17. Регистровая архитектура мп

В машинах данного типа процессор включает в себя массив регистров (регистровый файл), известных как регистры общего назначения (РОН). Эти регистры в каком-то смысле можно рассматривать как явно управляемый КЭШ для хранения недавно использовавшихся данных.

Размер регистров обычно фиксирован и совпадает с размером машинного слова. К любому регистру можно обратиться, указав его номер. Количество РОН в архитектурах типа CISC обычно невелико (от 8 до 32), и для представления номера конкретного регистра необходимо не более пяти разрядов, благодаря чему в адресной части команд обработки допустимо одновременно указать номера двух, а зачастую и трех регистров (двух регистров операндов и регистра результата). RISС-архитектура предполагает использование существенно большего числа РОН (до нескольких сотен), однако типичная для таких ВМ длина команды (обычно 32 разряда) позволяет определить в команде до трех регистров.

Регистровая архитектура допускает расположение операндов в одной из двух запоминающих сред: основной памяти или регистрах. С учетом возможного размещения операндов в рамках регистровых АСК выделяют три подвида команд обработки: регистр-регистр; регистр- память; память-память. Вариант "регистр-регистр" характеризуется простотой реализации, фиксированной длиной команды, быстрым выполнением команды, но большой длиной кода; он является основным в вычислительных машинах типа RISC. Команды типа "регистр-память" имеют компактный код, простое декодирование, но для них характерны длинное место адреса в коде и потеря операнда при записи (СISC-машины). Вариант "память-память" считается неэффективным, хотя и остается в некоторых моделях класса СISC.

К достоинствам регистровых АСК следует отнести: компактность получаемого кода, высокую скорость вычислений за счет замены обращений к памяти на обращения к регистрам. Данная архитектура требует более длинных инструкций по сравнению с аккумуляторной архитектурой

Достоинства:

- высокая скорость работы;

- использование сокращенной адресации (меньше длина команд).

Недостатки:

- при частой смене программ (мультипрограммирование, задачи управления) эффективность падает, т.к. при переключении необходимо сохранять и перегружать содержимое регистров;

- большое количество регистров трудно расположить на кристалле из-за меньшей плотности расположения логических схем, чем схем памяти. Часто регистровое поле называют регистровым сегментом RSEG.

18. Стековая архитектура мп систем

Стеком называется память, состоящая из взаимосвязанных ячеек, взаимодействующих по принципу "последним вошел - первым вышел" (LIFO, Last In First Out).

Верхнюю ячейку называют вершиной стека. Для работы со стеком предусмотрены две операции: рush (проталкивание данных в стек) и рор (выталкивание данныx из стека). Запись возможна только в верхнюю ячейку стека, при этом вся хранящаяся в стеке информация предварительно проталкивается на одну позицию вниз. Чтение допустимо также только из вершины стека. Извлеченная информация удаляется из стека, а оставшееся его содержимое продвигается вверх. В вычислительных машинах, где реализована АСК на базе стека (их обычно называют стековыми), операнды перед обработкой помещаются в две верхних ячейки стековой памяти. Результат операции заносится в стек.

В большинстве процессоров стек (т.е. память со стековым доступом) организован в участке обычной памяти с адресной организацией. Для этого в процессоре имеется специальный регистр - указатель стека (Stack Pointer SP). Этот регистр содержит адрес памяти того участка, в который будет осуществляться стековый доступ, а, говоря более точно, адрес "верхушки стека". Указатель стека обычно программно доступен, то есть к нему можно производить обращение как к любому другому регистру.

При описании вычислений с использованием стека обычно используется иная форма записи математических выражений, известная как обратная польская запись (обратная польская нотация), которую предложил польский математик Я. Лукашевич. Особенность ее в том, что в выражении отсутствуют скобки, а знак операции располагается не между операндами, а следует за ними (постфиксная форма). Последовательность операций определяется их приоритетами. Выражение а = а + b + а х с в постфиксной форме будет записано в виде: а = а b + а с х +.

АСК на основе стека долгое время считался неперспективным. Однако в послнеднее время возрождается интерес к стековой архитектуре ВМ. Это связано с популярностью языкa Java и расширением сферы применения языка Forth, семантике которых наиболее близка именно стековая архитектура.

Достоинства: отсутствие адресной части команды при обращении к стеку, это сокращает длину команды, а адрес формируется автоматически аппаратным. Push Ri/Pop Ri. При работе со стеком используется автоинкрементный и автодекрементный способы. Стек обычно реализуется на внутренний регистр или на внутр ОЗУ МП это наиболее быстродействующий метод организации стека, для этого в состав МП вводится доп регистр. SP указывает вершину стека, которая указывает на послед ячейку памяти, в которой была записана информация.

Недостаток: ограниченный размер стека, снижение быстродействия МП системы при реализации многозадачных систем при большом числе переключений между задачами. Контролировать переполнение стека необходимо самому программисту. Стековая архитектура дает возможность создать поле памяти с упорядоченной последовательностью записи и выборки информации.

Достоинство:

- эффективна при работе с подпрограммами (задачи управления).

Недостаток:

- стек на кристалле мал и быстро переполняется.