24.Программная модель процессора. Общие понятия. Виды используемых структур памяти по принципам размещения и поиска информации

Общие понятия

Программная модель процессора – это базовая совокупность систем и характеристик процессора, видимая программистам, работающим на нижних, “машинных” уровнях программирования, например, на языке ассемблере.

Обычно к программной модели процессора относят:

• виды используемых структур памяти по принципам размещения и поиска информации,

• организацию оперативной памяти,

• структуру и типы команд,

• состав программно-доступных регистров,

• режимы адресации,

• структуру и типы данных,

• наборы реализованных операций.

Кроме этого в программную модель включают ряд схемно-программных систем, видимых программистам, работающим на нижних уровнях программирования.

Это:

• система прерывания,

• организация ввода/вывода,

• организация памяти.

Виды используемых структур памяти по принципам размещения и поиска информации

В традиционных ЭВМ используется иерархическая система памяти. Непосредственно в процессоре могут быть интегрированы регистры общего назначения (РОНы), первые ступени кэш-памяти, дополнительные устройства памяти, иногда – программно недоступные. Это устройства сохранения адресов возврата, аппаратные таблицы переадресации, буферы предсказаний ветвлений и т.д.

Основной памятью, на работу с которой ориентирован процессор, является оперативная память. Остальные системы памяти для процессора, как правило, являются внешними устройствами.

Особый статус имеют уровни кэш-памяти. Это элементы системы “оперативная память – процессор”.

По принципам размещения и поиска информации устройства оперативной памяти разделяются на: адресные, ассоциативные и стековые.

Адресная память.

В адресных устройствах памяти массив элементов хранения информации разбивается на отдельные нумерованные последовательности. Номер конкретной последовательности является ее адресом, по которому происходит обращение для записи или чтения информации. Это модель плоской (двухкоординатной) памяти.

Ассоциативная память.

В ассоциативных системах памяти массив элементов хранения информации, как и в адресных системах, разбивается на отдельные последовательности, но нумерация последовательности необязательна.

Кроме функций записи и хранения, в таких системах памяти аппаратно реализуются функции ассоциативного поиска информации. В простейшем случае – это поиск информации по совпадению входного “эталона” – ключа с частью последовательности хранимой информации. Результаты ассоциативного поиска используются в операциях чтения или записи для поиска искомых строк данных.

Стековая память.

Стековая память – это список со стратегией работы “последний вошел – первый вышел”. Стековая память обычно реализуется на основе обычной линейной адресной памяти с использованием специального регистра – указателя стека (SP). Для стековой памяти определены две операции: занесение единицы данных в стек и удаление единицы данных из стека.