Понятие стека и его организация

Большинство ЭВМ используют аппаратно поддерживаемую структуру данных, называемую стеком. Стек — это структура данных, организованная по принципу: последним вошел — первым вышел, т.е. последние записанные в стек данные извлекаются из него первыми.

Впереводе с англ. stack — стопка. Аналогом стека может служить стопка тарелок. Положить тарелку в стопку можно только сверху, извлечь без проблем опять-таки только верхнюю тарелку.

Организация стека

ВЭВМ для организации стека выделяется область оперативной памяти, а для ее адресации и доступа к стеку используется регистр— указатель стека.

Регистр - указатель стека хранит адрес ячейки памяти, содержащей последнее помещённое в стек значение.

При записи числа в стек указатель стека модифицируется так, чтобы он указывал на следующую свободную ячейку, и в нее записываются данные.

При извлечении из стека данные считываются из той ячейки ОП, на которую показывает указатель, затем указатель стека модифицируется так, чтобы указывать на предпоследнее сохранённое в стеке значение.

Обычно стеки растут в сторону уменьшения адресов, т.е. при записи числа указатель стека уменьшается, при извлечении числа из стека — увеличивается.

Структура данных стека на примере

Принцип работы команды вызова подпрограммы САLL <адрес> и команды возврата

RETURN

Работа команды вызова подпрограмм САLL <адрес>

Когда процессор считывает из памяти команду САLL <адрес>, программный счетчик увеличивается и показывает на команду, следующую за командой САLL. То есть программный счетчик теперь содержит адрес возврата, с которого должно продолжиться выполнение основной программы после окончания работы подпрограммы.

При выполнении обращения к подпрограмме процессор сохраняет содержимое программного счетчика в стеке, точнее, в его ячейках ОП.

Далее в программный счетчик загружается адрес команды, с которого начинается подпрограмма. Процессор приступает к выполнению подпрограммы.

Работа команды возврата RETURN

Для возврата из подпрограммы в основную программу служат команды возврата RETURN. Команда возврата из подпрограммы извлекает из стека сохраненный в нем адрес возврата

помещают его в программный счетчик.

Процессор приступает к выполнению основной программы.

Если имели место несколько вложенных вызовов подпрограмм, то возврат произойдет по адресу возврата, сохранённому после последнего вызова, (так как для хранения адресов возврата используется стек и последний сохраненный адрес возврата будет вызван первым).

Общие сведения о ПЭВМ

Появление в 1975 г. в США первого серийного персонального компьютера (персональной ЭВМ — ПЭВМ) вызвало революционный переворот во всех областях человеческой деятельности.

ПЭВМ относится к классу микро ЭВМ.

Страница 36 из 45

ПЭВМ предназначена для автономной работы в диалоговом режиме с пользователем. Общедоступность ПЭВМ определяется сравнительно низкой стоимостью, компактностью,

отсутствием специальных требований как к условиям эксплуатации, так и степени подготовленности пользователя.

Смена поколений ПЭВМ

Основой ПЭВМ является микропроцессор (МП). Развитие техники и технологии микропроцессоров определило смену поколений ПЭВМ:

первое поколение (1975—1980 гг.) — на базе 8-разрядного МП второе поколение (1981—1985 гг.) — на базе 16-разрядного МП третье поколение (1986—1992 гг.) — на базе 32-разрядного МП

четвертое поколение (1993 г. — по настоящее время) — на базе 64-разрядного МП. Роль компьютера IBM PC\

Компьютер IBM PC, произведенный корпорацией IBM (США) на базе МП Intel-8086 в 1981 г. занял и занимает до сих пор ведущее место на рынке.

Его основное преимущество — так называемая «открытая архитектура», благодаря которой пользователи могут расширять возможности приобретенной ПЭВМ, добавляя личные периферийные устройства и модернизируя его.

Компьютер IBM PC стал как бы стандартом класса ПЭВМ. Примерно 85% всех продаваемых ПЭВМ базируется на архитектуре IBM PC

Классификация ПЭВМ Бытовые ПЭВМ: предназначены для использования в домашних условиях

Персональные ЭВМ общего назначения применяются для решения задач научно-технического и экономического характера а также для обучения и тренировки.

Профессиональные ПЭВМ используются в научной сфере, для решения сложных информационных и производственных задач.

Структурная схема ПЭВМ с периферийными устройствами

Центральный микропроцессор, его функции и состав

Ядром ПЭВМ является центральный микропроцессор, который выполняет функции обработки информации и управления работой всех блоков в многозадачном режиме.

Конструктивно МП, как правило, выполнен на одном кристалле (на одной СБИС). В его составе: Центральный процессор (АЛУ + УУ)

Арифметический сопроцессор КЭШ-память (регистрового типа) Схемы управления системной шиной

Состав микропроцессора

Страница 37 из 45

Ядром ПЭВМ является центральный микропроцессор, который выполняет функции обработки информации и управления работой всех блоков.

Конструктивно МП, как правило, выполнен на одном кристалле (на одной СБИС). В его составе: Центральный процессор (АЛУ + УУ)

КЭШ-память, Схемы управления системной шиной.

МП с архитектурой RISC

RISC ( Reducted Instruction Set Computer — «компьютер с сокращенной системой команд»).

В этих МП применяется сравнительно небольшой (сокращенный) набор наиболее часто употребимых команд, характерны следующие факторы: все команды имеют одинаковый формат; большинство команд — трехадресные; большое количество внутренних регистров МП, позволяющее резко сократить число обращений к ОП, а следовательно, уменьшить время машинного цикла; конвейеризация выполнения команд; наличие кэш-памяти.

Ограниченный набор команд сравнительно простой структуры дает возможность уменьшить количество аппаратуры

При одной и той же тактовой частоте ПЭВМ RISC-архитектуры имеют производительность в 2 — 4 раза выше, чем ПЭВМ на базе МП Intel.

Внутренняя память ПЭВМ

Внутренняя память ПЭВМ состоит из оперативной памяти (ОП) и постоянной памяти (ПП). Постоянная память является энергонезависимой, используется для хранения системных программ,

в частности, так называемой базовой системы ввода-вывода (BIOS — Basic Input Output System), вспомогательных программ и т.п. Программы, хранящиеся в ПП, предназначены, для постоянного использования их микропроцессором.

Оперативная память является энергозависимой. В оперативной памяти хранятся исполняемые машинные программы, исходные и промежуточные данные, результаты обработки информации.

Сегментация оперативной памяти ПЭВМ

Сегментация ОП является средством управления пространством логических адресов. Сегментированная память представляет собой набор блоков (сегментов), характеризуемых определёнными атрибутами, такими, как расположение, размер, тип (стек, программа, данные), класс защиты памяти (от 0 до 3).

Расположение сегментов оперативной памяти ПЭВМ. Внешние запоминающие устройства ПЭВМ

Кластер Кластер состоит из одного или нескольких смежных секторов.

Кластер – минимальная единица размещения данных на диске Обмен данными между ОП и диском осуществляется только последовательностью кластеров.

Область памяти, выделяемая файлу на диске, кратна определённому количеству кластеров, которые

Страница 38 из 45