SzA2 - Az Adattér, Adatmanipulációs Fa

Question 1

Az adattér fogalma

Answer 1

Olyan tér, ami biztosítja az adattárolást olyan formában, hogy az adattérben található adatok közvetlenül manipulálhatók legyenek a CPU által.

Question 2

Az adattér két része és jellemzőik

Answer 2

Memóriatér

• Nagyobb, lassabb, olcsóbb
• Külső lapkán helyezkedik el
• Címtere közös lehet az I/O eszközök címterével

Részei: fizikai memória, virtuális memória

Regisztertér

Az adattér egy nagyteljesítményű része.

• Kisebb, gyorsabb, drágább
• Processzor lapkán helyezkedik el
• Külön címtere van

Osztályozása:

• egyszerű regisztertér
• különféle adattípusokhoz különálló regiszterek
• összetett (többszörös) regiszterkészlet

Question 3

A virtuális és fizikai memória kulcsjellemzői

Answer 3

Létezik olyan transzparens (a felhasználó szempontjából) mechanizmus, amely az éppen futó program számára nem szükséges adatokat automatikusan a fizikai memóriából átteszi a virtuális memóriába. Kétirányú adatforgalom: FM (itt fut a program, sokkal kisebb, gyorsabb) <=> VM (ezt látja a programozó, nagyobb, lassabb)

Létezik olyan a felhasználó számára transzparens mechanizmus, amely a felhasználó által használt virtuális címet futási (execution) fázisban automatikusan lefordítja valós címekké. Egyirányú adatforgalom VM => FM (ma már erre a célra címfordító hardverek vannak a CPU- ban)

Question 4

Az egyszerű regisztertér

Answer 4

1. egyszerű regiszter struktúra AC-> akkumulátor regiszter (egyetlen, kitüntetett regiszter volt régebben, minden művelet után menteni kellett az eredményt az operatív tárba, hogy a következő operandust be tudjuk hívni)
2. több dedikált adatregisztert AC + Data regiszterek (a programok feldolgozását felgyorsította)
3. univerzális regiszterkészlet (több regiszter volt, amit szabadon fel lehetett használni, hatékonyság növelése, gyorsabb, új programozási stílus, a gyakran használt változókat regiszterekbe lehetett menteni). Az első ilyen gép 1956-ban jelent meg, ami 8 db regisztert tartalmazott.
4. Stack Architektúra (regiszter): a processzor mindig a legfelső regisztert látja. Stack operandus: a regiszter címzés rövid, gyors, tulajdonképpen nem igényel címzést. Hátránya: szekvenciális hozzáférés a regiszter tartalmához, lassítja a feldolgozást, nem lehet a belső adatokat közvetlenül elérni (lehívás (fetch) szűk keresztmetszet).

Question 5

Különféle adattípusokhoz különálló regiszterek

Answer 5

Cél a folyamatok felgyorsítása különös tekintettel a lebegőpontos (FP) műveletekre

SIMD adattípus
- multimédiás adattípus
- egy regiszterben több adatot tárolunk

Question 6

Összetett (többszörös) regiszterkészlet

Answer 6

Kontextus: a program végrehajtás során a regiszterek állapotát az állapot információkkal (PC, flag) együtt kontextusnak nevezzük. Amennyiben egy eljárást hívunk kontextust kimentjük az operatív tárba LASSÚ folyamat!

Megoldás: ahány eljárás annyi regiszter, több regiszterkészlet.

Többszörös regiszterkészlet tervezési tere:

• Több egymástól független regiszterkészlet: Adatátadás (paraméterátadás) operatív táron keresztül történik.
• Átfedő regiszterkészlet:
  
  • Több egymásba ágyazott eljárás gyorsítására alkották meg.
  • Hátránya, hogy fix és merev.
  • A regiszterek száma és a regiszterkészletek száma szerint is lehet szűk a keresztmetszet, túlcsordulás léphet fel.
  • 6-8 regiszterkészlet esetén már kezelhető (4-5%) a túlcsordulások száma
  • Max. 8 egymásba ágyazott eljárás/folyamatunk legyen.
• Stack-cache
  
  • Stack és közvetlen elérésű cache kombinálása
  • kezelését a compiler végzi
    
    • minden eljáráshoz hozzárendel egy regiszterkészletet, amekkorára szüksége van
  • SP (stack pointer): az adott tartományt lefoglalja az adott folyamat számára. Az aktiválási rekord első elemére mutat.
  • nincs túlcsordulás
  • nincsenek üres helyek
  • átfedő regiszterek paraméterátadáshoz

Question 7

Stack-cache

Answer 7

Ötvözi a stack gyorsaságát, a veremregiszter szervezését és a regiszterek közvetlen címezhetőségét.

Működése:

• A compiler minden eljáráshoz hozzárendel egy változó hosszúságú aktiválási rekordot (regiszterkészlet)
• a StackPointer (SP) lehetővé teszi az aktiválási rekordok közvetlen elérését
• A SP és a relatív távolság megadásával bármely adat közvetlenül elérhető a stack-cache-ben
• Az aktiválási rekordok számának csak a stack-cache fizikai mérete szab határt.

Question 8

Adatmanipulációs fa

Answer 8

Megmutatja a potenciális adatmanipulációs lehetőségeket. Bizonyos részfái megmutatják például egy adott implementáció adatmanipulációs lehetőségeit.

Adattípusok: FX1(Byte), FX2, FX4, BCD, FP4, FP8, boolean (FX = fix, FP = lebegő pontos, BCD = binárisan ábrázolt decimális)

Műveletek: például fix számosnál: +, -, *, /

Operandusok típusai: rrr, rmr, …, mmm (r = regiszter, m = memória)

Címzési módok: memória típusú operandusoknál R+D, PC+D, RI+D(D = displacement, R = regiszter, PC = program counter, RI = index register)

Gépi kódok (utasítások): Pl.: 10011110

Question 9

Adattípusok (ábra)

Answer 9

Question 10

Címzési módok

Answer 10

Címosztás (4GB->64GB)

• Abszolút címzés (nem használjuk)
• Relatív címzés (választunk egy bázis címet, és megadjuk a tőle való távolságot(különbséget). Y=B+D).
• Báziscím lehet:
  
  • Dedikált regiszter
  • Program counter
  • Top offset
  • Bármilyen más mutató

Cím módosítása:

• Egy adatblokk egymás követő elemeit (autóinkrementálás/autódeklarálás)
• Egy adatblokk egyes speciális elemét

S-Start

Rxi- az adott indexregiszter tartalma

Y: cím

• meghatározása: Ye=S+Rxi
• kétdimenziós esetben: Ye=S+(Rbi)+(Rbj)

Tényleges (deklarált) cím interpretálása

• Direkt vagy indirekt címzés
• Valós vagy virtuális
• Utasításos kódok