Тема 1. Архитектура компьютера, адресация, представление данных

компьютера, адресация, представление данных
Шевченко А. В.

современных компьютеров
Шевченко А. В.
Джон фон Нейман
1903 - 1957
Архитектура фон Неймана

основывается на принципе совместного хранения данных и команд в памяти компьютера

Неймана
Шевченко А. В.
Использование двоичной системы счисления для данных и

команд
Программное управление (процессор исполняет команды их памяти)
Однородность памяти (команды и данные хранятся в одной памяти)
Адресуемость памяти (все ячейки имеют адрес и доступны процессору)
Последовательное выполнение команд (одна за другой)
Условный переход (возможность изменения последовательности команд)

части компьютера
Шевченко А. В.
Центральная часть
Периферийные устройства
Процессор
Оперативная память
Устройства ввода-вывода
Диски
Ленты
...

В.
Процессор
Регистр
Регистр
Регистр
Регистр
Программный счетчик
Указатель стека
АЛУ
Система команд
Разрядность
16 бит
32 бит
64 бит
CISC
RISC

В.
Процессор PDP 11
CLR
INC
DEC
TST
очистка
инкремент
декремент
тестирование
MOV
CMP
ADD
SUB
пересылка
проверка
сложение
вычитание
BNE
BEQ
переход
переход
JMP
RTS
вызов
возврат
ROR
ROL
ASR
ASL
цикл. сдвиг
цикл. сдвиг
сдвиг
сдвиг

память. Адресация. Адресное пространство
Шевченко А. В.
Процессор
Регистр
Регистр
Регистр
Регистр
PC - программный счетчик
SP -

указатель стека

АЛУ

00000000

00000001

00000002

00000003

00000004

…

Адресное пространство: 16 бит = 64К, 32 бита = 4G

команды

данные

обеспечение
Шевченко А. В.
Аппаратное обеспечение
Программное обеспечение

В.
Ассемблер
Языки программирования
Низкого уровня
Высокого уровня
Компиляция
Интерпретация
Процедурные
Непроцедурные
Алгол, Кобол, Фортран, ПЛ/1, С, Паскаль
Бэйсик
Пролог

построение задачи
Шевченко А. В.
Текст программы
int a = 5; int main() {

int b = a/5; int c = f(b); } int f(int a) { return(abs(a)); }

Виртуальное адресное пространство

0x00000000

0x00000001

0x00000002

0x00000003

0x00000004

…

Образ задачи

Данные

Код

Компилятор

памяти
Шевченко А. В.
Текст программы
int A; int B = 999; void f() {

int C; int *D = new int[8]; *D = A+B+C; ... }

Виртуальное адресное пространство задачи

0x00000000

Динамическая память (Heap)

Неинициализи-рованные данные

0x00400000

0x00800000

Инициализи-рованные данные

Код

Стек

Управляющие структуры

данных
12
Файл образа задачи
Шевченко А. В.
Виртуальное адресное пространство задачи
0x00000000
Динамическая память (Heap)
0x00400000
0x00800000
Данные
Код
Управляющие структуры
Заголовок
Неинициализирован-ные

данные (BSS)

Инициализированные данные

Код

Стек

Управляющие структуры

В.
Оперативная память
0x00000000
Динамическая память (Heap)
0x00400000
0x00800000
Неинициализирован-ные данные (BSS)
Инициализированные данные
Код
Стек
Управляющие структуры
Загрузка
Точка входа

задачи. Операционные системы
Операционные системы
Однозадачные
Многозадачные
Пакетной обработки
С разделением времени
Реального времени
Однопользовательские
Многопользовательские

задачи. Мультипрограммирование
Процесс А
Процесс В
Процесс С
Диаграмма использования процессора
Время

задачи. Сегментно-страничная организация памяти
Задача А
Код
Оперативная память
Данные
Стек
Задача В
Код
Данные
Стек
Файл выгрузки
С е г

м е н т ы

С т р а н и ц ы

Своппинг

С т р а н и ц ы

С т р а н и ц ы

задачи. Переключение контекста
Процесс А
Код
Данные
Стек
Рег.
Оперативная память
Процесс В
Код
Данные
Стек
Рег.

задачи. Преимущества реентерабельного кода
Оперативная память
Данные А
Стек А
Данные В
Стек В
Код
Сегменты кода,

не содержащие изменяемых данных, могут совместно использоваться различными процессами

int f(int a, int b) { int c = a+b; int d = c/2; return(d); }