Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 23Следующая ⇒

Одним из эффективных средств совершенствования архитектуры современных ЭВМ является теговая организация памяти, при которой каждое хранящееся в памяти (или регистре) слово снабжается указателем - тегом (рис. 4.8, а).

Тег определяет тип данных - целое двоичное число, число с плавающей точкой, десятичное число, адрес, строка символов, дескриптор и т.д. В поле тега обычно указывается не только тип, но и длина (формат) и некоторые другие его параметры. Теги формируются компилятором.

Наличие тегов придает хранящимся в машине данным свойство самоопределяемости, вносящее принципиальные особенности в архитектуру и функционирование ЭВМ.

В обычных ЭВМ, соответствующих классической модели фон Неймана, тип данных - операндов и их формат задаются кодом операции команды, а в ряде случаев размер (формат) определяется следующими полями команды.

Теговая организация памяти, напротив, позволяет достигнуть инвариантности команд относительно типов и форматов операндов, что приводит к значительному сокращению набора команды машины.

Другие преимущества теговой организации памяти ЭВМ:

¨ упрощается и делается более регулярной структура процессора;

¨ облегчается работа программиста, в том числе при отладке программ;

¨ упрощаются компиляторы и сокращаются временные затраты на компиляцию (так как отпадает необходимость выбора типа команды в зависимости от типов данных);

¨ облегчается обнаружение ошибок, связанных с некорректным заданием типа данных (например, при попытке сложить адрес с числом с плавающей точкой);

¨ теговая организация памяти способствует реализации принципа независимости программ от данных;

¨ использование тегов приводит к экономии памяти, так как в программах обычных машин имеется большая информационная избыточность на задание типов и размеров операндов при их использовании несколькими командами.

Недостатки теговой организации памяти - некоторое замедление работы процессора из-за того, что установление соответствия типа команды типу данных, в обычных ЭВМ выполняемое на этапе компиляции, при использовании тегов переносится на этап выполнения программы.

В архитектуре некоторых ЭВМ используются дескрипторы - служебные слова, содержащие описание массивов данных и команд, причем дескрипторы могут употребляться как в машинах с теговой организацией памяти, так и без тегов.

Дескриптор содержит сведения о размере массива данных, его местоположении (в ОП или внешней памяти), адресе начала массива, типе данных, режиме защиты данных (например, запрет записи в ячейки массива) и некоторых других параметрах данных. Отметим, что задание в дескрипторе размера массива позволяет контролировать выход за границу массива при индексации его элементов. На рис. 4.8 в качестве примера представлен один из видов дескрипторов - дескриптор данных.

Дескриптор содержит специфический тег - ТДс, указывающий, что данное слово является дескриптором определенного вида; Ук - группа указателей; А - адрес начала массива данных; L - длина массива; X - индекс.

Использование в архитектуре ЭВМ дескрипторов подразумевает, что обращение к информации в памяти производится через дескрипторы, которые при этом можно рассматривать как дальнейшее развитие аппарата косвенной адресации.

Адресация информации в памяти может осуществляться с помощью цепочки дескрипторов, при этом реализуется многоступенчатая косвенная адресация. То есть адресная часть дескриптора содержит адрес начала массива других дескрипторов, в адресной части каждого из которых содержится в свою очередь, адрес начала массива дескрипторов данных.

Рис. 4.8. Описание двумерного массива данных древовидной структурой дескрипторов: ТДс и ТДн – теги дескрипторов и данных.

ПРОЦЕССОРЫ. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР

В области вычислительной техники различают процессоры:

¨ центральные;

¨ специализированные;

¨ ввода/вывода;

¨ передачи данных;

¨ коммуникационные.

Центральный процессор (ЦП) – это основное устройство ЭВМ, осуществляющее обработку данных и выполняющее функции управления системой (инициирование ввода/вывода, управление доступом к основной памяти, обработку сигналов, поступающих от различных внешних устройств и от внутренних устройств ЭВМ и др.).

Логическая структура ЦП

Организация центрального процессора (ЦП) определяется архитектурой и принципами работы ЭВМ (состав и форматы команд, представление чисел, способы адресации, общая организация машины и её основные элементы), а также технико-экономическими показателями.

Рис. 5.1. Логическая структура ЦП

Логическую структуру ЦПпредставляет ряд функциональных средств (см. рис. 5.1.):

¨ средства обработки;

¨ средства управления системой и программами;

¨ локальная память;

¨ средства управления вводом/выводом и памятью;

¨ системные средства.

Средства обработки обеспечивают выполнение операций с числами с фиксированной точкой, с числами с плавающей точкой, с десятичными данными и с полями переменной длины.

Локальная память состоит из регистров общего назначения, регистров с плавающей точкой, а также управляющих регистров.

Средства управления памятью подразделяются на средства управления доступом к ОП, средства предварительной выборки команд и данных, буферную память и средства защиты памяти.

Средства управления вводом/выводом обеспечивают приоритетный доступ программ к периферийным устройствам через каналы ввода/вывода (или контроллеры).

К системным средствам относятся средства службы времени: часы астрономического времени, таймер, коммутатор и т. д.

Существует обязательный минимальный (стандартный) набор функциональных средств для каждого типа центрального процессора. Он включает в себя:

a) регистры общего назначения;

b) средства выполнения стандартного набора операций;

c) средства управления вычислительным процессом.

Конкретная реализация ЦП может различаться составом средств, способом их реализации, техническими параметрами.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒