Вопросы и задания

1. Как соотносятся между собой объем памяти и ее быстродействие и почему?

2. Что хранится в ПЗУ компьютера?

3. Что такое BIOS и каковы его функции?

4. Перечислите достоинства и недостатки статических и динамических МС.

5. Что такое кэш-память и как она работает?

6. Можно ли считать из памяти отдельно взятый бит?

7. Оцените, какая доля адресного пространства памяти вашего компьютера реально занята.

Лекция 7 Логическая организация памяти Введение

Аппаратный интерфейс процессора и памяти во всех компьютерах почти одинаков. Процессор выдает целевой физический адрес ячейки памяти на шину адреса, формирует сигнал считывания или записи, в операции записи помещает данные на шину данных, а память реагирует, возвращая считанные данные по шине данных или воспринимая новые данные с шины данных. Процессор, имеющий n линий в шине адреса, может обращаться к 2 ⁿ ячейкам памяти. Схема интерфейса действует линейным образом, т.е. каждая из 2 ⁿ возможных комбинаций соответствует только одной конкретной ячейке памяти. Если вы имеете 32 адресную шину, то возможный объем линейно адресуемой памяти равен 4 Гбайт, что вызывает ряд вопросов, т.к. реально объем оперативной памяти существенно меньше. Реализация потенциально имеющейся памяти – задача логической организации памяти. Есть еще одна непростая проблема – адресация и количество бит для ее представления. Рассмотрим команду ADD, которая требует спецификации трех операндов: двух источников и одного пункта назначения:

Код операции

Адрес 1-го операнда

Адрес 2-го операнда

Адрес результата

Этот метод называется методом явной адресации, когда в команде есть поле адреса операнда. Если адреса памяти 32-битные, то нам понадобится помимо кода операции три 32-битных адреса, т.е. общее число разрядов, которое будет представлять эту команду и, следовательно, разрядность шины данных будет превышать 100 бит. Представьте себе это число – 2¹⁰⁰  , а это ведь минимальные требования к объему адресного пространства памяти в данном случае. Значит необходимо найти способы уменьшения спецификации адресации.

Два метода уменьшения спецификации адресации очевидны (вернее две разновидности одного метода). Во-первых, если операнд используется неоднократно, а это наиболее распространенный случай, его можно переместить в регистр. Это даст не только уменьшение времени доступа, но и, главным образом, меньшее количество бит для определения операнда. Если имеется 32 регистра, любой из них можно определить, используя только 5 битов. Для нашего случая это потребует всего лишь 15 бит для определения всех трех операндов, а не 96..

Во-вторых, сокращение длины команды, что подразумевает определение одного или двух операндов неявным образом. Этот метод носит имя неявной адресации, когда адресное поле в команде отсутствует, а адрес операнда подразумевается кодом операции. Рассмотрим пример: обычная трехадресная команда ADD использует следующую форму:

DESTINATION=SOURSE1+SOURSE2

Этот формат можно перевести в двухадресную команду и сократить до формы

REGISTER2=REGISTER2+SOURSE1

Этот прием сокращает число операндов с трех до двух, используя безадресный регистр-аккумулятор, мы можем прибавлять слово из памяти непосредственно к содержимому аккумулятора. Это уже одноадресные команды. Применение стековой организации памяти позволяет и вовсе обойтись безадресными командами.