Файл: микры и вмсс вместе.doc

В КЭШ в процессе работы записывается небольшая часть ОЗУ с которой и работает процессор. Для правильного выбора этого участка ОЗУ используются два принципа:

- принцип временной локальности, то есть обращение к группе данных в ближайшее время с большой вероятностью повторится;

- принцип пространственной локальности, т.е. высока вероятность обращения к рядом расположенным ячейкам памяти.

Из первого принципа следует: информацию в буфере следует хранить в течение некоторого времени. Из второго принципа следует, что считывать в КЭШ надо группу рядом отстоящих ячеек.

АЛГОРИТМ РАБОТЫ КЭШ.

При обращении ЦП к памяти проверяется наличие данных в одном из блоков буфера, и если их там нет, то производится загрузка в КЭШ нового блока. ТИПЫ КЭШ.

В зависимости от способа отображения участков памяти в буфере, различают три типа КЭШ:

- КЭШ с прямым отображением;

- полностью ассоциативный КЭШ;

- множественный ассоциативный КЭШ.

КЭШ с прямым отображением

На примере КЭШ=64Kb и разрядности адреса ОЗУ = 32 разряда

емкость КЭШ = 64 К байта (т.е. 16 К строк по 4 байта) 1 строка = 1 блоку.

Здесь адрес памяти прямо определяет строку КЭШ, в которую будет помещен блок. Адрес байта в КЭШ определяется так:

2 мл.разряда адреса - номер байта в строке,

14 мл.разрядов адреса - Индекс, т.е. номер строки,

16 ст.разрядов адреса - Признак (ст.часть адреса), который записывается в буфер признаков, для каждой строки свой. При обращении к памяти по 16 ст.разрядам адреса (по признаку) сразу определяется есть ли нужный блок в буфере. Если нет, то строка заменяется на новый блок. Недостаток КЭШа с прямым отображением: если два блока отличаются только полем признака (т.е.старшими разрядами), то они будут отображаться по очереди в одну и ту же строку буфера. Например, следующие два байта с разными адресами требуют записи в одну и ту же строку: - адрес 1 байта 2345 1255h, - адрес 2 байта FF03 1257h у них общий индекс 1254

КЭШ полностью ассоциативный

В полностью ассоциативном КЭШе нет индекса, а в буфер признаков заносятся все 30 разрядов адреса сохраняемой в КЭШе строки блока. Поэтому каждый блок памяти может быть записан в любую строку буфера. Недостатки полностью ассоциативного КЭШа:

- увеличенная емкость буфера признаков (30 р.)

- чтобы определить есть ли уже нужный блок в КЭШе, надо сравнить адрес рабочего байта с адресами всех 16 000 строк! Что сильно замедляет работу КЭШа. Поэтому применяется третий тип КЭШ:

Множественный ассоциативный КЭШ.

Это по сути КЭШ первого типа но на каждый индекс отводится по две строки, следовательно, здесь вместо 16К строк используются 8К групп по 2 строки в группе. Таким образом для блоков с одинаковым индексом отводится по две строки.

Вероятность, что вдруг появится в программе надобность в 3 блоках с одинаковым индексом ничтожно мала. Работает КЭШ точно также, как КЭШ с прямым отображением, но дополнительно проверяется в какую из двух строк надо записать новый блок (по числу обращений). Количество сравнений адресов при поиске нужной сроки - всего два! Общие замечания: Все типы КЭШей построены на быстродействующей статической памяти. Статистика показывает, что КЭШ объема М с прямым обр. имеет такой же коэффициент удачных обр., как и множеств. КЭШ объемом М/2. При выборе ПК следует обращать внимание на объем буфера и на его тип. Целостность данных.Чтобы сохранить данные ОЗУ при работе с КЭШ, используется один из двух способов:

1. При каждой записи в КЭШ, производится и запись в ОЗУ.

2. В КЭШе отводится спец. бит для каждого блока. Бит = 1, если блок изменен. Запись здесь только при замене строки новым блоком.

Общие замечания

Все типы КЭШей построены на быстродействующей статической памяти. Статистика показывает, что КЭШ объема М с прямым обр. имеет такой же коэффициент удачных обр., как и множеств. КЭШ объемом М/2. При выборе ПК следует обращать внимание на объем буфера и на его тип.

Целостность данных

Чтобы сохранить данные ОЗУ при работе с КЭШ, используется один из двух способов:

1. При каждой записи в КЭШ, производится и запись в ОЗУ.

2. В КЭШе отводится спец. бит для каждого блока. Бит = 1, если блок изменен. Запись здесь только при замене строки новым блоком

11. Система команд универсального микропроцессора.

Типы данных: 1)bit 2)bate 3)word 4)double word. Целочислен операнды м\т интерпретироваться как знаков и безнаков числа. Реж адресации:

1)регистровая адресация. В случае регистровой адресации операндом явл-ся содержимое одного из регистров. MOV BX, AX; (BX)←(AX), при регистровой адресации надо следить за длиной регистрового операнда. Это самый быстрый способ адресации.

2)Непосредственная адресация. –Оператор константа и содержится в коде команды. MOV AX,0FFh; (AX) ←Efh, надо следить за непосредственной длиной операндов. Операндом кроме чисел могут быть: адрес, код символов, символьная константа. Исполняемый адрес переменной х пересыл-ся в регистр BX, offset- операция перемещения переменной х. MOV BX, offset x; (BX) ←offset x

3)Прямая (абсолютная) адресация. Опернд-содержимое памяти, адрес памяти указ в команде. MOV BX,x; (BX) ←(x). По умолчанию сегментный адрес берется из регистра DC, если нужно указать переменную: MOV AX, CS:y. Где CS-имя сегментного регистра кода. MOV BX,CS: 2135h, чтобы отличить абсол адрес от непоср необходимо указать операнд.

4)Косвенная адресация. При косвенной адр операнд располаг в памяти. В этом случае в каманде указ имя регистра, содержание кот явл-ся исполнит адресом операнда. BX, BP- базовые регистры, SI,DI-индексные регистры. Если сегм регистр не указывается, то BX,SI,DIDS(сегментный адрес подставл из DS).BPSS. Признаком косвенной адресации явл [SI].

Пример: MOV AL,[BX]; (AL) ←((BX)), Seg=(DS) содержимое рег BX явл исполнительным адресом ячейки памяти, содержимое кот пересылается в AL. Если необх обратиться к нек сегменту, отличного от сегмента по умолчанию, то его нужно явно указать в команде: MOV AL, CS: [BX]; (AL) ←((CS):(BX))

Seg EA

4.1)Базо-индексная адресация. В этом случае исп-ся адрес операнда вычисляемого как сумма базового и индексного регистров. [BX] [SI], [BX] [DI] , [BP] [SI], [BP] [DI]

Пример:

MOV AX, ES: [BX]:[SI]- в AX заносится слово по адресу: Seg=(ES), offset=(BX)+(SI).

4.2)Базовая или индексная со смещением адресация. Использ адрес вычисл как сумма содерж регистр указатель и константу.

Пример:

VEC DB 0,2,4,6,8,10

mov BX,3

mov AH, Vec [BX], где Vec-использ адрес переменной константы. К использ адресу +3, и содержимое пересылается вAH

; В AH байт из памяти по адресу:

; Seg=(DS), offset=Vec+3

MOV SI,offset vec

MOV AH, 3[SI]

MOV AH, [SI+3]

MOV AH, [SI]+3

4.3)Базо-индексная cо смещением адресация. В этом случае исп адрес операнда опред-ся как сумма 3-х величин, содержимого базового рег, индексного рег и константы. MOV AL,Vec [BX] [SI]

; байт в AL из памяти по адресу

; Seg=(DS), offset=Vec+(BX)+(SI)

Используются разные методы адресации и разные команды. Можно реализ один и тот же алгоритм, при этом с точки зрения оптимальности кода надо учит 2 фактора:

1. длину команды(указ в байтах)

2. время вып команд(указ в машинных тактах).

Длина команды опре размер кода программы, а время вып операции суммарное время вып программы.

Классификация команд.

1). Целочисленные команды (ком пересылки данных, преобраз данных, работы со строками, передачи управления, прогр прерывания, спец команды – системного управления, IN, OUT- ком-ды вв/выв для работы с портами),

2). Команды сопроцессора

3). Целочисленное расширение ММХ.

4). Расширение ММХ с плав точкой (ХХМ)

1)ком пересылки данных: могут использовать любые способы адресации, ком пересылки не влияют на флаги. Их нельзя исп для организации ветвления. MOV ор1, ор2 – использ все воз мреж адресации XCHG AX,DX-обмен содерж между регистром. LEA-загрузка исп адреса переменной в рег. LEA BX,X; (BX) ←X. PUSH F-запись в стек., POP F-извлечение из стека рег FAR. Отсутств ком записи констант в сегментный рег.

2)ком работы с портами вв\выв. IN-чтение из порта вв\выв в микропроц, OUT- запись в порт вв\выв. In AX,DX- чтение AX из порта DX, Out DX,AX- запись.

3)ком преобраз данных ADD, SUB, MUL, MULU, DIV, DIVL, AND, OR, XOR

Команды передачи управления.

Их можно разделить на след группы:

-безусловный переход

-условн переход

-обращение к процедурам (CALL, RET)

-вызов программных прерываний(INT, RETI)

-организация циклов.

Команды перехода предназначены для передачи управл команде с указ адресом.

JMP M-безусловный переход по адресу М.

JC M-условный переход, когда флаг С установлен.

Call P1- вызов процедуры с именем Р1.

Ret- возврат из процедуры.

Команды организации цикла.

Loop M. Команда условие выхода из цикла LOOPE\LOOPZ

В С167: CMP, CMPB, CMPD1, CMPD2, CMPI1, CMPI2

Команды сдвига: sh l, sh r, Ro l, Ro h, Ashr (арифм сдвиг вправо)

Команды обработки строк- эти ком обеспеч обраб данных последов расположенных в памяти одинакового размера(это массив). Вх данные расположены в текущем сегменте DS и их смещение определяют DS:SI и вых данные будут располаг в доп сегменте ES:DS.

Без адресные и адресные ком. MOVS b,a-адресная, MOVS (W,D)- ком обработки данных (без адресн). 1. [REP] MOVS B- пересылка эл-та строки источника в Эл-т стр приемника.2. CMPS-ком сравнения, опред поэлементно, CMPS [dst] [sx]-сравнение вычитанием эл-тастр приемника из эл-та стр источника. 3. SCAS[src]- сканирование стр путем сравн эл-та строки источника с аккумулятором.4. LODS[src]- загрузка эл-та стр в аккумулятор. 5. STOS[dst]- пересылка из аккумул в эл-т стр приемника.

Коман установки флагов. S-SET-установка. Флаг управления:

STD-установка, CLD-сброс. STD; (D) ←0

CLD; (D) ←1

Флаг переноса: STC-установка, CLC-сброс.

STC; (C) ←1

CLC; (C) ←0

CMC-инвертир флага переноса.

CMC; (C) ←not (C)

Одним из способов повышения производительности является распараллеливание операций. ММХ – вариант организации 1 из технологий распараллеливания – применение одной и той же команды к нескольким операндам. Использ 64 младш бита: 8 упак байт, 4 слова, 2 32разр слова, 1 64 разр слово.

12. Интерфейс ввода-вывода: определение и классификация. Системные магистрали (шины).

ИНТЕРФЕЙС ВВОДА-ВЫВОДА

Интерфейс - совокупность технических данных и правил, устанавливающих единые принципы взаимодействия устройств (interface - согласование).

Команды ввода-вывода носят общее название: 'команды обмена'. В ЭВМ используются 4 способа обмена: