- •1. Архитектурные принципы фон Неймана.
- •2. Структура фон-неймановской вычислительной машины.
- •3. Понятие организации и архитектуры.
- •4. Фон-неймановская (принстонская) и гарвардская архитектуры. Организация пространств памяти и ввода/вывода.
- •5.Организация микропроцессорной системы (мпс): магистрально-модульный принцип организации мпс, основные классы микропроцессорных средств. Микропроцессорная система (мпс)
- •6. Типовые структуры мпс: магистральная, магистрально-каскадная, магистрально-радиальная.
- •7.Шинная организация микропроцессорных систем: с одной шиной, с двумя видами шин, с тремя видами шин.
- •8. Характеристики микропроцессоров.
- •9. Организация магистрали микропроцессорной системы. Трехшинная магистраль с раздельными шинами передачи адреса и данных.
- •10. Циклы обращения к магистрали.
- •11. Организация обращения к магистрали с синхронным доступом.
- •12. Организация обращения к магистрали с асинхронным доступом.
- •13. Совмещение адресной шины и шины данных. Двухшинная магистраль с совмещенными шинами адреса/данных.
- •14. Механизм пакетной передачи данных по системной магистрали.
- •15. Архитектура подсистемы памяти микропроцессорной системы. Характеристики подсистемы памяти микропроцессорной системы
- •16. Адресная память (запоминающие устройства с произвольным доступом).
- •17. Ассоциативная память.
- •18. Стековая память.
- •19. Основная память: блочная, циклическая и блочно-циклическая схемы организации основной памяти.
- •20. Кэш-память. Принципы кэширования памяти.
- •21. Способы отображения основной памяти на кэш-память. Архитектуры кэш-памяти.
- •22.Алгоритмы замещения информации в заполненной кэш-памяти.
- •23.Алгоритмы согласования содержимого кэш-памяти и основной памяти.
- •24.Концепция виртуальной памяти.
- •25.Страничная организация виртуальной памяти.
- •26.Сегментная организация виртуальной памяти. Комбинированная сегментно- страничная организация виртуальной памяти.
- •27.Архитектура подсистемы ввода/вывода микропроцессорной системы.
- •28.Организация прерываний в микропроцессорной системе.
- •29.Радиальная система прерываний.
- •30. Векторная система прерываний.
- •31.Организация прямого доступа к памяти в микропроцессорной системе.
- •32.Аккумуляторная архитектура микропроцессоров.
- •33.Регистровая архитектура микропроцессоров.
- •34. Архитектура микропроцессоров с выделенным доступом к памяти.
- •35.Стековая архитектура микропроцессоров.
- •36.Классификация команд микропроцессоров.
- •37.Структура (форматы) команд микропроцессоров.
- •38. Регистровые структуры микропроцессоров
- •39. Адресация данных в микропроцессорах: представление адресной информации, способы адресации.
- •40.Управление памятью в микропроцессорах: линейная и сегментная адресации, преобразование логических адресов в физические, управление виртуальной памятью.
- •41.Защита памяти в микропроцессорах: механизмы защиты, концепция привилегий.
- •42.Поддержка операционной системы в микропроцессорах.
- •43.Специальные прерывания (особые случаи, исключения) в микропроцессорах.
- •44.Мультипрограммный режим работы микропроцессоров.
- •45.Структурная организация однокристальных микроконтроллеров (на примере 8- разрядных микроконтроллеров): модульный принцип построения, типы процессорных ядер.
- •46.Резидентная (внутренняя) память микроконтроллеров.
- •47.Периферийные устройства микроконтроллеров: параллельные порты ввода/вывода, таймеры и процессоры событий, интерфейсы последовательного ввода/вывода.
- •48.Основы организации интерфейсов микропроцессорных систем.
- •49.Классификация интерфейсов.
- •50.Организация параллельной передачи данных.
- •51.Организация последовательной передачи данных.
- •52.Основы проектирования микропроцессорных систем: цикл проектирования мпс, средства разработки и отладки мпс.
24.Концепция виртуальной памяти.
Термин виртуальная память ассоциируется с возможностью адресовать пространство памяти, большее, чем емкость основной (реальной, физической) памяти конкретного процессора.
При выполнении программы предполагается, что все команды программы и данные содержатся в основной памяти, так как обращение к не существующим в основной памяти командам и данным невозможно. Следовательно, общее пространство памяти, к которому может обращаться программа, ограничивается емкостью основной памяти, т.е. аппаратными средствами. Однако
было быудобнее составлятьпрограмму, неучитывая емкость основной памяти. Суть концепции виртуальной памяти заключается в том, что адреса, к которым обращается выполняющаяся программа (задача, процесс), отделяются от адресов, реально существующих в основной памяти. Те адреса, на которые делает ссылки выполняющаяся программа, называются виртуальными (логическими) адресами, а те адреса, которые существуют в основной памяти,называются реальными или физическими. Диапазон виртуальных адресов, к которым может обращаться выполняющаяся программа, называется пространством виртуальных
адресов этой программы. Диапазон физических адресов, реально существующих в основной памяти, что определяется конкретным процессором, называется пространством физических адресов этого процессора. Для программы создается единое виртуальное адресное пространство – виртуальная (логическая) память, в которой физическая ограниченность емкости основной памяти скрыта от нее, т.е. создается видимость произвольной адресации сотсутствием ограничениянаемкость используемой памяти, что значительно облегчает программирование.
Несмотря на то, что программы обращаются к виртуальной памяти (виртуальным адресам), процессор в действительности должен работать с реальной памятью. Поэтому во время выполнения программы виртуальные адреса необходимо преобразовывать в реальные(физические), причем это нужно делать быстро, так как в противном случаепроизводительность системы будет снижаться до неприемлемых уровней и тем самым практически сведутся на нет тепреимущества, которые призвана обеспечить концепция виртуальной памяти. Соответствие между физическими и виртуальными адресами устанавливается совместно аппаратными средствами и операционной системой, причем это делается прозрачно (невидимо) для программиста.
Для установления соответствия между виртуальными и физическими адресами напрактике используется механизм динамического преобразования адресов DAT, который обеспечивает преобразование адресов во время выполнения программы. Этот механизм обладает следующим свойством (рис. 32): смежные адреса виртуального адресного пространства не обязательно будут смежными в физической памяти. Это свойство называют искусственной смежностью. Оно позволяет устранять фрагментацию физической памяти.
Рисунок 32 – Отображение виртуальных адресов в физические
Таким образом программист освобождается от необходимости учитывать размещение своих программ и данных в физической памяти. Он получает возможностьписать программы наиболее естественным образом, прорабатывая только детали алгоритма и структуры программы и игнорируя конкретные особенности структуры аппаратных средств, служащих для выполнения программы. При этом микропроцессорная система может рассматриваться только как логическое средство, обеспечивающее реализацию необходимых алгоритмов, а не как физическая система суникальными характеристиками, часть которых может лишь затруднить процесс проектирования программ.
Концепция виртуальной памяти требует применения двухуровневой схемы построения памяти (рис. 33).
Рисунок 33 – Двухуровневая схема построения памяти
Первый уровень – это основная память, в которой находятся выполняемые программы и в которой должны размещаться данные, чтобы программа во время работы могла к ним обращаться. С точки зрения виртуальной памяти это реальная или физическая память.
Второй уровень – это внешняя память большой емкости, способная хранить программы и данные, которые не могут все сразу уместиться в основной (реальной, физической)памяти ограниченной емкости. С точки зрения виртуальной памяти это вспомогательная память.
Только небольшая частьпроцедур и данных каждой выполняемой программы, как правило, размещается в первичной памяти одновременно. Остальная часть хранится наустройствах внешней памяти с быстрымпрямым доступом. Таким образом, виртуальное адресное пространство размещается во внешней памяти, например намагнитных дисках. Часть этого пространства, необходимая для выполнения программ в данный момент, копируется в основную память.
Виртуальная память – это способ организации основной памяти микропроцессорной системы большой емкости с помощью внешней памяти или метод расширения адресного пространства основной памяти за счет ее совместного использования с внешней памятью, при котором достигается гибкое динамическое распределение памяти,устраняется ее фрагментация и создаются значительныеудобства для работы программистов. Это удается достигнуть без заметного снижения производительности системы ценой усложнения аппаратных средств и операционной системы и процессов их функционирования. Принцип виртуальной памяти предполагает, что пользователь при подготовке своей программы имеет дело не с физической основной памятью, действительно (реально) работающей в составе микропроцессорной системы, а с виртуальной (т.е. кажущейся) одноуровневой памятью, объем которой равен всему адресному пространству, определяемому принятым в процессоре способом адресации памяти (размером адресных полей в форматах команд и адресных регистров).
Например, в 32-разрядных процессора фирмы Intel размер виртуального адресного пространствадля одной задачи составляет 64 Тбайт.