В начало

Принципы формирования адресного пространства (Лекция)

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Среда выполнения задачи

2. Архитектурные решения микропроцессоров

 

1. Среда выполнения задачи

Любая задача, запущенная на микропроцессоре IA-32, оперирует определенным набором ресурсов для исполнения инструкций, сохранения данных и состояния задачи. Этот набор ресурсов называется средой выполнения. Функционирование некоторых элементов среды выполнения микропроцессора зависит от режима работы микропроцессора. К среде выполнения задачи относят:

·        адресное пространство (размер адресного пространства и способы его адресации зависят от режима работы);

·        регистры (8 регистров общего назначения, 6 сегментных регистров, регистр флагов и указатель команды);

·        регистры сопроцессора (восемь 80-битовых регистров данных, регистр управления, регистр статуса, указатель команды, указатель операнда, слово тэгов);

·        стек (для реализации вложенных подпрограмм и передачи параметров между ними).

Кроме перечисленных ресурсов, среда выполнения микропроцессора содержит так называемые системные ресурсы, предназначенные для поддержки операционных систем и системного программного обеспечения:

·                    пространство портов ввода-вывода (обеспечивает взаимодействие с периферийными устройствами);

·                    управляющие регистры (определяют режим работы процессора и состояние задачи);

·                    регистры управления памятью и дескрипторные таблицы (используются в защищенном режиме);

·                    регистры отладки;

·                    прочие регистры (MTRRs, MSRs и др.)

 

2. Архитектурные решения микропроцессоров

Анализируя адресные пространства программ и данных, определяют:

·        МП с архитектурой фон Неймана (память программ и память данных находятся в едином пространстве и нет никаких признаков, указывающих на тип информации в ячейке памяти)

и

·        МП с архитектурой Гарвардской лаборатории (память программ и память данных разделены, имеют свои адресные пространства и способы доступа к ним).

Мы рассмотрим более подробно основные типы архитектурных решений, выделяя связь со способами адресации памяти.

 

1. Регистровая архитектура определяется наличием достаточно большого регистрового файла внутри МП. Команды получают возможность обратиться к операндам, расположенным в одной из двух запоминающих сред: оперативной памяти или регистрах. Размер регистра обычно фиксирован и совпадает с размером слова, физически реализованного в оперативной памяти. К любому регистру можно обратиться непосредственно, поскольку регистры представлены в виде массива запоминающих элементов - регистрового файла. Типичным является выполнение арифметических операций только в регистре, при этом команда содержит два операнда (оба операнда в регистре или один операнд в регистре, а второй в оперативной памяти).

К данному типу архитектуры относится микропроцессор фирмы Zilog. Процессор Z80 - детище фирмы Zilog помимо расширенной системы команд, одного номинала питания и способности исполнять программы, написанные для i8080, имел архитектурные "изюминки".

Рис. 1. Микропроцессор Z80 фирмы Zilog

 

В дополнение к основному набору РОН, в кристалле был реализован второй комплект аналогичных регистров. Это значительно упрощало работу при вызове подпрограмм или процедур обслуживания прерываний, поскольку программист мог использовать для них альтернативный набор регистров, избегая сохранения в стеке содержимого РОНов для основной программы с помощью операций PUSH. Кроме того, в систему команд был включен ряд специальных инструкций, ориентированных на обработку отдельных битов, а для поддержки регенерации динамической памяти в схему процессора введены соответствующие аппаратные средства. Z80 применялся в машинах Sinclair ZX, Sinclair Spectrum, Tandy TRS80.

Предельный вариант - архитектура с адресацией посредством аккумуляторов (меньший набор команд).

МП фирмы Motorola имел ряд существенных преимуществ. Прежде всего, кристалл МС6800 требовал для работы одного номинала питания , а система команд оказалась весьма прозрачной для программиста. Архитектура МП также имела ряд особенностей.

Рис.2. Микропроцессор МС6800 фирмы Motorola

 

Микропроцессор МС 6800 содержал два аккумулятора, и результат операции АЛУ мог быть помещен в любой из них. Но самым ценным качеством структуры МС 6800 было автоматическое сохранение в стеке содержимого всех регистров процессора при обработке прерываний (Z80 требовалось для этого несколько команд PUSH). Процедура восстановления РОН из стека тоже выполнялась аппаратно.

Стековая архитектура дает возможность создать поле памяти с упорядоченной последовательностью записи и выборки информации.

В общем случае команды неявно адресуются к элементу стека, расположенному на его вершине, или к двум верхним элементам стека.

Архитектура МП, ориентированная на оперативную память (типа "память-память"), обеспечивает высокую скорость работы и большую информационную емкость рабочих регистров и стека при их организации в оперативной памяти. Архитектура этого типа не предполагает явного определения аккумулятора, регистров общего назначения или стека; все операнды команд адресуются к области основной памяти.

 

Шрифт ККМ КАСБИ-02, КАСБИ-03
Шрифт ККМ КАСБИ-02, КАСБИ-03


PlayStation Network (PSN) - 1000 рублей
PlayStation Network (PSN) - 1000 рублей


iTunes Gift Card (Russia) 1000 руб
iTunes Gift Card (Russia) 1000 руб