Вопрос 5. Пользовательские регистры. Сегментные регистры.

Пользовательские регистры называются так потому, что программист может использовать их при написании своих программ.

Сегментные регистры

В программной модели микропроцессора имеется шесть сегментных регистров: cs, ss, ds, es, gs, fs. Их существование обусловлено спецификой организации и использования оперативной памяти микропроцессорами Intel. Она заключается в том, что микропроцессор аппаратно поддерживает структурную организацию программы в виде трех частей, называемых сегментами. Соответственно, такая организация памяти называется сегментной.

Для того чтобы указать на сегменты, к которым программа имеет доступ в конкретный момент времени, и предназначены сегментные регистры. Фактически, с небольшой поправкой, в этих регистрах содержатся адреса памяти, с которых начинаются соответствующие сегменты. Логика обработки машинной команды построена так, что при выборке команды, доступе к данным программы или к стеку неявно используются адреса во вполне определенных сегментных регистрах. Микропроцессор поддерживает следующие типы сегментов:

1. Сегмент кода. Содержит команды программы.

Для доступа к этому сегменту служит регистр cs (code segment register) - сегментный регистр кода. Он содержит адрес сегмента с машинными командами, к которому имеет доступ процессор (то есть эти команды загружаются в конвейер микропроцессора).

2. Сегмент данных. Содержит обрабатываемые программой данные.

Для доступа к этому сегменту служит регистр ds (data segment register) - сегментный регистр данных, который хранит адрес сегмента данных текущей программы.

3. Сегмент стека. Этот сегмент представляет собой область памяти, называемую стеком.

Работу со стеком микропроцессор организует по следующему принципу: последний записанный в эту область элемент выбирается первым. Для доступа к этому сегменту служит регистр ss (stack segment register) - сегментный регистр стека, содержащий адрес сегмента стека.

4. Дополнительный сегмент данных.

Большинство машинных команд предполагают, что обрабатываемые ими данные расположены в сегменте данных, адрес которого находится в регистре ds.

Если программе недостаточно одного сегмента данных, то она имеет возможность использовать еще три дополнительных сегмента данных. Но в отличие от основного сегмента данных, адрес которого содержится в сегментном регистре ds, при использовании дополнительных сегментов данных их адреса требуется указывать явно с помощью специальных префиксов переопределения сегментов в команде. Адреса дополнительных сегментов данных должны содержаться в регистрах es, gs, fs (extension data segment registers).

Вопрос 6. Основные характеристики памяти. Адресная, ассоциативная и стековая организация памяти.

Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называются запоминающими устройствами или памятью того или иного типа.

Производительность и вычислительные характеристики ЭВМ в значительной степени определяются составом и характеристикой ее запоминающих устройств. В составе ЭВМ используется одновременно, как правило, несколько типов запоминающих устройств.

ЗУ классифицируются по следующим критериям

- по типу запоминающих элементов:

- по функциональному назначению

- по способу организации обращения

- по характеру считывания

- по способу хранения

- по способу организации

По типу запоминающих элементов:

- полупроводниковая: существуют устройства, которые помогают запоминать информацию, устроены на транзисторах. Триггер — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов

- магнитная: в природе существует целая серия различных веществ, обладающих магнитными свойствами (окиси железа, окиси хрома, и другие)

Рисунок 1 – Домены летят под действием магнитного поля.

Рисунок 2 – Петля Гистерезиса

Рисунок 3 – мафон

Основные недостатки магнитных систем:

1. С течением времени происходит размагничивание магнитной ленты, требуется перезапись

2. Сильно зависит от воздействия внешних магнитных полей

Оптико-магнитный принцип записи:

Функцию стирающей головки начинает выполнять луч-лазер. Лучом Лазарева разогревается область магнитного материала до температуры Кюри, при которой магнитный материал теряет свои магнитные свойства. На материал после того, как область выходит из зоны действия головок, практически не влияют сильные магнитные поля. Меньший износ магнитного материала.

По запоминающему устройству делятся на: ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, СОЗУ (сверх оперативное), ВЗУ (внешнее), ПЗУ (промежуточная).

По характеру считывания: с разрушением информации, без разрушения информации.

По способу хранения: статические, динамические.

По способу организации: однокоординатные, двухкоординатные, трехкоординатные, 2-3 координатные.

По способу организации обращения: с последовательным поиском, с прямым доступом, с непосредственным доступом (адресным), ассоциативное, стековые, магазинные.

Детальная классификация памяти по способу доступа: в зависимости от реализуемых памятью операций обращений различают:

1 – память с произвольным обращением, возможность считывания, запись данных в память (RAM)

2 - память только для считывания информации (постоянные или односторонние). Запись в постоянную память происходит либо в процессе изготовления или настройке. (ROM)

По способу организации доступа различают устройства памяти: с непосредственным (произвольным), с прямым (циклическим) и последовательным доступами.

В памяти с непосредственным (произвольным доступом) время доступа (или цикл обращения) не зависят от места расположения участка памяти, с которого производится считывание или с которого (или на который) записывается информация. Как правило, такой доступ реализуется с использованием электронных запоминающих устройств. Пример такой памяти: адресное обращение (адрес – совокупность номера сегмента и смещения). Не единственный способ обращения.

К памяти с прямым доступом относятся: дисковые устройства, где благодаря непрерывному вращению носителя информации возможность обращения к некоторому участку носителя для считывания и записи циклически повторяется. Время доступа от долей секунды до десятком миллисекунд.

В памяти с последовательным доступом происходит последовательный просмотр участка носителя информации, пока нужный участок носителя не займет некоторое исходное положение. Время доступа – до нескольких минут (магнитафоны, стримеры) – устройства и использованием магнитной ленты.

Основные характеристики: емкость памяти (определяется максимальным количеством данных, которые могут в ней храниться), удельная емкость (отношение емкости запоминающего устройства к его физическому объему), плотность записи (отношение емкости ЗУ к площади носителя), быстродействие памяти (определяется продолжительностью операции обращения).

Требования к емкости и быстродействию памяти являются противоречивыми. Чем быстрее быстродействие, тем технически труднее достигается и дороже обходится увеличение емкости памяти. Стоимость памяти составляет значительную часть общей стоимости ПК. Поэтому память организуется в виде иерархической структуры запоминающих устройств. Иерархическая структура памяти позволяет эффективнее сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к информации в процессе ее обработки. Оперативная память, сверхоперативная память (буферная или кэш память), составляет внутреннюю память ЭВМ. Электромеханические ЗУ образуют внешнюю память – внешние ЗУ.