Методы повышения производительности процессора.
Микроархитектура процессора (внутренняя реализация программной модели). Различные микроархитектурные реализации направлены на повышение быстродействия (производительности):
применение RISC-ядра для исполнения микрокоманд
конвейеризация выполнения инструкций
распараллеливание выполнения инструкций (суперскалярный процессор – этот тот которые имеет более одного конвейера)
предсказание переходов и на его основе спекулятивное исполнение
Программная модель процессора х86 (базовая архитектура ia-32).
Программная модель процессора включает его видимые свойства, такие как набор систем, режимы адресации, механизмы прерываний.
Программная модель включает
1) 8 32-ух (IA-32) разрядных регистров общего назначения и 16 64-ех регистров общего назначения для процессоров 64-разрядными расширениями (х86-64).
2) CS, SS, ds, es, fs, gs 16-разр. 6 Сегментных регистров.
3) Регистр состояния R FLAGS
4) Регистр указателя команд RIP (32 либо 64 разрядный)
Помимо перечисленных пользовательских регистров доступных прикладным программам процессоры имеют ряд системных регистров, это системные адресные регистры, управляющие регистры, регистры отладки и тестирования. Их набор зависит от конкретной модели процессора, а доступ к ним привилегирован.
Операнды могут поступать в процессор вместе с командой, из регистра процессора, из памяти.
НЗ ->РГ, П
РГ <-> РГ
П <->РГ
П <-> П (так нельзя)
П – память, РГ – регистр, НЗ – непосредственное значение.
Операнд может быть адресован следующими способами:
непосредственная адресация. mov ax, 5h
Прямая абсолютная адресация. Значение операнда содержится в памяти эффективный адрес ячейки памяти содержится в самой команде. mov ax, perem (perem <- адрес ячейки)
Прямая относительная адресация. Эффективный адрес формируется как сумма указателя команд и относительного адреса перехода.
Регистровая адресация. Значение операнда содержится в регистре. mov ax, bx. (либо add ax, bx)
Косвенная адресация. Операнд находится в памяти. Используется чаще всего для доступ к элементу массива. Эффективный адрес формируется как сумма 3-ех составляющих (BASE, INDEX, DISPLACEMENT). В качестве BASE выступает содержимое регистра общего назначения (AX, BX, CX), смещение это число DISPLACEMENT.
Mov eax, [ecx] – косвенная базовая (регистровая)
Mov [di], al – косвенная индексная
Mov ax, [si+3h] – косвенная регистровая со смещением
Mov ax, array[bx] – косвенная регистровая со смещением
Mov [si][dx], ax – косвенная базовая индексная
Mov ax, array[si][dx] – косвенная базовая индексная со смещением
Понятия логического, линейного и физического адресов и способы их формирования
Различают 3 типа адреса (3 типа адресных пространства): логический, линейный, физический.
Логический – задается парой сегмент:[смещение]. Сегмент – это содержимое одного из сегментных регистров, смещение – это вычисленный эффективный адрес.
Линейный – получается из логического путем сложения сдвинутого на 4 разряда влево значения сегментного значения и смещения. В защищенном режиме большинство современных ОС выделяют программе 1 сегмент с 32-ух разрядным смещением в котором программа располагается так как будто это обычная машина с 32-ух разрядным линейным адресным пространством. В 64-ех разрядных приложениях сегментации нет вообще приложения оперируют только линейными виртуальными адресами.
Физический адрес сформированный из линейного блоком страничной трансляции адресов. В простейшем случае, при отключенном блоке страничной трансляции, те в реальном режиме работы процессора, физический адрес полностью совпадает с линейным.