معماري کامپیوتر

1

معماري کامپیوتردادخواه

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

چرخه اجراي دستورالعمل ماشین

.اصلي دارد، پردازنده و حافظه) component(کامپيوتر پايه دو جز •.کلمه دارد4096حافظه •▫4096 = 212

.خط ٓادرس نياز داريم12يعني به ، .بيت طول دارد16هر کلمه ▫

2

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

.اصلي دارد، پردازنده و حافظه) component(کامپيوتر پايه دو جز •.کلمه دارد4096حافظه •▫4096 = 212

.خط ٓادرس نياز داريم12يعني به ، .بيت طول دارد16هر کلمه ▫

CPU RAM0

2MByte

115

پردازندهثبات ها، گذرگاه ها، ريزعمل ها، دستورالعمل هاي ماشين (هر پردازنده طراحي خاص خود•

.را دارد... ) و .کامپيوترهاي مدرن ساختار پيچيده اي دارند•:ٓانها شامل موارد زير هستند•ثبات هاي فراوان▫چندين واحدهاي محاسباتي هم براي اعداد صحيح هم براي اعداد مميزدار ▫.استفاده از چندين واحد خط لوله تا به اين ترتيب سرعت اجرا افزايش يابد▫▫...

. در ادامه براي فهم اينکه کامپيوتر چگونه کار مي کند از يک مدل ساده شده استفاده شده است•اين مدل شبيه . معرفي کرده و نام ٓانرا کامپيوتر پايه گزارده است) Mano(اين مدل را ٓاقاي مانو

.سال پيش کار مي کرده اند30کامپيوترهايــي است که

3

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

ثبات ها، گذرگاه ها، ريزعمل ها، دستورالعمل هاي ماشين (هر پردازنده طراحي خاص خود•.را دارد... ) و .کامپيوترهاي مدرن ساختار پيچيده اي دارند•:ٓانها شامل موارد زير هستند•ثبات هاي فراوان▫چندين واحدهاي محاسباتي هم براي اعداد صحيح هم براي اعداد مميزدار ▫.استفاده از چندين واحد خط لوله تا به اين ترتيب سرعت اجرا افزايش يابد▫▫...

. در ادامه براي فهم اينکه کامپيوتر چگونه کار مي کند از يک مدل ساده شده استفاده شده است•اين مدل شبيه . معرفي کرده و نام ٓانرا کامپيوتر پايه گزارده است) Mano(اين مدل را ٓاقاي مانو

.سال پيش کار مي کرده اند30کامپيوترهايــي است که

دستورالعمل هابرنامه •يک دنباله از دستورالعمل ها▫دستورالعمل•. يک گروه از بيت ها که به کامپيوتر اعالم مي کنند که يک عمل خاص را انجام دهند▫)يک دنباله از ريزعمل ها(. دستورالعمل هاي يک کامپيوتر به همراه همه داده هاي الزم در حافظه ذخيره شده اند••CPUدستور بعدي را از حافظه مي خواند.. ذخيره شده استIRاين دستور در يک ثبات به نام •دستورالعمل به دنباله اي از ريزعمل ها تبديل مي شود تا با انجام ريزعمل ها دستورالعمل مورد •

.نظر اجرا شود

4

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

برنامه •يک دنباله از دستورالعمل ها▫دستورالعمل•. يک گروه از بيت ها که به کامپيوتر اعالم مي کنند که يک عمل خاص را انجام دهند▫)يک دنباله از ريزعمل ها(. دستورالعمل هاي يک کامپيوتر به همراه همه داده هاي الزم در حافظه ذخيره شده اند••CPUدستور بعدي را از حافظه مي خواند.. ذخيره شده استIRاين دستور در يک ثبات به نام •دستورالعمل به دنباله اي از ريزعمل ها تبديل مي شود تا با انجام ريزعمل ها دستورالعمل مورد •

.نظر اجرا شود

دستورالعمل ها

.يک دستورالعمل اغلب از دو بخش تشکيل شده است•.عملي را که دستورالعمل بايد انجام دهد مشخص مي کند): opcode(کد عمليات▫.ثبات يا جايــي از حافظه را که دستورالعمل بايد عمل کند مشخص مي کند): address(ٓادرس▫

5

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

.يک دستورالعمل اغلب از دو بخش تشکيل شده است•.عملي را که دستورالعمل بايد انجام دهد مشخص مي کند): opcode(کد عمليات▫.ثبات يا جايــي از حافظه را که دستورالعمل بايد عمل کند مشخص مي کند): address(ٓادرس▫

مود آدرس دهی

0 ADD 45722

1120457

1 ADD 30035

1350300

Operand1350

آدرس دھي مستقیم مستقیمغیرآدرس دھي

6

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

3501120Operand1350

3501120

ثبات هاي پردازنده

حافظه سریعتر وکوچکتر از حافظه اصلی است که در داخل پردازنده قرار •.گرفته است

:دو وظیفه آن•.مراجعه به حافظه اصلی را به حداقل می رساند- 1•)قابل روئیت هستند(▫کنترل عملیات پردازنده- 2•)ثبات کنترل و وضعیت ؛ اغلب قابل رویت نیستند(▫

7

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

حافظه سریعتر وکوچکتر از حافظه اصلی است که در داخل پردازنده قرار •.گرفته است

:دو وظیفه آن•.مراجعه به حافظه اصلی را به حداقل می رساند- 1•)قابل روئیت هستند(▫کنترل عملیات پردازنده- 2•)ثبات کنترل و وضعیت ؛ اغلب قابل رویت نیستند(▫

ثبات هاي پردازنده.دارد... يک پردازنده تعداد زيادي ثبات براي نگهداري دستورالعمل ها ٓادرس ها و داده ها و •دارد که ٓادرس Program Counter(PC)پردازنده يک ثبات به نام شمارنده برنامه •

.دستوري را که بايد اجرا شود، نگه مي دارد.بيتي استPC12کلمه دارد پس 4096چون حافظه در کامپيوتر پايه ▫در ٓادرس دهي مستقيم يا غير مستقيم پردازنده براي ٓانکه ٓادرس عملوند را نگه دارد از يک ثبات •

. استفاده مي کند)Address register)ARبه نام ثبات ٓادرس .بيتي استAR12کلمه دارد پس 4096چون حافظه در کامپيوتر پايه ▫

8

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

.دارد... يک پردازنده تعداد زيادي ثبات براي نگهداري دستورالعمل ها ٓادرس ها و داده ها و •دارد که ٓادرس Program Counter(PC)پردازنده يک ثبات به نام شمارنده برنامه •

.دستوري را که بايد اجرا شود، نگه مي دارد.بيتي استPC12کلمه دارد پس 4096چون حافظه در کامپيوتر پايه ▫در ٓادرس دهي مستقيم يا غير مستقيم پردازنده براي ٓانکه ٓادرس عملوند را نگه دارد از يک ثبات •

. استفاده مي کند)Address register)ARبه نام ثبات ٓادرس .بيتي استAR12کلمه دارد پس 4096چون حافظه در کامپيوتر پايه ▫

ثبات هاي پردازندهپس ٓانکه عملوند در حافظه پيدا شد، در ٓادرس دهي مستقيم يا غير مستقيم، عملوند به يک •

.منتقل مي شود) Data Register)DRثبات به نام ثبات داده •IR ثبات دستور العمل حاوي آخرین دستور العمل واکشی شده .

9

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

ثبات هاي پردازنده.نيز دارد) Accumulator)ACکامپيوتر پايه يک ثبات همه منظوره به نام انباره •.اهميت ثبات همه منظوره ٓان است که مي توان در دستورات به ٓان ارجاع داد▫ACرا به يک مکان خاص از حافظه منتقل کرد يا مکان خاص از حافظه را به ACمثال مي توان ▫

. منتقل کرد

در کامپيوتر پايه از يک ثبات براي نگهداري داده هاي مياني يا موقتي استفاده شده است به اين •.مي گويند)Temporary Register)TRثبات، ثبات موقتي

10

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

.نيز دارد) Accumulator)ACکامپيوتر پايه يک ثبات همه منظوره به نام انباره •.اهميت ثبات همه منظوره ٓان است که مي توان در دستورات به ٓان ارجاع داد▫ACرا به يک مکان خاص از حافظه منتقل کرد يا مکان خاص از حافظه را به ACمثال مي توان ▫

. منتقل کرد

در کامپيوتر پايه از يک ثبات براي نگهداري داده هاي مياني يا موقتي استفاده شده است به اين •.مي گويند)Temporary Register)TRثبات، ثبات موقتي

ثبات هاي پردازنده.خروجي دارد/کامپيوتر پايه يک مدل بسيار ساده ورودي•.بيتي را به پردازنده مي فرستند8دستگاه هاي ورودي کاراکـترهاي ▫.بيتي را به دستگاه هاي خروجي مي فرستد8پردازنده کاراکـترهاي ▫بيتي را که از دستگاه ورودي رسيده 8داده) Input Register)INPRثبات ورودي •

.است نگه ميداردبيتي را که به دستگاه خروجي 8داده ) Output Register)OUTRثبات خروجي•

.فرستاده مي شود نگه ميدارد

11

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

.خروجي دارد/کامپيوتر پايه يک مدل بسيار ساده ورودي•.بيتي را به پردازنده مي فرستند8دستگاه هاي ورودي کاراکـترهاي ▫.بيتي را به دستگاه هاي خروجي مي فرستد8پردازنده کاراکـترهاي ▫بيتي را که از دستگاه ورودي رسيده 8داده) Input Register)INPRثبات ورودي •

.است نگه ميداردبيتي را که به دستگاه خروجي 8داده ) Output Register)OUTRثبات خروجي•

.فرستاده مي شود نگه ميدارد

ثبات هاي پردازندهثبات قابل روئیت براي کاربر•ثباتی است که برنامه نویس می تواند به وسیله دستور العمل هاي ماشین •

.به آنها مراجعه کند.برنامه ساز می تواند به بعضی توابع نسبت دهد: ثباتهاي داده ▫.حاوي آدرس داده و دستورالعمل ها می باشد: ثباتهاي آدرس ▫

12

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

ثبات قابل روئیت براي کاربر•ثباتی است که برنامه نویس می تواند به وسیله دستور العمل هاي ماشین •

.به آنها مراجعه کند.برنامه ساز می تواند به بعضی توابع نسبت دهد: ثباتهاي داده ▫.حاوي آدرس داده و دستورالعمل ها می باشد: ثباتهاي آدرس ▫

کامپیوتر پایھدرثبات ھاثبات هاي کامپيوتر پايه

11 0PC

15 0IR

15 0TR

15 0DR

11 0AR

Memory4096 x 16

CPU

13

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

List of BC RegistersDR 16 Data Register مقدار عملوند را نگه مي داردAR 12 Address Register ٓادرس عملوند را نگه مي داردAC 16 Accumulator ثبات همه منظورهIR 16 Instruction Register را نگه مي دارد کد عملياتPC 12 Program Counter را نگه مي دارد ٓادرس دستورالعملTR 16 Temporary Register داده هاي موقتي را نگه مي داردINPR 8 Input Register کاراکـتر ورودي را نگه مي داردOUTR 8 Output Register کاراکـتر خروجي را نگه مي دارد

7 0OUTR

15 0ACINPR

0 7

چرخه اجراي دستورالعمل ماشین.آوردن دستورالعملها از حافظه به ثباتها که به آن واکشی میگویند-1▫

fetchDecodeدستور العملهارمزگشایی-2▫Processپردازش دستورات -3▫Storeبردن نتایج به حافظه اصلی-4▫

14

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

.آوردن دستورالعملها از حافظه به ثباتها که به آن واکشی میگویند-1▫fetch

Decodeدستور العملهارمزگشایی-2▫Processپردازش دستورات -3▫Storeبردن نتایج به حافظه اصلی-4▫

چرخه اجراي دستورالعمل ماشین15

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

چرخه اجراي دستورالعمل ماشینMachine Cycle

چهار مرحله پردازشی که توسط واحد کنترل انجام می شود که به آن •چرخه ماشین نیز میگویند

Instruction Cycle (I-cycle): چرخه دستور•دو گام ابتدایی در چرخه ماشین که در آنها دستور بدست آمده و ترجمه می ▫

گرددExecution Cycle (E-cycle):چرخه اجرا•دوگام انتهایی چرخه ماشین که در آنها نتایج پردازش تولید می گردد▫

16

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

Machine Cycleچهار مرحله پردازشی که توسط واحد کنترل انجام می شود که به آن •

چرخه ماشین نیز میگویندInstruction Cycle (I-cycle): چرخه دستور•دو گام ابتدایی در چرخه ماشین که در آنها دستور بدست آمده و ترجمه می ▫

گرددExecution Cycle (E-cycle):چرخه اجرا•دوگام انتهایی چرخه ماشین که در آنها نتایج پردازش تولید می گردد▫

سيستم گذرگاه:استگذرگاه نوع 3هر ریزپردازنده داراي •Data Busمسیر داده ها•I / Oو وسایل RAMو CPUبه کمک مسیر داده ها اطالعات ما بین ▫

. رد و بدل میشودگذرگاه داده در واقع مسیر اطالعات است که این اطالعات یا از بلوك هاي ▫

خوانده شده و یا در آنها نوشته می شوند، لذا در واقع گذرگاه I/Oحافظه یا .داده یک مسیر دو طرفه محسوب می شود

بیت است یا 16آن Data Busبیتی است یعنی عرض 16کامپیوتري که ▫Word بیتی است 16آن

.هر چه قدر مسیر داده ها بزرگتر باشد پردازنده قوي تر است▫

17

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

:استگذرگاه نوع 3هر ریزپردازنده داراي •Data Busمسیر داده ها•I / Oو وسایل RAMو CPUبه کمک مسیر داده ها اطالعات ما بین ▫

. رد و بدل میشودگذرگاه داده در واقع مسیر اطالعات است که این اطالعات یا از بلوك هاي ▫

خوانده شده و یا در آنها نوشته می شوند، لذا در واقع گذرگاه I/Oحافظه یا .داده یک مسیر دو طرفه محسوب می شود

بیت است یا 16آن Data Busبیتی است یعنی عرض 16کامپیوتري که ▫Word بیتی است 16آن

.هر چه قدر مسیر داده ها بزرگتر باشد پردازنده قوي تر است▫

سيستم گذرگاهAddress Busمسیر آدرس•به کمک آنها آدرس خاصی از حافظه را جهت CPUخطوطی است که ▫

. خواندن یا نوشتن مشخص میسازدهرچه پهناي گذرگاه آدرس بیشتر باشد ریزپردازنده می تواند به حافظه ▫

فیزیکی بزرگتري دسترسی داشته باشدخانه حافظه n2خط آدرس داشته باشد حداکثر داراي nاگر کامپیوتري ▫

.میتواند باشدControl Busمسیر کنترل•.حاوي خطوط کنترلی است▫شامل مجموعه سیگنالهایی است که وظیفه کنترل و هماهنگ کردن ▫

ریزپردازنده با مدارات سخت افزاري دیگر موجود در سیستم نظیر حافظه و I/Oرا بر عهده دارد.

18

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

Address Busمسیر آدرس•به کمک آنها آدرس خاصی از حافظه را جهت CPUخطوطی است که ▫

. خواندن یا نوشتن مشخص میسازدهرچه پهناي گذرگاه آدرس بیشتر باشد ریزپردازنده می تواند به حافظه ▫

فیزیکی بزرگتري دسترسی داشته باشدخانه حافظه n2خط آدرس داشته باشد حداکثر داراي nاگر کامپیوتري ▫

.میتواند باشدControl Busمسیر کنترل•.حاوي خطوط کنترلی است▫شامل مجموعه سیگنالهایی است که وظیفه کنترل و هماهنگ کردن ▫

ریزپردازنده با مدارات سخت افزاري دیگر موجود در سیستم نظیر حافظه و I/Oرا بر عهده دارد.

19

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

S1S0

Bus

Memory unit4096 x 16

LD INR CLR

AddressReadWrite

AR

LD INR CLR

PC

LD INR CLR

DR

7

1

2

3

20

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

LD INR CLR

LD INR CLR

ACALUE

INPR

IRLD

LD INR CLR

TR

OUTRLD

Clock

16-bit common bus

4

5

6

وقفهدرخواست رسیدگی به وضعیت یک حالت یا بخش که در روتین اصلی برنامه به •

.آن پرداخته نمی شود با درخواست وقفه ، اجراي برنامهء اصلی به طور موقت قطع می شود و زیر برنامه •

.اي که به وقفه اختصاص دارد اجرا می شودپس از پایان یافتن زیر برنامهء وقفه ، مجددا به برنامهء اصلی بازگشت و ادامهء •

.آن اجرا خواهد شد درخواست وقفه •اطالع داده می شود که حالت مورد نظر رخ CPUبه حالتی گفته می شود که به ▫

نیز با توجه به نوع CPUداده است و یا بخش مورد نظر نیاز به پردازش دارد که .وقفه و فعال یا غیر فعال بودن آن عمل می کند

وقوع وقفه •با آن CPUبه حالتی گفته می شود که درخواست وقفه صورت گرفته است و ▫

.موافقت نموده و عملیات مربوط به زیر برنامه وقفه آغاز شده است

21

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

درخواست رسیدگی به وضعیت یک حالت یا بخش که در روتین اصلی برنامه به •.آن پرداخته نمی شود

با درخواست وقفه ، اجراي برنامهء اصلی به طور موقت قطع می شود و زیر برنامه •.اي که به وقفه اختصاص دارد اجرا می شود

پس از پایان یافتن زیر برنامهء وقفه ، مجددا به برنامهء اصلی بازگشت و ادامهء •.آن اجرا خواهد شد

درخواست وقفه •اطالع داده می شود که حالت مورد نظر رخ CPUبه حالتی گفته می شود که به ▫

نیز با توجه به نوع CPUداده است و یا بخش مورد نظر نیاز به پردازش دارد که .وقفه و فعال یا غیر فعال بودن آن عمل می کند

وقوع وقفه •با آن CPUبه حالتی گفته می شود که درخواست وقفه صورت گرفته است و ▫

.موافقت نموده و عملیات مربوط به زیر برنامه وقفه آغاز شده است

وقفه

Interrupt service routine

22

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

انواع وقفهوقفه هاي قابل چشم پوشی •اینگونه وقفه ها و درخواست آنها عموما به بخش ها و یا حاالتی اختصاص ▫

دارد که از نظر اهمیت داراي درجه کمتري هستند و با توجه به شرایط می . توان از آنها صرفنظر کرد و یا به درخواست آنها رسیدگی کرد

.وقفه هاي بخش هایی نظیر تایمرها از این قبیل وقفه ها هستند ▫وقفه هاي غیر قابل چشم پوشی •نیز گفته می شود به وقفه هایی اطالق می NMIاینگونه وقفه ها که به آنها ▫

شود که به محض درخواست وقفه آنها ، باید وقفه رخ دهد و به وضعیت آنها .رسیدگی شود

اینگونه وقفه ها بیشتر در میکروپروسسورها کاربرد دارد▫تعداد وقفه هاي قابل تعریف به نوع تراشه پردازنده بستگی دارد که از چه •

. تعداد وقفه پشتیبانی کند •

23

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

وقفه هاي قابل چشم پوشی •اینگونه وقفه ها و درخواست آنها عموما به بخش ها و یا حاالتی اختصاص ▫

دارد که از نظر اهمیت داراي درجه کمتري هستند و با توجه به شرایط می . توان از آنها صرفنظر کرد و یا به درخواست آنها رسیدگی کرد

.وقفه هاي بخش هایی نظیر تایمرها از این قبیل وقفه ها هستند ▫وقفه هاي غیر قابل چشم پوشی •نیز گفته می شود به وقفه هایی اطالق می NMIاینگونه وقفه ها که به آنها ▫

شود که به محض درخواست وقفه آنها ، باید وقفه رخ دهد و به وضعیت آنها .رسیدگی شود

اینگونه وقفه ها بیشتر در میکروپروسسورها کاربرد دارد▫تعداد وقفه هاي قابل تعریف به نوع تراشه پردازنده بستگی دارد که از چه •

. تعداد وقفه پشتیبانی کند •

دسته بندي وقفه ها: وقفه هاي داخلی•مثل (وقفه هایی است که در اثر اجراي دستورات در ریزپردازنده رخ می دهد ▫

). وقفه تقسیم بر صفر:وقفه هاي خارجی •وقفه هایی است که در اثر وقوع یک اتفاق خارجی و از طرف دستگاههاي سخت ▫

. افزاري خارج از ریزپردازنده به وجود می آید: وقفه هاي نرم افزاري•. وقفه هایی است که در اثر فراخوانی توابع سیستمی توسط برنامه رخ می دهد▫

در بعضی مواقع این نوع وقفه ها را در همان دسته بندي وقفه هاي داخلی قرار .می دهند

وقفه هاي نرم افزاري در اثر اجراي مجدد برنامه، دوباره به همان صورت قبلی رخ •در صورتی که وقفه هاي خارجی مستقل از دستورات برنامه است و . خواهد داد

.ناهمگام با برنامه بوده و در اثر یک اتقاق خارجی رخ می دهد

24

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

: وقفه هاي داخلی•مثل (وقفه هایی است که در اثر اجراي دستورات در ریزپردازنده رخ می دهد ▫

). وقفه تقسیم بر صفر:وقفه هاي خارجی •وقفه هایی است که در اثر وقوع یک اتفاق خارجی و از طرف دستگاههاي سخت ▫

. افزاري خارج از ریزپردازنده به وجود می آید: وقفه هاي نرم افزاري•. وقفه هایی است که در اثر فراخوانی توابع سیستمی توسط برنامه رخ می دهد▫

در بعضی مواقع این نوع وقفه ها را در همان دسته بندي وقفه هاي داخلی قرار .می دهند

وقفه هاي نرم افزاري در اثر اجراي مجدد برنامه، دوباره به همان صورت قبلی رخ •در صورتی که وقفه هاي خارجی مستقل از دستورات برنامه است و . خواهد داد

.ناهمگام با برنامه بوده و در اثر یک اتقاق خارجی رخ می دهد

پردازش موازيپردازش موازي به روش هایی گفته میشود که امکان پردازش چندین کار •

یا وظیفه بطور همزمان فراهم شود، که در نتیجه سرعت اجراي محاسبات در یک سیستم کامپیوتري افزایش می یابد

25

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

پردازش موازيفلین .جی.دسته بندي آقاي ام•تشکیالت یک سیستم کامپیوتري را از نظر تعداد دستورات و داده هایی که ▫

ه استبطور همزمان میتوان برروي آنها عملیات انجام داد، طبقه بندي نمودپردازش موازي ممکن است برروي رشته دستورات، برروي داده ها و یا •

.برروي هر دو آنها باشددسته بندي آقاي فلین کامپیوترها را به چهار زیر گروه تقسیم میکند•SISDیک دستوري و یک داده اي▫SIMDیک دستوري و چندین داده اي▫MISDچندین دستوري و یک داده اي▫MIMDچندین دستوري و چندین داده اي ▫

26

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

فلین .جی.دسته بندي آقاي ام•تشکیالت یک سیستم کامپیوتري را از نظر تعداد دستورات و داده هایی که ▫

ه استبطور همزمان میتوان برروي آنها عملیات انجام داد، طبقه بندي نمودپردازش موازي ممکن است برروي رشته دستورات، برروي داده ها و یا •

.برروي هر دو آنها باشددسته بندي آقاي فلین کامپیوترها را به چهار زیر گروه تقسیم میکند•SISDیک دستوري و یک داده اي▫SIMDیک دستوري و چندین داده اي▫MISDچندین دستوري و یک داده اي▫MIMDچندین دستوري و چندین داده اي ▫

پردازش موازيSISDسیستم•که در . یک کامپیوتر معمولی با یک واحد محاسباتی، حافظه و کنترل است▫

این سیستم دستورات بطور سري یکی، یکی اجرا میشوند و سیستم ممکن . است امکانات داخلی پردازش موازي نیز داسته باشد

در این حالت پردازش موازي ممکن است با خط لوله و یا چند واحد عملیاتی ▫انجام شود

SIMDسیستم هاي یک دستوري و چندین داده اي•شامل تشکیالتی میباشند که داراي چندین واحد عملیاتی است که تحت ▫

. نظارت یک واحد کنترل کار میکنندتمام این واحدها یک دستور یکسان را از واحد کنترل دریافت میکنند ولی ▫

. روي داده هاي مختلف این دستور را اجرا می نمایندبه این تریتب حافظه مشترك می بایستی داراي واحدهاي مختلف باشد که ▫

بتواند بطور همزمان با همه پرسسورها ارتباط داشته باشد

27

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

SISDسیستم•که در . یک کامپیوتر معمولی با یک واحد محاسباتی، حافظه و کنترل است▫

این سیستم دستورات بطور سري یکی، یکی اجرا میشوند و سیستم ممکن . است امکانات داخلی پردازش موازي نیز داسته باشد

در این حالت پردازش موازي ممکن است با خط لوله و یا چند واحد عملیاتی ▫انجام شود

SIMDسیستم هاي یک دستوري و چندین داده اي•شامل تشکیالتی میباشند که داراي چندین واحد عملیاتی است که تحت ▫

. نظارت یک واحد کنترل کار میکنندتمام این واحدها یک دستور یکسان را از واحد کنترل دریافت میکنند ولی ▫

. روي داده هاي مختلف این دستور را اجرا می نمایندبه این تریتب حافظه مشترك می بایستی داراي واحدهاي مختلف باشد که ▫

بتواند بطور همزمان با همه پرسسورها ارتباط داشته باشد

پردازش موازيMISDسیستم•در عمل کامپیوتري براي روش چندین دستوري و یک داده اي ساخته نشده ▫

است و فقط جنبه تئوري دارد

MIMDروش چندین دستوري و چندین داده اي•در کامپیوترهایی اجرا میشود که قادر به اجراي چندین برنامه بطور همزمان ▫

باشنداکثر سیستم هاي چند پرسسوري و سیستم هاي چند کامپیوتري جزء این ▫

دسته بندي میباشند

28

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

MISDسیستم•در عمل کامپیوتري براي روش چندین دستوري و یک داده اي ساخته نشده ▫

است و فقط جنبه تئوري دارد

MIMDروش چندین دستوري و چندین داده اي•در کامپیوترهایی اجرا میشود که قادر به اجراي چندین برنامه بطور همزمان ▫

باشنداکثر سیستم هاي چند پرسسوري و سیستم هاي چند کامپیوتري جزء این ▫

دسته بندي میباشند

SISD Computer

29

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

Control Processor Memory

Instruction Stream Data Stream

Processor1D1

SIMD Computer

30

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

Processor1

SharedMemory

Instruction Stream

Data Streams

Processor2

Processor n

……

Control

D1

D2

Dn

….

Control 1Processor1

Processor2 Control 2

MISD Computer

31

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

Memory

Instruction Stream

Data Stream

Processor2

Processor n

……

Control 2

Control n

……

Processor1 Control 1D1

MIMD Computer

32

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

Processor1

SharedMemory

Instruction Stream

Data Streams

Processor2

Processor n

……

Control 1D1

D2

Dn

….

Control 2

Control n

خط لولهخط لوله تکنیکی است که به وسیله آن، عملیات سري را میتوان به چند ریز عملیات •

موازي تقسیم نمود، بطوریکه هر یک از این ریز عملیات ها در یک قسمت خط لوله، .همزمان با سایر ریز عملیات هایی که در قسمت هاي دیگر اجراست اجرا شود

خط لوله را میتوان بصورت مجموعه اي از عملیات قسمتهاي مختلف تصور نمود، که •اطالعات باینري در آن جریان پیدا میکند و هر قسمت یک عملیات محاسباتی

. بخصوص، روي اطالعات باینري انجام میدهدبه این ترتیب نتیجه عملیات محاسباتی هر قسمت خط لوله، به قسمت دیگر خط لوله •

انتقال داده میشود و نتیجه نهایی موقعی بدست می آید که اطالعات باینري مربوطه از .تمام قسمتهاي خط لوله گذشته باشد

هر عملیاتی را که بتوان به یک سري از عملیات هاي جزئی تر، با پیچیدگی تقریبا برابر •. تجزیه کرد، میتوان بوسیله پردازنده خط لوله اجرا نمود

این روش براي مواقعی مفید است که می بایستی یک کار بخصوص را برروي یک سري •اطالعات مختلف مرتبا تکرار و اجرا کرد

33

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

خط لوله تکنیکی است که به وسیله آن، عملیات سري را میتوان به چند ریز عملیات •موازي تقسیم نمود، بطوریکه هر یک از این ریز عملیات ها در یک قسمت خط لوله،

.همزمان با سایر ریز عملیات هایی که در قسمت هاي دیگر اجراست اجرا شودخط لوله را میتوان بصورت مجموعه اي از عملیات قسمتهاي مختلف تصور نمود، که •

اطالعات باینري در آن جریان پیدا میکند و هر قسمت یک عملیات محاسباتی . بخصوص، روي اطالعات باینري انجام میدهد

به این ترتیب نتیجه عملیات محاسباتی هر قسمت خط لوله، به قسمت دیگر خط لوله •انتقال داده میشود و نتیجه نهایی موقعی بدست می آید که اطالعات باینري مربوطه از

.تمام قسمتهاي خط لوله گذشته باشدهر عملیاتی را که بتوان به یک سري از عملیات هاي جزئی تر، با پیچیدگی تقریبا برابر •

. تجزیه کرد، میتوان بوسیله پردازنده خط لوله اجرا نموداین روش براي مواقعی مفید است که می بایستی یک کار بخصوص را برروي یک سري •

اطالعات مختلف مرتبا تکرار و اجرا کرد

خط لولهمحاسباتخط لوله •عملیات محاسباتی به چند عملیات جزئی تر تقسیم میشود و هر یک از ▫

. عملیات جزئی تر در یک قسمت خط لوله انجام میپذیردخط لوله دستورالعمل •عملیات برروي رشته دستورات کامپیوتر، با همپوشی زمانی فازهاي واکشی، ▫

رمزگشایی و اجرا در یک سیکل دستور عملی میشود

34

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

محاسباتخط لوله •عملیات محاسباتی به چند عملیات جزئی تر تقسیم میشود و هر یک از ▫

. عملیات جزئی تر در یک قسمت خط لوله انجام میپذیردخط لوله دستورالعمل •عملیات برروي رشته دستورات کامپیوتر، با همپوشی زمانی فازهاي واکشی، ▫

رمزگشایی و اجرا در یک سیکل دستور عملی میشود

35

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

خط لولهبه علت بعضی از مشکالت، خط لوله نمیتواند با حداکثر سرعت خود کار •

کندزمان اجراي عملیات برروي اطالعات ورودي، در قسمت هاي مختلف خط ▫

لوله ممکن است متفاوت باشددو یا چند قسمت ممکن است همزمان بخواهند به حافظه دسترسی پیدا ▫

کنندوابستگی داده ها▫انشعابهاي دستورالعمل ▫

36

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

به علت بعضی از مشکالت، خط لوله نمیتواند با حداکثر سرعت خود کار •کندزمان اجراي عملیات برروي اطالعات ورودي، در قسمت هاي مختلف خط ▫

لوله ممکن است متفاوت باشددو یا چند قسمت ممکن است همزمان بخواهند به حافظه دسترسی پیدا ▫

کنندوابستگی داده ها▫انشعابهاي دستورالعمل ▫

وابستگی داده هایک مسئله اي که باعث پایین آمدن کارائی خط لوله دستور میشود، ممکن است •

.در اثر برخورد داده ها یا آدرس ها باشدیک برخورد موقعی پیش می آید، که دستور قبلی کامال عملیات خود را پایان •

.نداده باشد، که دستور بعدي بخواهد از اطالعات دستور قبلی استفاده نمایداین وابستگی داده ها زمانی پیش می آید، که یک دستور نیاز به اطالعاتی داشته •

. باشد، که هنوز آماده نباشدمثال یک دستور در قسمت واکشی عملوند، نیاز به واکشی عملوندي داشته باشد •

. که در همان زمان می بایستی توسط دستور قبلی در قسمت اجرا تولید شودبنابراین دستور دوم بایستی منتظر اطالعاتی شود که توسط دستور اول آماده

. میشودبطور مشابه، وابستگی آدرس موقعی ممکن است پیش بیاید که یک آدرس نتواند •

محاسبه گردد، چون اطالعاتی را نیاز دارد که آماده نیست

37

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

یک مسئله اي که باعث پایین آمدن کارائی خط لوله دستور میشود، ممکن است •.در اثر برخورد داده ها یا آدرس ها باشد

یک برخورد موقعی پیش می آید، که دستور قبلی کامال عملیات خود را پایان •.نداده باشد، که دستور بعدي بخواهد از اطالعات دستور قبلی استفاده نماید

این وابستگی داده ها زمانی پیش می آید، که یک دستور نیاز به اطالعاتی داشته •. باشد، که هنوز آماده نباشد

مثال یک دستور در قسمت واکشی عملوند، نیاز به واکشی عملوندي داشته باشد •. که در همان زمان می بایستی توسط دستور قبلی در قسمت اجرا تولید شود

بنابراین دستور دوم بایستی منتظر اطالعاتی شود که توسط دستور اول آماده . میشود

بطور مشابه، وابستگی آدرس موقعی ممکن است پیش بیاید که یک آدرس نتواند •محاسبه گردد، چون اطالعاتی را نیاز دارد که آماده نیست

انشعابهاي دستورالعمل ، با آدرس جلوي PCبرنامهشمارندهدر دستور انشعاب شرطی، با بارکردن مقدرا •

.دستورالعمل انشعاب یا آدرس هدف، ترتیب برنامه تغییر می یابددستور انشعاب ترتیب معمولی رشته دستورات را می شکند و مشکالتی در •

. اجراي خط لوله دستور ایجاد میکندکامپیوترهایی که خط لوله استفاده میکنند روش هایی براي جلوگیري از پایین •

آمدن کارایی خط لوله در اثر دستورات انشعاب، بکار میبرند

38

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

، با آدرس جلوي PCبرنامهشمارندهدر دستور انشعاب شرطی، با بارکردن مقدرا •.دستورالعمل انشعاب یا آدرس هدف، ترتیب برنامه تغییر می یابد

دستور انشعاب ترتیب معمولی رشته دستورات را می شکند و مشکالتی در •. اجراي خط لوله دستور ایجاد میکند

کامپیوترهایی که خط لوله استفاده میکنند روش هایی براي جلوگیري از پایین •آمدن کارایی خط لوله در اثر دستورات انشعاب، بکار میبرند

منابع

• Information Technology, 3rd Edition▫ James A. Senn

اینترنت•

39

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

• Information Technology, 3rd Edition▫ James A. Senn

اینترنت•

دادخواه-مبانی فناوري اطالعات

40