Выбор системы операций на основе структурирования алгоритмов

Метод структурирования алгоритмов предполагает следующую формулировку задачи выбора системы операций: необходимо выбрать такую систему Fn, которая обеспечивает реализацию алгоритма A за заданное время Т= T_доп при минималь­ной стоимости ВМ.

Иерархия операций F_lt..., F_p, функционально полных для алгоритма А, может быть определена процедурой структурирования [22], сводящейся к следующему. Алгоритм А рассматривается как один оператор, реализующий операцию f₁ над исходными данными с целью получения требуемых результатов, то есть f₁ = {f₁}• Затем оператор разделяется на части — программируется последовательностью более простых операторов. Последовательное применение процедуры структурирования (разделения оператора на более простые операторы) позволяет выявить системы операций F₁ = {f₁}, F₂ = {f₂,f₃}, F₃ = {f₃,f₄,f₅}, F₄ = {f₄,f_5,f_6.f₇},…., и тем самым построить иерархию операций F_lt..., F_р. Для каждой операции в F_t можно определить количество n_g ее выполнений при одной реализации алгоритма. Тогда сумма

(2.21)

будет представлять количество операций, выполняемых при одной реализации алгоритма, запрограммированного в терминах F,. Характеристики элементной базы позволяют задать приближенное значение средней длительности ,- операции в ВМ. С учетом этого время выполнения алгоритма на основеF_t составит , что дает возможность поставить в соответствие иерархии систем операцийF,,..., F_p затраты времени на реализацию алгоритма Т..., Т_р, причем Т₁ < ... < Т_р. Можно предполо­жить, что минимум аппаратных затрат достигается при F_n e {F_1,..., F_p], обеспечива­ющей время реализации алгоритма Т_п, максимально близкое к заданному значе­нию Тдоп. В силу сказанного, выбор системы операций сводится к нахождению такой системы F_n, для которой разность (T_доп – Т_n) имеет минимальное положи­тельное значение.

Контрольные вопросы

1. Какие характеристики вычислительной машины охватывает понятие «архитек­тура системы команд»?

2. Охарактеризуйте эволюцию архитектур системы команд вычислительных ма­шин.

3. В чем состоит проблема семантического разрыва?

4. Поясните различия в подходах по преодолению семантического разрыва, при­меняемых в ВМ с CISC- и RISC-архитектурами.

5.Какая форма записи математических выражений наиболее соответствует сте­ковой архитектуре системы команд и почему?

6. Какие средства используются для ускорения доступа к вершине стека в ВМ со стековой архитектурой?

7. Чем обусловлено возрождение интереса к стековой архитектуре?

8.Какие особенности аккумуляторной архитектуры можно считать ее достоин­ствами и недостатками?

9. Какие доводы можно привести за и против увеличения числа регистров общего назначения в ВМ с регистровой архитектурой системы команд?

10.Почему для ВМ с RISC-архитектурой наиболее подходящей представляется АСК с выделенным доступом к памяти?

11. Какую позицию запятой в формате с фиксированной запятой можно считать общепринятой?

12. Чем в формате с фиксированной запятой заполняются избыточные старшие разряды?.

13. Какое минимальное количество полей должен содержать формат с плавающей запятой?

14.Как в формате с плавающей запятой решается проблема работы с порядкам; имеющими разные знаки?

15.В чем состоит особенность трактовки нормализованной мантиссы в стандарт IEEE 754?

16.От чего зависят точность и диапазон представления чисел в формате с плаваю­щей запятой?

17.Чем обусловлено появление форматов с упакованными числами в современ­ных микропроцессорах?

18.Какие факторы влияют на выбор разрядности целых чисел?

19.Сказывается ли на производительности ВМ порядок следования в памяти бай­тов «длинного» числа и выбор адреса, с которого начинается запись числа?

20.По какому признаку при передаче потока десятичных чисел можно опреде­лить окончание одного числа и начало следующего?

21.Какой общий принцип лежит в основе различных таблиц кодировки сим­волов?

22. Чем обусловлен переход от кодировки ASCII к кодировке Unicode?

23.В чем состоит особенность обработки логических данных?

24. Какие трактовки включает в себя понятие «строка»?

25.Перечислите способы представления графической информации и охарактери­зуйте особенности каждого из них.

26. Каким образом в вычислительной машине представляется аудиоинформация?

27. Какой вид команд пересылки данных характерен для ВМ с RISC-архитек­турой?

28. Чем вызвана необходимость заполнения освободившихся разрядов значением знакового разряда при арифметическом сдвиге вправо?

29. В чем состоит особенность SIMD-команд и в каком формате должны быть пред­ставлены операнды?

30. Что такое «арифметика с насыщением» и где она применяется?

31. Какие виды команд относят к командам ввода/вывода?

32. Какие виды команд условного перехода обычно доминируют в реальных про­граммах?

33. Какие факторы определяют выбор формата команд?

34. Перечислите возможные пути сокращения длины кода команды.

35.Какая особенность фон-неймановской архитектуры позволяет отказаться от указания в команде адреса очередной команды?

36. Какие факторы необходимо учитывать при выборе оптимальной адресности команд?

37. С какими ограничениями связано использование непосредственной адресации ?

38. В каких случаях может быть удобна многоуровневая косвенная адресация?

39. Какие преимущества дает адресация относительно счетчика команд?

40. В чем проявляются сходство и различия между базовой и индексной адре­сацией?

41. В чем состоит сущность автоиндексирования и в каких ситуациях оно применяется?

42. С какой целью применяется адресация с масштабированием?

43. Какие способы адресации переходов используются в командах управления по­током команд?

44. Как можно оценить эффективность системы операций при разработке архи­тектуры системы команд?

45. Охарактеризуйте основные методики проектирования и оценки системы ко­манд.