Изучение архитектуры микропроцессоров

управления памятью. Почему этот режим называется защищённым?

Ответы.

        1.4.1 Отличие понятий структуры и архитектуры системы в том, что структура определяет считывание, а архитектура строение.

       1.4.2 Основные компоненты, которые входят в состав микропроцессорной системы: памяти, счетчика команд, рабочих регистров процессора, регистров признаков, стека и указателя стека, портов ввода-вывода, системы прерывания, набора команд.

        1.4.3 Элементы микропроцессора, которые являются определяющими при

функционировании процессора: операционное устройство и шинный интерфейс.

        1.4.4 16-ричная  система счисления является машинным  языком. В 8-ричной и 16-ричной системе исчисления обычно записывают команды на машинном языке.

? Почему?

        1.4.5 Под архитектурой МП понимают совокупность следующих компонентов и характеристик:

       - разрядность  адресов и данных;

       - состав, имена  и назначение программно-доступных  регистров;

       - форматы  системы команд;

       - режимы адресации  памяти;

       - способы машинного  представления данных разного  типа;

       - способ адресации  внешних устройств и средства  выполнения опера-

ций ввода-вывода;

       - особенности  инициирования и обработки прерываний.

1.4.6 Модель МП Intel 8086 является  моделью  фон Неймана.

        1.4.7 Архитектура 8086:RISC, CISC, SIMD, SISD, MIMD относится к CISC-архитектуре.

        1.4.8 Основные группы регистров, входящих в состав МП 8086. Регистры разбиваются на четыре категории:

       - регистр флагов;

       - регистры общего  назначения AX, BX, CX, DX, BP, SP,DI и SI;

       - указатель инструкций IP;

       - сегментные регистры CS, SS, DS и ES.

        1.4.9 При работе  РС в реальном режиме используется  сегментный спо-

соб адресации памяти. В чём суть? Поясните на примере с 16-битной шиной

адреса.

       Суть сегментной  адресации заключается в следующем.

процессор 8086 использует двухступенчатую

схему адресации. Да, используются 16-разрядные  указатели, но эта форма

представляет собой только часть полной схемы адресации. Каждый 16-

разрядный указатель памяти или  смещение комбинируется с содержимым 16-

разрядного сегментного регистра для формирования 20-разрядного адреса па-

мяти.                                                                             

    Сегменты и смещения  комбинируются следующим образом:  значение

сегмента сдвигается влево на 4 разряда (то есть умножается на 16), а  затем

складывается со смещением, как  показано на рисунке 1.5.

         Рассмотрим, например, следующий фрагмент программы:

           :

           mov ax,1000h

           mov ds,ax

           mov si,201h

           mov dl,[si]

           :

        Здесь для  сегментного регистра DS устанавливается  значение 1000h, SI

устанавливается в значение 201h. Мы можем представить их в виде "сегмент:

смещение" - 1000:201h. Адрес, из которого загружаются данные в DL, пред-

ставляет собой:

   ((DS * 16) + SI) или ((1000h * 16) + 201h)

         Итак, программа  получает доступ к полному  адресному пространству

в 1 мегабайт с помощью использования  только пары "сегмент: смещение". Все

инструкции и режимы адресации  процессора 8086 по умолчанию работают от-

носительно того или иного сегментного  регистра, хотя в некоторых инструкци-

ях можно явно указать, что нужно использовать желаемый сегментный ре-

гистр.

        1.4.10 Отладчик (деба́ггер, англ. debugger) — компьютерная программа, предназначенная для поиска багов в других программах, ядрах операционных систем, SQL-запросах и других видах кода. Отладчик позволяет выполнять пошаговую трассировку, отслеживать, устанавливать или изменять значения переменных в процессе выполнения кода, устанавливать и удалять контрольные точки или условия остановки и т.д.

     1.4.11 Стек - это область памяти, в которой можно сохранять значения и из которой они могут затем извлекаться по дисциплине "последний – пришел – первый - ушел" (LIFO). То есть последнее сохраненное в стеке значение будет первым значением, которое вы получите при чтении из стека.

       Стек  находится в сегменте, на который указывает регистр SS. Например:

         :

         push bp

         mov bp,sp

         mov ax,[bp+4]

         :

Используется в регистре SP. Стек используется всякий раз, когда  вы вызываете подпрограмму. Кроме  того, стек используют некоторые системные ресурсы, когда они прерывают процессор, чтобы выполнить свои функции.

        1.4.12 Основные отличия CISC и RISC архитектур

Основные отличия между CISC- и RISC-архитектурами кроются в  различном количестве и уровнях  сложности машинных команд. В классических реализациях архитектуры CISC их много, и они зачастую семантически нагружены, аналогично операторам высокоуровневых языков программирования. RISC-команды, напротив - много проще и, как следствие, для эф-фективного выполнения требуют весьма скрупулезной оптимизации первичного программного кода. Впрочем, сегодня грань между этими архитектурами становится все менее четкой и в ближайшем будущем, вероятно, вообще исчезнет.

Идея конвейерной обработки  заключается в выделении отдельных  этапов выполнения общей операции, причем каждый этап, выполнив свою работу, передавал бы результат следующему, одновременно принимая новую порцию входных данных. Эта обработка данных наиболее приемлема для RISC - архитектуры МП.

      1.4.13  Регистры или наборы регистров, известных под названием "слово состояния программы" (program status word — PSW), включают информацию о состоянии и кодах условий.

      1.4.14 Суть данного подхода состоит в следующем. Программа разбивается на логически законченные части − сегменты, каждый из которых размещается на некотором (от 1 до n) количестве стандартных страниц памяти.

В этом случае виртуальный  адрес состоит из трёх составляющих: сегмент, страница, индекс. Данный метод  вносит ещё большую задержку доступа  к памяти. Необходимо сначала вычислить адрес дескриптора сегмента и прочитать его, затем вычислить адрес элемента таблицы страниц этого сегмента и извлечь из памяти необходимый элемент, а уже затем, приписав к номеру физической страницы номер ячейки в странице, получить окончательный физический адрес этого элемента. Величина задержки здесь примерно втрое больше, чем при простой прямой адресации. Для уменьшения задержки вводится кэширование.

Достоинством сегментно-страничного способа распределения памяти является размещение сегмента программы в памяти целиком, что уменьшает время межстраничного обмена.

Недостаток − сложность и затраты ресурсов на реализацию.