростить логику

декодирования команд использовались команды фиксированной

длины и фиксированного формата. Среди других особенностей

RISC-архитектур следует отметить наличие достаточно большого

регистрового файла (в типовых RISC-процессорах реализуются

32 или большее число регистров по сравнению с 8 - 16

регистрами в CISC-архитектурах), что позволяет большему

объему данных храниться в регистрах на процессорном кристалле

большее время и упрощает работу компилятора по

распределению регистров под переменные. Для обработки, как

правило, используются трехадресные команды, что помимо

упрощения дешифрации дает возможность сохранять большее

число переменных в регистрах без их последующей перезагрузки.

б) Ко времени завершения университетских проектов

обозначился также прорыв в технологии изготовления

сверхбольших интегральных схем. Простота архитектуры и ее

эффективность, подтвержденная этими проектами, вызвали

большой интерес в компьютерной индустрии, и началась

активная промышленная реализация архитектуры RISC. К

настоящему времени эта архитектура прочно занимает

лидирующие позиции на мировом компьютерном рынке рабочих

станций и серверов. Развитие архитектуры RISC в значительной

степени определялось прогрессом в области создания

оптимизирующих компиляторов. Именно современная техника

компиляции позволяет эффективно использовать преимущества

большого регистрового файла, конвейерной организации и

большей скорости выполнения команд. Современные

компиляторы используют также преимущества другой

оптимизационной техники.

218

Варіант 4

а) Разработчики архитектуры компьютеров издавна

прибегали к методам проектирования, известным под общим

названием "совмещение операций", при котором аппаратура

компьютера в любой момент времени выполняет одновременно

более одной базовой операции. Этот общий метод включает два

понятия: параллелизм и конвейеризацию. Хотя у них много

общего и их зачастую трудно различать на практике, эти термины

отражают два совершенно различных подхода. При параллелизме

совмещение операций достигается путем воспроизведения в

нескольких копиях аппаратной структуры. Высокая

производительность достигается за счет одновременной работы

всех элементов структур, осуществляющих решение различных

частей задачи. Конвейеризация (или конвейерная обработка) в

общем случае основана на разделении подлежащей исполнению

функции на более мелкие части.

б) Так обработку любой машинной команды можно разделить

на несколько этапов (несколько ступеней), организовав передачу

данных от одного этапа к следующему. При этом конвейерную

обработку можно использовать для совмещения этапов

выполнения разных команд. Производительность при этом

возрастает благодаря тому, что одновременно на различных

ступенях конвейера выполняются несколько команд. Конвейерная

обработка такого рода широко применяется во всех современных

быстродействующих процессорах. Для иллюстрации основных

принципов построения процессоров мы будем использовать

простейшую архитектуру, содержащую 32 целочисленных

регистра общего назначения, 32 регистра плавающей точки и

счетчик команд PC. . В арифметических командах используется

трехадресный формат, а для обращения к памяти используются

операции загрузки и записи регистров.

219

Варіант 5

а) Конвейеризация увеличивает пропускную способность

процессора (количество команд, завершающихся в единицу

времени), но она не сокращает время выполнения отдельной

команды. В

По-украински

Напрями підготовки: 0925 - Автоматизація та

комп'ютерно-інтегровані технології;

0804 - Комп' ютерні науки

Варіант 1

а) Термін "архітектура системи" часто вживається як в

вузькому, так і в широкому значенні цього слова. У вузькому сенсі під

архітектурою розуміється архітектура набору команд.

Архітектура набору команд служить межею між апаратурою

і програмним забезпеченням і представляє ту частину системи

яка видно програмістові або розробникові компіляторів.

Слід зазначити, що це найбільш часте вживання цього

терміну. У широкому сенсі архітектура охоплює поняття

організації системи, що включає такі високорівневі

аспекти розробки комп'ютера як систему пам'яті, структуру

системної шини, організацію введення/виводу і тому подібне. Двома

основною архітектурою набору команд, використовуваною

комп'ютерною промисловістю на сучасному етапі розвитку

обчислювальної техніки, являються

архітектура CISC і RISC.

б) Основоположником CISC -архитектуры можна вважати

компанію IBM з її базовою архітектурою /360, ядро якої

використовується з 1964 року, і дійшло до наших днів, наприклад, в

таких сучасних мейнфреймах як IBM ES/9000. Лідером в

розробці мікропроцесорів з повним набором команд

вважається компанія Intel зі своєю серією x86 і Pentium. Ця

архітектура є практичним стандартом для ринку

мікрокомп'ютерів. Для CISC -процессоров характерно:

порівняно невелике число регістрів загального призначення;

велика кількість машинних команд, деякі з яких

навантажені семантично аналогічно операторам

високорівневих мов програмування і виконуються за

багато тактів; велика кількість методів адресації; велике

кількість форматів команд різної розрядності;

переважання двоадресного формату команд; наявність команд

обробки типу регістр-пам'ять.

216

Варіант 2

а) Основою архітектури сучасних серверів є

архітектура комп'ютера із скороченим набором команд.

Зачатки цієї архітектури йдуть своїми коренями до комп'ютерів

CDC6600, розробники яких усвідомили важливість спрощення

набору команд для побудови швидких обчислювальних машин.

Цю традицію спрощення архітектури С. Крэй з успіхом

застосував при створенні серії суперкомп'ютерів компанії Cray

Research. Проте остаточне поняття RISC сформувалося на

базі трьох дослідницьких проектів комп'ютерів : процесора

801 компанії IBM, процесора RISC університету Беркли і

процесора MIPS Стенфордского університету. Розробка

експериментального проекту компанії IBM почалася ще у кінці

70-х років, але його результати ніколи не публікувалися і

комп'ютер на його основі в промислових масштабах не

виготовлявся.

почали свій проект і виготовили дві машини, які отримали

назви RISC - I і RISC - II. Головними ідеями цих машин було

відділення повільної пам'яті від високошвидкісних регістрів і

використання регістрових вікон. У 1981 році Дж. Хеннесі з

своїми колегами опублікував опис стенфордской машини

MIPS, основним аспектом розробки якої була ефективна

реалізація конвеєрної обробки за допомогою ретельного

планування компілятором його завантаження. Ці три машини

мали багато спільного. Усі вони дотримувалися архітектури

обробки, що відділяє команди, від команд роботи з пам'яттю, і

робили упор на ефективну конвеєрну обробку. Система

будь-якої команди займало невелику кількість машинних

тактів.

217

Варіант 3

а) Сама логіка виконання команд з метою підвищення

продуктивності орієнтувалася на апаратну, а не на

мікропрограмну реалізацію. Щоб спростити логіку

декодування команд використовувалися команди фіксованої

довжини і фіксованого формату. Серед інших особливостей

RISC -архитектур слід зазначити наявність досить великого

регістрового файлу (в типових RISC -процессорах реалізуються

32 або більше число регістрів в порівнянні з 8 - 16

регістрами в CISC -архитектурах), що дозволяє більшому

об'єму даних зберігатися в регістрах на процесорному кристалі

більший час і спрощує роботу компілятора по

розподілу регістрів під змінні. Для обробки, як

правило, використовуються трьохадресні команди, що окрім

спрощення дешифрування дає можливість зберігати більше

б) До часу завершення університетських проектів

позначився також прорив в технології виготовлення

надвеликих інтегральних схем. Простота архітектури і її

ефективність, підтверджена цими проектами, викликали

великий інтерес в комп'ютерній індустрії, і почалася

активна промислова реалізація архітектури RISC. До

теперішньому часу ця архітектура міцно займає

лідируючі позиції на світовому комп'ютерному ринку робітників

станцій і серверів. Розвиток архітектури RISC в значній

мірі визначалося прогресом в області створення

оптимізуючих компіляторів. Саме сучасна техніка

компіляції дозволяє ефективно використати переваги

великого регістрового файлу, конвеєрній організації і

більшій швидкості виконання команд. Сучасні

компілятори використовують також переваги інший

оптимізаційної техніки.

218

Варіант 4

а) Розробники архітектури комп'ютерів здавна

прибігали до методів проектування, відомих під загальним

назвою "Поєднання операцій", при якій апаратура

комп'ютера у будь-який момент часу виконує одночасно

більше за одну базову операцію. Цей загальний метод включає два

поняття: паралелізм і конвеєризацію. Хоча у них багатьох

загального і їх частенько важко розрізняти на практиці, ці терміни

відбивають два абсолютно різних підходу. При паралелізмі

поєднання операцій досягається шляхом відтворення в

декількох копіях апаратної структури. Висока

продуктивність досягається за рахунок одночасної роботи

усіх елементів структур, що здійснюють рішення різних

частин завдання. Конвеєризація (чи конвеєрна обробка) в

загальному випадку заснована на розділенні такою, що підлягає виконанню

функції на дрібніші частини.

б) Так обробку будь-якої машинної команди можна розділити

на декілька етапів (декілька східців), організувавши передачу

даних від одного етапу до наступного. При цьому конвеєрну

обробку можна використати для поєднання етапів

виконання різних команд. Продуктивність при цьому

зростає завдяки тому, що одночасно на різних

східцях конвеєра виконуються декілька команд. Конвеєрна

швидкодіючих процесорах. Для ілюстрації основних

принципів побудови процесорів ми використовуватимемо

просту архітектуру, що містить 32 цілочисельних

регістра загального призначення, 32 регістри плаваючої точки і

лічильник команд PC. . У арифметичних командах використовується

трьохадресний формат, а для звернення до пам'яті використовуються

операції завантаження і запису регістрів.

219

Варіант 5

а) Конвеєризація збільшує пропускну спроможність

процесора (кількість команд, що завершуються в одиницю

часу), але вона не скорочує час виконання окремою

команди. У