- •Архитектура вычислительной системы Определение понятия "архитектура"
- •Архитектура системы команд. Классификация процессоров (cisc и risc)
- •Методы адресации и типы данных Методы адресации
- •Типы команд
- •Команды управления потоком команд
- •Типы и размеры операндов
- •1. Где может размещаться блок в кэш-памяти?
- •2. Как найти блок, находящийся в кэш-памяти?
- •3. Какой блок кэш-памяти должен быть замещен при промахе?
- •4. Что происходит во время записи?
- •Принципы организации основной памяти в современных компьютерах
- •Увеличение разрядности основной памяти
- •Память с расслоением
- •Использование специфических свойств динамических зупв
- •Виртуальная память и организация защиты памяти Концепция виртуальной памяти
- •Страничная организация памяти
- •Сегментация памяти
- •Структура регистров процессора ia-32Pentium
- •Организация ввода/вывода
- •Системные и локальные шины
- •Устройства ввода/вывода Основные типы устройств ввода/вывода
- •Магнитные диски
- •Дисковые массивы и уровни raid
- •Системы высокой готовности и отказоустойчивые системы
- •Требования, предъявляемые к системам высокой готовности
- •Конфигурации систем высокой готовности
Методы адресации и типы данных Методы адресации
В машинах к регистрами общего назначения метод (или режим) адресации объектов, с которыми манипулирует команда, может задавать константу, регистр или ячейку памяти. Для обращения к ячейке памяти процессор прежде всего должен вычислить действительный или эффективный адрес памяти, который определяется заданным в команде методом адресации.
Адресация непосредственных данных и литеральных констант обычно рассматривается как один из методов адресации памяти (хотя значения данных, к которым в этом случае производятся обращения, являются частью самой команды и обрабатываются в общем потоке команд). Адресация регистров, как правило, рассматривается отдельно. В данном разделе методы адресации, связанные со счетчиком команд (адресация относительно счетчика команд) рассматриваются отдельно. Этот вид адресации используется главным образом для определения программных адресов в командах передачи управления.
На рисунке на примере команды сложения (Add) приведены наиболее употребительные названия методов адресации, хотя при описании архитектуры в документации разные производители используют разные названия для этих методов. На этом рисунке знак "(" используется для обозначения оператора присваивания, а буква М обозначает память (Memory). Таким образом, M[R1] обозначает содержимое ячейки памяти, адрес которой определяется содержимым регистра R1.
Метод адресации |
Пример команды |
Смысл команды методаИспользование |
Регистровая |
Add R4,R3 |
R4(R4+R5 Требуемое значение в регистре |
Непосредственная или литеральная |
Add R4,#3 |
R4(R4+3 Для задания констант |
Базовая со смещением |
Add R4,100(R1) |
R4(R4+M[100+R1] Для обращения к локальным переменным |
Косвенная регистровая |
Add R4,(R1) |
R4(R4+M[R1] Для обращения по указателю или вычисленному адресу |
Индексная |
Add R3,(R1+R2) |
R3(R3+M[R1+R2] Иногда полезна при работе с массивами: R1 - база, R3 - индекс |
Прямая или абсолютная |
Add R1,(1000) |
R1(R1+M[1000] Иногда полезна для обращения к статическим данным |
Косвенная |
Add R1,@(R3) |
R1(R1+M[M[R3]] Если R3-адрес указателя p, то выбирается значение по этому указателю |
Автоинкрементная |
Add R1,(R2)+ |
R1(R1+M[R2] R2(R2+d Полезна для прохода в цикле по массиву с шагом: R2 - начало массива В каждом цикле R2 получает приращение d |
Автодекрементная |
Add R1,(R2)- |
R2(R2-d R1(R1+M[R2] Аналогична предыдущей Обе могут использоваться для реализации стека |
Базовая индексная со смещением и масштабированием |
Add R1,100(R2)[R3] |
R1( R1+M[100]+R2+R3*d Для индексации массивов |
Методы адресации
Использование сложных методов адресации позволяет существенно сократить количество команд в программе, но при этом значительно увеличивается сложность аппаратуры. Возникает вопрос, а как часто эти методы адресации используются в реальных программах?
Частота использования различных методов адресации на программах TeX, Spice, GCC
На рис. представлены результаты измерений частоты использования различных методов адресации на примере трех популярных программ (компилятора с языка Си GCC, текстового редактора TeX и САПР Spice), выполненных на компьютере VAX.
Из этого рисунка видно, что непосредственная адресация и базовая со смещением доминируют.
При этом основной вопрос, который возникает для метода базовой адресации со смещением, связан с длиной (разрядностью) смещения. Выбор длины смещения в конечном счете определяет длину команды. Результаты измерений показали, что в подавляющем большинстве случаев длина смещения не превышает16 разрядов.
Этот же вопрос важен и для непосредственной адресации. Непосредственная адресация используется при выполнении арифметических операций, операций сравнения, а также для загрузки констант в регистры. Результаты анализа статистики показывают, что в подавляющем числе случаев 16 разрядов оказывается вполне достаточно (хотя для вычисления адресов намного реже используются и более длинные константы).
Важным вопросом построения любой системы команд является оптимальное кодирование команд. Оно определяется количеством регистров и применяемых методов адресации, а также сложностью аппаратуры, необходимой для декодирования. Именно поэтому в современных RISC-архитектурах используются достаточно простые методы адресации, позволяющие резко упростить декодирование команд. Более сложные и редко встречающиеся в реальных программах методы адресации реализуются с помощью дополнительных команд, что вообще говоря приводит к увеличению размера программного кода. Однако такое увеличение длины программы с лихвой окупается возможностью простого увеличения тактовой частоты RISC-процессоров. Этот процесс мы можем наблюдать сегодня, когда максимальные тактовые частоты практически всех RISC-процессоров превышают тактовую частоту, достигнутую процессором Pentium I.