Архитектура компьютера.

Еще в 1945 году американский математик Джон фон Нейман предложил концепцию, которая лежит в основе большинства современных компьютеров. Одним из основных моментов концепции является то, что система обладает отдельной памятью, в которой хранятся программы и данные и отдельным устройством обработки. Обмен данными происходит через шину данных и шину адреса.

CPU

Память

ШД

ША

Современные компьютеры придерживаются такой же архитектуры, однако, по средствам шин CPU связан не только с памятью, но и с контроллерами других устройств.

Основные блоки процессора.

1. Устройство сопряжения с шиной – это физическое или логическое устройство, которое соединяет смежные компоненты: оборудование или системные элементы. В целом УССШ обеспечивает сопряжение между микропроцессором и его окружением.

2. Устройство декодирования команд – преобразует команды в микрокод (IDU).

3. Устройство предварительной выборки команд (PU) – необходимо для того, чтобы заранее получать команды или данные перед их фактическим использованием. Эти команды хранятся в очереди в ожидании обработки устройством декодирования.

4. Исполнительное устройство – выполняет команды из очереди команд (EU). Для ускорения выполнения команд с обращением к памяти блок EU приступает к их выполнению еще до завершения выполнения предыдущей команды.

5. Устройство сегментации – (SU) преобразует логические адреса в линейные, по запросу блока IU и при этом проверяет нарушение сегментации. Транслированный линейный адрес направляется в устройство страничной организации памяти(PAG)

6. Устройство PAG – транслирует линейные адреса в физические, если включен механизм разбиения на страницы

7. Оба последних блока (устройства) входят в устройство управления памятью MMU, предназначенное для манипуляции сегментами памяти.

Организация памяти в микропроцессоре.

Память физически представляет единое целое с компьютером и управляется процессором. При этом организационные методы используются для предоставления программистам возможностей эффективного воздействия на всю компьютерную систему.

Модели организации памяти:

1. Сплошная

2. Сегментированная

Процессоры, начиная с 386го имеют 3 различных адресных пространства:

1. Физическое – физические адреса это реальные адреса, используемые для выбора ячеек физической памяти

2. Логическое – логический адрес состоит из указателя сегмента и относительного адреса внутри сегмента

3. Линейное – линейный адрес – это адрес, сформированный из логического сложением относительного адреса и базового адреса сегмента.

Сплошная модель памяти – адресное пространство состоит из массива длиной до 4 Гб, которое процессор с помощью механизма трансляции отображает в пространство физических адресов. При этом указатель является 32ух разрядным числом, значение которого меняется от 0 до 2³²-1

Сегментированная модель памяти – сегментация – это разделение памяти на логические блоки с целью эффективного управления пространством логических адресов. Адресное пространство при использовании такой модели состоит из сегментов, которые представляют собой блок сплошного адресного пространства. Для 32ух разрядного процессора размер сегмента те же 4 Гб, а количество сегментов до 16382. Размер полного пространства может быть до 64 Тб. Существует и другая модель – разбиение на страницы, удобная для многозадачных ОС. Разбиение на страницы возможно только в защищенном режиме и обеспечивает управление очень большими сегментами.