27. Автоинкрементная и автодекрементная адресация.

Поскольку регистровая косвенная адресация требует предвари­тельной загрузки регистра косвенным адресом из оперативной памяти, что связано с потерей времени, такой тип адресации особенно эффективен при обработке массива данных, если имеется механизм автоматического приращения или уменьшения содержимого регистра при каждом обращении к нему. Такой механизм называется соответственно автоинкрементной и автодекрементной адресацией. В этом случае достаточно один раз загрузить в регистр адрес первого об­рабатываемого элемента массива, а затем при каждом обращении к регистру в нем будет формироваться адрес следующего элемента массива.

При автоинкрементной адресации сначала содержимое регистра используется как адрес операнда, а затем получает приращение, равное числу байт в элементе массива. При автодекрементной адресации сначала содержимое указанного в команде регистра уменьшает­ся на число байт в элементе массива, а затем используется как адрес операнда.

Автоинкрементная и автодекрементная адресации могут рассмат­риваться как упращенный вариант индексации - весьма важного механизма преобразования адресных частей команд и организации вычислительных циклов, поэтому их часто называют автоиндексацией.

29. Иерархия памяти. Кэш памяти.

Иерархия памяти — означает, что различные виды памяти образуют иерархию, на различных уровнях которой расположены памяти с отличающимися временем доступа, сложностью, стоимостью и объемом.

Иерархия памяти в современных ПК:

— Регистры процессора, организованные в регистровый файл— наиболее быстрый доступ (порядка 1 такта), но размером лишь в несколько сотен или, редко, тысяч байт.

— Кэш процессора1го уровня (L1) — время доступа порядка нескольких тактов, размером в десятки килобайт

—Кэш процессора 2го уровня (L2) — большее время доступа (от 2 до 10 раз медленнее L1), около полумегабайта или более

— Кэш процессора 3го уровня (L3) — время доступа около сотни тактов, размером в несколько мегабайт (в массовых процессорах используется с недавнего времени)

— ОЗУ системы — время доступа от сотен до, возможно, тысячи тактов, но огромные размеры в несколько гигабайт, вплоть до десятков. Время доступа к ОЗУ может варьироваться для разных его

— Дисковое хранилище — многие миллионы тактов, если данные не были закэшированны или забуферизованны заранее, размеры до нескольких терабайт

— Третичная память — задержки до нескольких секунд или минут, но практически неограниченные объемы (ленточные библиотеки).

30. Режимы работы процессора Intel. Rm, vm, pm, smm.

Реальный режим (Real Mode)

После инициализации (системного сброса) МП находится в реальном режиме. В реальном режиме МП работает как очень быстрый 8086 с возможностью использования 32-битных расширений. Механизм адресации, размеры памяти и обработка прерываний (с их последовательными ограничениями) МП 8086 полностью совпадают с аналогичными функциями других МП IA-32 в реальном режиме

Доступ к памяти в реальном режиме осуществляется конструкцией «сегмент:смещение», которая описывает логический адрес. Значение сегмента, как и смещения, лежит в пределах от 0 до 0FFFFh.

Так как адресоваться можно только в пределах одного сегмента, то максимальный размер сегмента равен 64 килобайт. Физический адрес, который выставляется на адресную шину процессора, считается по формуле:

линейный адрес = сегмент * 16 + смещение

В отличие от 8086, остальные члены семейства IA-32 в определенных ситуациях генерируют исключения, например, при превышении предела сегмента, который для всех сегментов в реальном режиме равен 0FFFFh.

Имеется две фиксированные области в памяти, которые резервируются в режиме реальной адресации: область инициализации системы и область таблицы прерываний.

Ячейки от 00000h до 003FFH резервируются для векторов прерываний. Каждое из 256 возможных прерываний имеет зарезервированный 4-байтовый адрес перехода. Ячейки от FFFFFFF0H до FFFFFFFFH резервируются для инициализации системы.

Режим системного управления (System Management Mode)

Режим системного управления предназначен для выполнения некоторых действий с возможностью их полной изоляции от прикладного программного обеспечения и даже от операционной системы. МП переходит в этот режим только аппаратно: по низкому уровню на контакте SMI# или по команде с шины APIC (Pentium+). Никакой программный способ не предусмотрен для перехода в этот режим. МП возвращается из режима системного управления в тот режим, при работе в котором был получен сигнал SMI#. Возврат происходит по команде RSM. Эта команда работает только в режиме системного управления и в других режимах не распознается, генерируя исключение #6 (недействительный код операции).

Защищенный режим (Protected Mode)

Основным режимом работы микропроцессора является защищенный режим. Ключевыми особенностями защищенного режима являются: виртуальное адресное пространство, защита и многозадачность.

В защищенном режиме программа оперирует адресами, которые могут относиться к физически отсутствующим ячейкам памяти, поэтому такое адресное пространство называется виртуальным. Размер виртуального адресного пространства программы может превышать емкость физической памяти и достигать 64Тбайт. Для адресации виртуального адресного пространства используется сегментированная модель, в которой адрес состоит из двух элементов: селектора сегмента и смещения внутри сегмента. С каждым сегментом связана особая структура, хранящая информацию о нем, - дескриптор. Кроме "виртуализации" памяти на уровне сегментов существует возможность "виртуализации" памяти при помощи страниц -страничная трансляция. Страничная трансляция предоставляет удобные средства для реализации в операционной системе функций подкачки, а кроме того в процессорах P6+ обеспечивает 36-битную физическую адресацию памяти (64Гбайт).

Логический адрес преобразуется в линейный по следующей схеме:

линейный адрес = база сегмента + смещение

Линейный адрес в дальнейшем выставляется на адресную шину, если не включен режим страничной адресации. В противном случае линейный адрес преобразуется в физический, и только после этого выставляется на адресную шину. Кроме этого, защищённый режим позволяет организовать виртуальную память, достигающую размера до 64 терабайт и зависящую лишь от объёма жёсткого диска (например, тот же файл подкачки в Windows реализует виртуальную память). В защищённом режиме функционируют практически все современные операционные системы.

Сравнение режимов

Характеристика	RM	PM, VM=0	PM, VM=1	SMM
Формирование линейного адреса	без дескрипторов	с дескрипторами	без дескрипторов	без дескрипторов
Предел сегментов	64К	определяется дескриптором	64К	4Г
Размер адреса/данных по умолчанию	16 бит	определяется дескриптором	16 бит	16 бит
Максимальный объем доступной памяти (виртуальной)	1M	64T	1M	4Г
Защита	Нет*	Да	Да	Нет
Страничное преобразование	Нет	Да	Да	Нет
Многозадачность	Нет	Да	Да	Нет
Обработка прерываний	таблица векторов	дескрипторная таблица	дескрипторная таблица	Нет**
* В реальном режиме контролируется предел сегментов. ** После определенных подготовительных действий возможна работа с прерываниями как в реальном режиме.