- •Архитектура
- •27 Экзаменационных вопросов
- •Издание первое
- •Оглавление
- •Вопрос 1. Поколения архитектуры эвм. Основные характеристики.
- •Вопрос 2. Области применения и типы эвм. Классификация по быстродействию и областям применения
- •Вопрос 3. Принципы архитектуры Фон-Неймана.
- •Вопрос 4. Пользовательские регистры. Регистры общего назначения.
- •Вопрос 5. Пользовательские регистры. Сегментные регистры.
- •Вопрос 6. Основные характеристики памяти. Адресная, ассоциативная и стековая организация памяти.
- •Вопрос 7. Ассоциативная организация памяти: регистровая косвенная адресация (базовая и индексная)
- •Вопрос 8. Ассоциативная организация: регистровая косвенная адресация со смещением
- •Вопрос 9. Стековая память
- •Вопрос 10. Динамическая память. Статическая память
- •Вопрос 11. Режимы работы кэш-памяти
- •Вопрос 12. Структура эвм. Назначение и структура процессора
- •Вопрос 13. Системы команд. Классификация процессоров в соответствии с системой команд
- •Вопрос 14. Реальный режим процессора типа интел 8086. Сегмент, граница параграфа, смещение
- •Вопрос 15. Защищенный режим работы процессора. Таблицы дескрипторов
- •Вопрос 16. Виртуальный режим работы процессора типа интел 8086
- •Вопрос 17. Прерывания
- •Вопрос 18. Системы ввода-вывода.
- •Вопрос 19. Классификация процессоров. Cisc, risc, vliw, суперскалярные процессоры, misc.
- •Вопрос 20. Особенности risc архитектуры.
- •Вопрос 21. Параллельная обработка. Конвейерная организация. Типы конфликтов.
- •Вопрос 22. Архитектура суперскалярных процессоров. Предварительная выборка команд и предсказание переходов.
- •Вопрос 23. Архитектура эвм с длинным командным словом.
- •Вопрос 24. Процессор ia-64. Особенности построения и работы архитектура ia-64 (Merced)
- •Вопрос 25-26. Основные классы современных параллельных компьютеров. Numa, pvp, кластеры. Основные классы современных параллельных компьютеров. Mpp, smp
- •Массивно-параллельные системы (mpp)
- •Симметричные мультипроцессорные системы (smp)
- •Системы с неоднородным доступом к памяти (numa)
- •Параллельные векторные системы (pvp)
- •Кластерные системы
- •Вопрос 27. Вычислительные системы, классы архитектур.
Вопрос 3. Принципы архитектуры Фон-Неймана.
В основу построения большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1945 американским ученым Джоном Фон Нейманом (Венгрия, настоящее имя Янош).
Первый принцип: принцип представления информации в цифровом виде (в двоичном коде) с помощью битов.
8 бит = 1 байт 16 бит = 2 байта = слово 32 бита = 4 байта = два слова = одно двойное слово
Второй принцип: принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически, друг за другом, в определенной последовательности. Выборка команд осуществляется с помощью счетчика команд. Если необходимо перейти не к следующей, а к какой-то другой команде, то используются команды условного и безусловного перехода (ветвление). Выборка команд из памяти прекращается после достижения выполнения команды «стоп». Таким образом, процессор выполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
Третий принцип: принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти, компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти: число, текст или команда. Поэтому появляется возможность над командами выполнять такие же действия, как и над данными. Это создаёт следующие возможности:
- программа в процессе выполнения может создавать правила получения своих составных частей (выполнение циклов и подпрограмм)
- команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции – перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
- принцип адресности: основная память состоит из пронумерованных ячеек, то есть процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Компьютеры, построенные на основе этих принципов, получили название Фон Неймановских. Все остальные – не Фон Неймановские.
Вопрос 4. Пользовательские регистры. Регистры общего назначения.
Регистры - специальные ячейки памяти, расположенные физически внутри процессора, доступ к которым осуществляется не по адресам, как к основной памяти, а по именам.
Пользовательские регистры называются так потому, что программист может использовать их при написании своих программ. К этим регистрам относятся:
╥ восемь 32-битных регистров, которые могут использоваться программистами для хранения данных и адресов (их еще называют регистрами общего назначения (РОН)):
o eax/ax/ah/al;
o ebx/bx/bh/bl;
o edx/dx/dh/dl;
o ecx/cx/ch/cl;
o ebp/bp;
o esi/si;
o edi/di;
o esp/sp.
╥ шесть регистров сегментов: cs, ds, ss, es, fs, gs;
╥ регистры состояния и управления:
o регистр флагов eflags/flags;
регистр указателя команды eip/ip.
Регистры общего назначения
|
32 бита |
||
|
|
16 бит |
|
|
|
|
8 бит |
|
|
|
|
EAX |
|
AX |
|
AH |
AL |
||
EBX |
|
BX |
|
BH |
BL |
||
ECX |
|
CX |
|
CH |
CL |
||
EDX |
|
DX |
|
DH |
DL |
||
ESI |
|
SI |
|
EDI |
|
DI |
|
EBP |
|
BP |
|
ESP |
|
SP |
Регистры общего назначения
Все регистры этой группы позволяют обращаться к своим младшим частям. Для самостоятельной адресации можно использовать только младшие 16 и 8-битные части этих регистров. Старшие 16 бит этих регистров как самостоятельные объекты недоступны. Это сделано, для совместимости с младшими 16-разрядными моделями микропроцессоров фирмы Intel.
Перечислим регистры, относящиеся к группе регистров общего назначения.
eax/ax/ah/al (Accumulator register) - аккумулятор. Применяется для хранения промежуточных данных. В некоторых командах использование этого регистра обязательно;
ebx/bx/bh/bl (Base register) - базовый регистр. Часто применяется для хранения базового адреса некоторого объекта в памяти;
ecx/cx/ch/cl (Count register) - регистр-счетчик. Применяется в командах, производящих некоторые повторяющиеся действия.
edx/dx/dh/dl (Data register) - регистр данных. Так же, как и регистр eax/ax/ah/al, он хранит промежуточные данные.
Следующие два регистра используются для поддержки так называемых строковых операций, то есть операций, производящих последовательную обработку строк элементов, каждый из которых может иметь длину 32, 16 или 8 бит:
esi/si (Source Index register) - индекс источника. Этот регистр в цепочечных операциях содержит текущий адрес элемента в строке-источнике;
edi/di (Destination Index register) - индекс приемника (получателя). Этот регистр в цепочечных операциях содержит текущий адрес в строке-приемнике.
Для работы со стеком в системе команд микропроцессора есть специальные команды, а в программной модели микропроцессора для этого существуют специальные регистры:
esp/sp (Stack Pointer register) - регистр указателя стека. Содержит указатель вершины стека в текущем сегменте стека.
ebp/bp (Base Pointer register) - регистр указателя базы кадра стека. Предназначен для организации произвольного доступа к данным внутри стека. Часто регистр bp/ebp хранит адрес начала локальных переменных текущей подпрограммы.
Все регистры общего назначения (кроме esp) могут использоваться при программировании для хранения операндов практически в любых сочетаниях. Но некоторые команды используют фиксированные регистры для выполнения своих действий. Использование жесткого закрепления регистров для некоторых команд позволяет более компактно кодировать их машинное представление.