Функциональные возможности ВС

Составные части понятия «архитектура» Вычислительные и логические возможности ВС. Они обусловливаются системой команд (СК), характеризующей гибкость программирования, форматами данных и скоростью выполнения операций, определяющих класс задач, наиболее эффективно решаемых на ВС.

Классификация системы команд по назначению

Аппаратные средства. Простейшая ВС включает модули пяти типов: центральный процессор, основная память, каналы, контроллеры и внешние устройства. Программное обеспечение. Оно является составной частью архитектуры компьютера и существенно влияет на весь вычислительный процесс, в частности позволяет эффективно эксплуатировать аппаратные средства системы. Составные части понятия «архитектура»

Многоуровневая организация архитектуры ВС

Этапы разработки типовых проектов (характерны для процесса разработки архитектуры ЭВМ) анализ требований, предъявляемых к системе; составление спецификаций; изучение известных решений; разработка функциональной схемы; разработка структурной схемы; отладка проекта; оценка проекта.

Конструкции языков программирования, вызывающие семантический разрыв Массивы (реализация принципа организации данных в виде массива возлагается на компилятор ) Структуры (это тип организации данных в виде наборов разнородных элементов данных, что как правило не поддерживается ПЭВМ). Строки (допустимые операции: слияние, выделение заданной части строки, поиск строки по заданной подстроке, определение длины текущей строки, проверка присутствия одной строки в другой строке. Подобные возможности в системе команд многих процессоров) Процедуры (При вызове процедуры требуется сохранить состояние текущей процедуры, динамически назначить память для локальных переменных вызванной процедуры, передать параметры и инициализировать выполнение вызванной процедуры. Как правило, эти действия возлагаются на компилятор)

Основные характеристики архитектуры фон Неймановского типа последовательно адресуемая единственная память линейного типа для хранения программ и данных; команды и данные различаются через идентификатор неявным способом лишь при выполнении операций. Принимаемые по умолчанию соглашения типа: операнды операции умножения – это данные, а объект, на который указывает команда перехода – это команда, позволяют обращаться с командой как с данными, например, для ее модификации; назначение данных определяется лишь логикой программы, так как в памяти машины набор бит может представлять собой как десятичное число с фиксированной точкой, так и строку символов.

Требования ЯВУ к архитектуре ЭВМ память состоит из набора дискретных именуемых переменных. ЯВУ наряду с линейными данными оперируют и с многомерными: массивами, структурами, списками; в ЯВУ четко разграничены операции и данные; данные определяют и операции над ними.

Примеры типов ячеек при теговой организации

Пример дескриптора Основное отличие тегов и дескрипторов состоит в следующем: дескрипторы создают дополнительный уровень адресации, что требует увеличения затрат на формирование адреса, т. е. дескрипторы – это часть команды (программы), а теги – это часть данных. Здесь первые три бита содержат тег. Если значение его 101, то данное слово дескриптор. Бит P указывает, находятся данные в основной памяти или во вспомогательной; I указывает, одиночный ли элемент описывает данный дескриптор или весь массив; R идентифицирует непрерывную или разрывную область памяти; W означает, что разрешено только чтение данных.

Области санкционированного доступа Достоинства: улучшается отладка программ. Сфера действия любой ошибки ограничивается размерами домена, в котором она произошла, что увеличивает вероятность ее обнаружения; повышается надежность защиты программ. Информация, принадлежащая одной секции, защищается от воздействия других секций. Временное расширение домена

Одноуровневая память Достоинства: сравнительно низкая стоимость программного обеспечения; независимость адресации от принципа организации памяти. Трудности реализации: создание встроенного в архитектуру ЭВМ механизма иерархии ЗУ; восстановление памяти; переносимость объектов на другие системы с традиционной орга- низацией архитектуры.

Достоинства виртуальной памяти Однородность области адресов каждый процесс может выполняться в памяти начиная с фиксированной (обычно нулевой) ячейки, имеющей необходимые размеры области ЗУ. Каждое обращение к виртуальной памяти во время выполнения посредством АПА преобразуется в реальное обращение. Защита памяти при каждой ссылке процессом на память проверяется, принадлежит ли она к области виртуальных адресов, отведенных для данного процесса. Изменение структуры памяти Применение виртуальной адресации позволяет преобразовать память на разных ступенях иерархии в "одноуровневую память" с одинаковым доступом ко всем элементам.

Виртуальная память Виртуальную память пользователя можно разделить на три типа: "активные" блоки, которые содержат программу и данные, используемые в текущий момент; "пассивные" блоки, содержащие программу и данные, которые будут использоваться при выполнении программы; "мнимые" блоки, к которым не обращаются на протяжении выполнения программы. блока, занимающего в данный момент страницу Разряд использования Разряд записи Разряд активности Структура регистра адреса страницы

Функционирование виртуальной памяти

Страничное распределение памяти

Механизм преобразования виртуального адреса в физический

Сегментное распределение

Формирование реального адреса

Управляющая ЭВМ

Схема отображения ВА в реальный адрес