рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Компьютеры
/
Выборка и исполнение команды

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Выборка и исполнение команды

Выборка и исполнение команды - раздел Компьютеры, Обзор компьютерных систем В Начале Каждого Цикла Процессор Выбирает Из Памяти Команду. Обычно Адрес Яче...

В начале каждого цикла процессор выбирает из памяти команду. Обычно адрес ячейки, из которой нужно извлечь очередную команду, хранится в программном счетчике (PC), Если не указано иное, после извлечения каждой команды процессор увеличивает значение программного счетчика на единицу. Таким образом, команды выполняются в порядке возрастания номеров ячеек памяти, в которых они хранятся. Рассмотрим, например, упрощенный компьютер, в котором каждая команда занимает одно 16-битовое слово памяти. Предположим, что значение программного счетчика установлено равным 300. Это значит, что следующая команда, которую должен извлечь процессор, находится в 300-й ячейке. При успешном завершении цикла команды процессор перейдет к извлечению команд из ячеек 301, 302, 303 и т.д. Однако, как мы вскоре узнаем, эта последовательность может быть изменена.

Извлеченные команды загружаются в регистр команд (IR). Команда состоит из последовательности битов, указывающих процессору, какие именно действия он должен выполнить. Процессор интерпретирует команду и выполняет требуемые действия. Все действия можно разбить на четыре категории.

• Процессор — память. Данные передаются из процессора в память или обратно.

• Процессор — устройства ввода-вывода. Данные из процессора поступают на периферийное устройство через устройство ввода-вывода. Возможен и обратный процесс.

• Обработка данных. Процессор выполняет с данными различные арифметические или логические операции.

• Управление. Команда может задавать изменение последовательности выполнения команд. Например, если процессор извлекает из ячейки 149 команду, которая указывает, что следующей по очереди должна быть исполнена команда из ячейки 182, то процессор устанавливает значение программного счетчика равным 182. Таким образом, в следующем цикле выборки команда извлекается не из ячейки 150, а из ячейки 182.

Для выполнения команды может потребоваться последовательность, состоящая из комбинации вышеперечисленных действий.

Рассмотрим, например, гипотетическую машину, характеристики которой приведены на рис. 1.3. В процессоре имеется один регистр данных, который называется аккумулятором (accumulator — АС). Команды и данные имеют длину 16 бит. В такой ситуации память удобно организовать в виде 16-битовых ячеек, в каждой из которых помещается одно слово. Формат команды предусматривает выделение 4 бит для кода операции. Таким образом, всего может быть 2 == 16 различных кодов операций (их можно представить одной шестнадцатеричной²цифрой), а адресовать можно до 2¹'¹ = 4096 (4 К) слов памяти (которые можно представить трехзначным шестнадцатеричным числом).

Рис. 1.4, на котором показаны определенные ячейки памяти и регистры процессора, иллюстрирует исполнение фрагмента программы. В этом фрагменте слово, хранящееся в памяти по адресу 940. складывается со словом, хранящимся в памяти по адресу 941, а результат сложения заносится в ячейку 941. Для выполнения этого действия потребуются три команды, каждая из которых включает свой цикл выборки и цикл исполнения.

1. Адрес первой команды, хранящейся в программном счетчике, — 300. Эта команда (она представлена шестнадцатеричным числом 1940) загружается в регистр команд (IR), а показание программного счетчика увеличивается на 1. Следует отметить, что в этом процессе участвуют регистры адреса и буфера памяти, однако для упрощения они игнорируются.

2. Первые 4 бит (первая шестнадцатеричная цифра) регистра команд указывают на то, что нужно загрузить значение в аккумулятор. Остальные 12 бит (три шестнадцатеричные цифры) указывают адрес 940.

3. Из ячейки 301 извлекается следующая команда (5941), после чего значение программного счетчика увеличивается на 1.

4. К содержимому аккумулятора прибавляется содержимое ячейки 941, и результат снова заносится в аккумулятор.

5. Из ячейки 302 извлекается следующая команда (5941), затем значение программного счетчика увеличивается на 1.

6. Содержимое аккумулятора заносится в ячейку 941.

Этот пример показывает, что для сложения содержимого ячеек 940 и 941 необходимы три цикла команды. При более сложном наборе команд циклов понадобилось бы меньше. Современные процессоры выполняют команды, в состав которых может входить несколько адресов. При этом во время цикла исполнения некоторых команд иногда выполняется несколько обращений к памяти. Вместо обращений к памяти в команды может быть задана операция ввода-вывода.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Обзор компьютерных систем

Таблица Классы прерываний Программнное прерывание Прерывание по таймеру Прерывание... Прерывания в основном предназначены для повышения эффективности ра боты Например большинство устройств ввода вывода...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Выборка и исполнение команды

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Обзор компьютерных систем
1.1. Основные элементы 1.2. Регистры процессора 1.3. Исполнение команд 1.4. Прерывания 1.5. Иерархия запоминающих устройств 1.6. Кэш 1.7. Техно

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
На макроуровне компьютер состоит из процессора, памяти и устройств ввода-вывода; при этом каждый компонент представлен одним или несколькими модулями. Чтобы компьютер мог выполнять свое основное п

РЕГИСТРЫ ПРОЦЕССОРА
В процессоре имеется набор регистров, представляющих собой область памяти быстрого доступа» но намного меньшей емкости, чем основная память. Регистры процессора выполняют две функции.

Регистры, доступные пользователю
К доступным регистрам пользователь может обращаться с помощью команд машинного языка. К этим регистрам, как правило, имеют доступ все программы — как приложения, так и системные. Обычно среди дост

Управляющие регистры и регистры состояния
Для контроля над работой процессора используются различные регистры. В большинстве машин эти регистры в основном не доступны пользователю. Некоторые из них могут быть доступны для машинных команд,

ИСПОЛНЕНИЕ КОМАНД
Программа, которую выполняет процессор, состоит из набора хранящихся в памяти команд. В простейшем виде обработка команд проходит в две стадии: процессор считывает (выбирает) из памяти, а затем зап

Функции ввода-вывода
До сих пор мы рассматривали операции компьютера, управляемые процессором, основное внимание обращая на взаимодействие процессора и памяти. О роли компонентов ввода-вывода было упомянуто лишь вскол

Прерывания и цикл команды
Благодаря прерываниям во время выполнения операций ввода-вывода процессор может быть занят обработкой других команд. Рассмотрим ход процесса, показанный на рис. 1.5,б. Как и в предыдущем с

Множественные прерывания
До сих пор нами рассматривался случай возникновения одного прерывания. Представим себе ситуацию, когда может произойти несколько прерываний. Например, программа получает данные по коммуникационной

Многозадачность
Бывает, что для эффективного использования процессора одних прерываний недостаточно. Обратимся, например, к рис. 1.9,6. Если время, которое требуется для выполнения операций ввода-в

ИЕРАРХИЯ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Конфигурация памяти компьютера в основном определяется тремя параметрами: объем, быстродействие, стоимость. Вопрос об объеме решить не так просто. Какой большой ни была бы память, все ра

Обоснование
При выполнении каждого цикла команды процессор по крайней мере один раз обращается к памяти, чтобы произвести выборку команды. Часто это происходит повторно, причем возможны случаи нескольких повто

Принципы работы кэша
Кэш предназначен для того, чтобы приблизить скорость доступа к памяти к максимально возможной, и в то же время обеспечить большой объем памяти по цене более дешевых типов полупроводниковой памяти.

Внутреннее устройство кэша
В данной книге внутреннее устройство кэша подробно не рассматривается. В этом разделе кратко перечислены лишь основные его элементы. В дальнейшем читатель сможет убедиться, что при изучении устройс

Программируемый ввод-вывод
Когда процессору при выполнении программы встречается команда, связанная с вводом-выводом, он выполняет ее, передавая соответствующие команды контроллеру ввода-вывода. При программи

Ввод-вывод с использованием прерываний
Проблема программируемого ввода-вывода состоит в том, что процессор должен долго ждать, пока контроллер ввода-вывода будет готов читать или принимать новые данные. Во время ожидания процессор долж

Прямой доступ к памяти
Хотя ввод-вывод, управляемый прерываниями, более эффективен, чем простой программируемый ввод-вывод, он все еще занимает много процессорного времени для передачи данных между памятью и контроллеро

Локализация
Основой для повышения производительности двухуровневой памяти является принцип локализации, о котором шла речь в разделе 1.5. Основной постулат состоит в том, что последовательные обращения к памя

Функционирование двухуровневой памяти
Принцип локализации может быть использован для разработки схемы двухуровневой памяти. Память верхнего уровня (Ml) имеет меньшую емкость, она быстрее, и каждый ее бит дороже по сравнению с памятью

Производительность
Рассмотрим некоторые параметры, характеризующие механизм двухуровневой Памяти. Сначала рассмотрим стоимость, которая выражается следующим образом:

Реализация стека
Стек — это упорядоченный набор элементов, причем при обращении к нему можно получить доступ лишь к одному из элементов. Этот элемент называется вершиной стека. Число элементов стека (его дли

Вызов процедуры и возврат из нее
Общепринятым методом управления вызовами процедур и возвратами из них является использование стека. При обработке вызова процессор помещает в стек адрес возврата. При возврате из проц

Реентерабельные процедуры
Реентерабельная (повторно входимая) процедура является весьма полезной концепцией, особенно успешно применяемой в многопользовательских и многозадачных системах. Реентерабельной называется процеду