Форматы элементарной команды ЭВМ. Код операции и адресная часть.

Принцип функционирования машины фон Неймана:

1) принцип автоматического управления (данные в ЭВМ преобразуются под автоматическим управлением программ, причем и программа и данные располагаются в оперативной памяти (RAM) в двоичной системе исчисления).

2) Принцип раздельного хранения в командах программы не сами преобразуемые данные, а адреса ячеек памяти, в которых эти данные хранятся.

Форматы элементарной команды ЭВМ. Код операции и адресная часть.

Процессор выполняется конечное количество команд (n).

Все команды, которые выполняется процессор условно делятся на 4 группы:

Элементарная процессорная операция в общем случае имеет вид:

1. Код операции (номер команды, который нужно выполнить процессору, в двоичной системе)

2. Адресная часть (может содержать до 4-ёх полей)

Любая программа занимает минимум три области: с=a+b.

В области data выделена память для a, для b и для с (полученного значения).

CISC-процессоры
Complex instruction set computer — вычисления со сложным набором команд. Процессорная архитектура, основанная на усложнённом наборе команд. Типичными представителями CISC являются микропроцессоры семейства x86 (хотя уже много лет эти процессоры являются CISC только по внешней системе команд: в начале процесса исполнения сложные команды разбиваются на более простые микрооперации (МОП’ы), исполняемые RISC-ядром).
RISC-процессоры
Reduced instruction set computer — вычисления с упрощённым набором команд (в литературе слово «reduced» нередко ошибочно переводят как «сокращённый»). Архитектура процессоров, построенная на основе упрощённого набора команд, характеризуется наличием команд фиксированной длины, большого количества регистров, операций типа регистр-регистр, а также отсутствием косвенной адресации. Концепция RISC разработана Джоном Коком (John Cocke) из IBM Research, название придумано Дэвидом Паттерсоном (David Patterson).
Упрощение набора команд призвано сократить конвейер, что позволяет избежать задержек на операциях условных и безусловных переходов. Однородный набор регистров упрощает работу компилятора при оптимизации исполняемого программного кода. Кроме того, RISC-процессоры отличаются меньшим энергопотреблением и тепловыделением.
Среди первых реализаций этой архитектуры были процессоры MIPS, PowerPC, SPARC, Alpha, PA-RISC. В мобильных устройствах широко используются ARM-процессоры.
MISC-процессоры
Minimum instruction set computer — вычисления с минимальным набором команд. Дальнейшее развитие идей команды Чака Мура, который полагает, что принцип простоты, изначальный для RISC-процессоров, слишком быстро отошёл на задний план. В пылу борьбы за максимальное быстродействие, RISC догнал и перегнал многие CISC процессоры по сложности. Архитектура MISC строится на стековой вычислительной модели с ограниченным числом команд (примерно 20-30 команд).

Архитектура IBM PC. Основные периферийные устройства.

IBM PC – это персональная вычислительная система, построенная на принципе общей шины на основе процессора Intel (разрядность от 16 до 64 бит)

Общая шина – это системная магистраль, по которой передаются сигналы трёх типов.

Соответственно шина делится на: 1) шина адреса, 2) шина данных, 3) шина управления.

Шина – достаточно сложное устройство, содержащее кроме линий связи логические элементы кодировки, коммутации и вычисления приоритетов устройств.

CPU – central processor unit – центральный процессор, выполняющий арифметические и логические опреации над целыми числами, а ткже реагирует на сигналы управления.

FPU – floating processor unit – математический процессор, выполняющий операции над числами с плавающей точкой.

Оперативная память ROM, RAM. В чем основное отличия.

RAM – память прямого (непосредственного) доступа.

ROM – read only memory – память только для чтения.

Объединены в одно адресное пространство, но имеют абсолютно разную физическую природу.

RAM – динамическая энергозависимая область памяти, в которой содержится: а) часть ядра операционной системы; б) любая программа в процессе своего исполнения.

Каждая ячейка RAM представляет собой данное устройство.

ROM – статическая энергонезависимая область памяти, в которой содержится BIOS (Basic Input/Output System).

Каждая ячейка памяти ROM представляет собой триггер.

DMA (director memory access) – предназначается для высвобождения процессорного времени при операциях передачи информации между оперативной памятью и другими устройствами (контроллер прямого доступа к памяти)

Область аппаратных портов ввода – вывода – через которую к шине подключаются все остальные периферийные устройства.

Область аппаратных портов ввода/вывода представляет собой 1024 (или 0х3ff) 8- или 16-разрядных регистров, некоторые из них предназначаются только для чтения, некоторые только для записи, некоторые и так и так.

Другой подход к организации памяти опирается на тот факт, что программы обычно разделяются на отдельные области-сегменты. Каждый сегмент представляет собой отдельную логическую единицу информации, содержащую совокупность данных или программ и расположенную в адресном пространстве пользователя. Сегменты создаются пользователями, которые могут обращаться к ним по символическому имени. В каждом сегменте устанавливается своя собственная нумерация слов, начиная с нуля.

Обычно в подобных системах обмен информацией между пользователями строится на базе сегментов. Поэтому сегменты являются отдельными логическими единицами информации, которые необходимо защищать, и именно на этом уровне вводятся различные режимы доступа к сегментам. Можно выделить два основных типа сегментов: программные сегменты и сегменты данных (сегменты стека являются частным случаем сегментов данных). Поскольку общие программы должны обладать свойством повторной входимости, то из программных сегментов допускается только выборка команд и чтение констант. Запись в программные сегменты может рассматриваться как незаконная и запрещаться системой. Выборка команд из сегментов данных также может считаться незаконной и любой сегмент данных может быть защищен от обращений по записи или по чтению.

Для реализации сегментации было предложено несколько схем, которые отличаются деталями реализации, но основаны на одних и тех же принципах.

В системах с сегментацией памяти каждое слово в адресном пространстве пользователя определяется виртуальным адресом, состоящим из двух частей: старшие разряды адреса рассматриваются как номер сегмента, а младшие - как номер слова внутри сегмента. Наряду с сегментацией может также использоваться страничная организация памяти. В этом случае виртуальный адрес слова состоит из трех частей: старшие разряды адреса определяют номер сегмента, средние - номер страницы внутри сегмента, а младшие - номер слова внутри страницы.

Как и в случае страничной организации, необходимо обеспечить преобразование виртуального адреса в реальный физический адрес основной памяти. С этой целью для каждого пользователя операционная система должна сформировать таблицу сегментов. Каждый элемент таблицы сегментов содержит описатель (дескриптор) сегмента (поля базы, границы и индикаторов режима доступа). При отсутствии страничной организации поле базы определяет адрес начала сегмента в основной памяти, а граница - длину сегмента. При наличии страничной организации поле базы определяет адрес начала таблицы страниц данного сегмента, а граница - число страниц в сегменте. Поле индикаторов режима доступа представляет собой некоторую комбинацию признаков блокировки чтения, записи и выполнения.

Таблицы сегментов различных пользователей операционная система хранит в основной памяти. Для определения расположения таблицы сегментов выполняющейся программы используется специальный регистр защиты, который загружается операционной системой перед началом ее выполнения. Этот регистр содержит дескриптор таблицы сегментов (базу и границу), причем база содержит адрес начала таблицы сегментов выполняющейся программы, а граница - длину этой таблицы сегментов. Разряды номера сегмента виртуального адреса используются в качестве индекса для поиска в таблице сегментов. Таким образом, наличие базово-граничных пар в дескрипторе таблицы сегментов и элементах таблицы сегментов предотвращает возможность обращения программы пользователя к таблицам сегментов и страниц, с которыми она не связана. Наличие в элементах таблицы сегментов индикаторов режима доступа позволяет осуществить необходимый режим доступа к сегменту со стороны данной программы. Для повышения эффективности схемы используется ассоциативная кэш-память.

Отметим, что в описанной схеме сегментации таблица сегментов с индикаторами доступа предоставляет всем программам, являющимся частями некоторой задачи, одинаковые возможности доступа, т. е. она определяет единственную область (домен) защиты. Однако для создания защищенных подсистем в рамках одной задачи для того, чтобы изменять возможности доступа, когда точка выполнения переходит через различные программы, управляющие ее решением, необходимо связать с каждой задачей множество доменов защиты. Реализация защищенных подсистем требует разработки некоторых специальных аппаратных средств. Рассмотрение таких систем, которые включают в себя кольцевые схемы защиты, а также различного рода мандатные схемы защиты, выходит за рамки данного обзора.

Двумя основными архитектурами набора команд, используемыми компьютерной промышленностью на современном этапе развития вычислительной техники являются архитектуры CISC и RISC.

Лидером в разработке микропроцессоров c полным набором команд (CISC - Complete Instruction Set Computer) 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.

Принцип функционирования машины фон Неймана:

Форматы элементарной команды ЭВМ. Код операции и адресная часть.

Процессор выполняется конечное количество команд (n).

Все команды, которые выполняется процессор условно делятся на 4 группы:

Элементарная процессорная операция в общем случае имеет вид:

1. Код операции (номер команды, который нужно выполнить процессору, в двоичной системе)

2. Адресная часть (может содержать до 4-ёх полей)

Любая программа занимает минимум три области: с=a+b.

В области data выделена память для a, для b и для с (полученного значения).

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: