Содздание приложений на языке Ассеблер

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 3

1 Организация памяти в ЭВМ 4

1.1 Концепция многоуровневой памяти 4

1.2 Сверхоперативная память                                                                                 6

       1.2.1 СОЗУ с прямым доступом                                                                          8

      1.2.2 СОЗУ с ассоциативным доступом                                                              8

   1.3 Виртуальная память                                                                                         12

      1.3.1 Алгоритмы замещения                                                                              14

      1.3.2 Сегментная организация  памяти                                                              16

2  Расчетно-графическое задание                                                                             18

   2.1 Задание №1                                                                                                       19  

   2.2 Задание №2                                                                                                       21

3 Тестирование                                                                                                          23

   3.1 Тестирование задания  №1                                                                               23

   3.2 Тестирование задания  №2                                                                               25

Заключение                                                                                                                26

Библиографический список                                                                                     27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Язык ассе́мблера (англ. assembly language) — машинно-ориентированный язык низкого уровня с командами, обычно соответствующими командам машины, который может обеспечить дополнительные возможности вроде макрокоманд; автокод, расширенный конструкциями языков программирования высокого уровня, такими как выражения, макрокоманды, средства обеспечения модульности программ. 
Автокод — язык программирования, предложения которого по своей структуре в основном подобны командам и обрабатываемым данным конкретного машинного языка.

Язык ассемблера — система обозначений, используемая для представления в удобочитаемой форме программ, записанных в машинном коде. Язык ассемблера позволяет программисту пользоваться алфавитными мнемоническими кодами операций, по своему усмотрению присваивать символические имена регистрам ЭВМ и памяти, а также задавать удобные для себя схемы адресации (например, индексную или косвенную). Кроме того, он позволяет использовать различные системы счисления (например, десятичную или шестнадцатеричную) для представления числовых констант и даёт возможность помечать строки программы метками с символическими именами с тем, чтобы к ним можно было обращаться (по именам, а не по адресам) из других частей программы (например, для передачи управления).

Перевод программы на языке ассемблера в исполнимый машинный код (вычисление выражений, раскрытие макрокоманд, замена мнемоник собственно машинными кодами и символьных адресов на абсолютные или относительные адреса) производится ассемблером — программой-транслятором, которая и дала языку ассемблера его название.

Команды языка ассемблера один к одному соответствуют командам процессора. Фактически, они и представляют собой более удобную для человека символьную форму записи — мнемокоды — команд и их аргументов. При этом одной команде языка ассемблера может соответствовать несколько вариантов команд процессора.

Кроме того, язык ассемблера позволяет использовать символические метки вместо адресов ячеек памяти, которые при ассемблировании заменяются на вычисляемые ассемблером или компоновщиком абсолютные или относительные адреса, а также так называемые директивы (команды ассемблера, не переводимые в машинные команды процессора, а выполняемые самим ассемблером).

Директивы ассемблера позволяют, в частности, включать блоки данных, задать ассемблирование фрагмента программы по условию, задать значения меток, использовать макрокоманды с параметрами.

Каждая модель (или семейство) процессоров имеет свой набор — систему — команд и соответствующий ему язык ассемблера. Наиболее популярные синтаксисы языков ассемблера — Intel-синтаксис и AT&T-синтаксис.

Существуют компьютеры, реализующие в качестве машинного язык программирования высокого уровня (Форт, Лисп, Эль-76). Фактически, в таких компьютерах они выполняют роль языков ассемблера.

 

 

 

1 ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ В ЭВМ

 

ЭВМ, реализованная по классической фон-неймановской архитектуре, включает в себя:

• процессор, содержащий арифметико-логическое устройство (АЛУ) и центральное устройство управления (ЦУУ);
• память, которая в современных ЭВМ подразделяется на оперативную (ОП или ОЗУ) и сверхоперативную (СОЗУ);
• внешние устройства, к которым относят внешнюю память (ВЗУ) и устройства ввода/вывода (УВВ).

 

1.1 Концепция многоуровневой памяти

Известно, что память ЭВМ предназначена для хранения программ и данных, причем эффективность работы ЭВМ во многом определяется характеристиками ее памяти. Во все времена к памяти предъявлялись три основных требования: большой объем, высокое быстродействие и низкая (умеренная) стоимость.

Все перечисленные выше требования к памяти являются взаимно-противоречивыми, поэтому пока невозможно реализовать один тип ЗУ, отвечающий всем названным требованиям. В современных ЭВМ организуют комплекс разнотипных ЗУ, взаимодействующих между собой и обеспечивающих приемлемые характеристики памяти ЭВМ для каждого конкретного применения.

В основе большинства ЭВМ лежит трехуровневая организация памяти: сверхоперативная (СОЗУ) — оперативная (ОЗУ) — внешняя (ВЗУ). СОЗУ и ОЗУ могут непосредственно взаимодействовать с процессором, ВЗУ взаимодействует только с ОЗУ.

СОЗУ обладает максимальным быстродействием (равным процессорному), небольшим объемом (101—105 байтов) и располагается, как правило, на кристалле процессорной БИС. Для обращения к СОЗУ не требуются магистральные (машинные) циклы. В СОЗУ размещаются наиболее часто используемые на данном участке программы данные, а иногда — и фрагменты программы.

Быстродействие ОЗУ может быть ниже процессорного (не более чем на порядок), а объем составляет 106—109 байтов. В ОЗУ располагаются подлежащие выполнению программы и обрабатываемые данные. Связь между процессором и ОЗУ осуществляется по системному или специализированному интерфейсу и требует для своего осуществления машинных циклов.

Информация, находящаяся в ВЗУ, не может быть непосредственно использована процессором. Для использования программ и данных, расположенных в ВЗУ, их необходимо предварительно переписать в ОЗУ. Процесс обмена информацией между ВЗУ и ОЗУ осуществляется средствами специального канала или (реже)— непосредственно под управлением процессора. Объем ВЗУ практически неограничен, а быстродействие на 3—6 порядков ниже процессорного.

 

Рисунок 1 – Взаимодействие между процессором и уровнями памяти

 

Следует помнить, что положение ЗУ в иерархии памяти ЭВМ определяется не элементной базой запоминающих ячеек (известны случаи реализации ВЗУ на БИС — "электронный диск" и, наоборот, организация оперативной памяти на электромеханических ЗУ — магнитных барабанах), а возможностью доступа процессора к данным, расположенным в этом ЗУ.

При организации памяти современных ЭВМ (МПС) особое внимание уделяется сверхоперативной памяти и принципам обмена информацией между ОЗУ и ВЗУ.

 

1.2 Сверхоперативная память

Применение СОЗУ в иерархической памяти ЭВМ может обеспечить повышение производительности ЭВМ за счет снижения среднего времени обращения к памяти Т при условии, что время цикла СОЗУ Тс будет (значительно) меньше времени цикла ОЗУ Т0. Очевидно:

Т = рс*Тс+(1-рс)*Т0   (1.1) 

где рс — вероятности обращения к СОЗУ. Обозначим так же: р0 — вероятности обращения к ОЗУ.

Из (1.1) следует, что повышение производительности ЭВМ может осуществляться двумя путями:

• уменьшением отношения  
• увеличением вероятности рс обращения в СОЗУ.

Первый путь связан, прежде всего, с технологическими особенностями производства БИС и здесь не рассматривается.

Если считать, что информация размещается в СОЗУ и ОЗУ случайным образом, то вероятности рс и р0 пропорциональны объемам соответствующих ЗУ. В этом случае рс << р0 и наличие в ЭВМ СОЗУ практически не влияет на ее производительность.

То же можно было бы сказать и о ситуации, когда отношение    ≈1, но не следует забывать, что наличие в ЭВМ СОЗУ с прямой адресацией (РОН) позволяет включать в систему команд короткие команды, использовать косвенно-регистровую адресацию и, в конечном итоге, увеличивать производительность ЭВМ даже при Тс = Т0.

Итак, для эффективного применения СОЗУ следует таким образом распределять информацию по уровням памяти ЭВМ, чтобы в СОЗУ всегда располагались наиболее часто используемые в данный момент коды.

Принято различать СОЗУ по способу доступа к хранимой в нем информации. Известны два основных класса СОЗУ по этому признаку:

• с прямым доступом;
• с ассоциативным доступом.

 

1.2.1 СОЗУ с прямым доступом

СОЗУ с прямым доступом (РОН — регистры общего назначения) получило широкое распространение в большинстве современных ЭВМ. Фактически РОН — это небольшая регистровая намять, доступ к которой осуществляется специальными командами. Стратегия размещения данных в РОН целиком определяется программистом (компилятором). Обычно в РОН размещают многократно используемые адреса (базы, индексы), счетчики циклов, данные активного фрагмента задачи, что повышает вероятность обращения в ячейки РОН по сравнению с ячейками ОЗУ.

1.2.2 СОЗУ с ассоциативным доступом

Применение СОЗУ с ассоциативным доступом позволяет автоматизировать процесс размещения данных в СОЗУ, обеспечивая "подмену" активных в данный момент ячеек ОЗУ ячейками СОЗУ. Эффективность такого подхода существенно зависит от выбранной стратегии замены информации в СОЗУ, причем использование ассоциативного СОЗУ имеет смысл только при условии Тс <<T0.

Принцип ассоциативного доступа состоит в следующем. Накопитель ассоциативного запоминающего устройства (АЗУ) разбит на два поля— информационное и признаков. Структура информационного поля накопителя соответствует структуре обычного ОЗУ, а запоминающий элемент поля признаков, помимо функции записи, чтения и хранения бита, обеспечивает сравнение хранимой информации с поступающей и выдачу признака равенства.

Признаки равенства всех элементов одной ячейки поля признаков объединяются по "И" и устанавливают в 1 индикатор совпадения ИС, если информация, хранимая в поле признака ячейки, совпадает с информацией, подаваемой в качестве признака на вход Р накопителя.

Во второй фазе обращения (при чтении) на выход данных D последовательно поступает содержимое информационных полей тех ячеек, индикаторы совпадения которых установлены в 1 (если таковые найдутся).

Способ использования АЗУ в качестве сверхоперативного иллюстрирует рис. 2. В информационном поле ячеек АСОЗУ— копия информации некоторых ячеек ОЗУ, а в поле признаков — адреса этих ячеек ОЗУ. Когда процессор генерирует обращение к ОЗУ, он одновременно (или прежде) инициирует процедуру опроса АСОЗУ, выдавая в качестве признака адрес ОЗУ. Если имеет место совпадение признака ячейки с запрашиваемым адресом (не более одного раза, алгоритм загрузки АСОЗУ не предусматривает возможности появления одинаковых признаков), то процессор обращается (по чтению или по записи) в информационное поле этой ячейки АСОЗУ, при этом блокируется обращение к ОЗУ. Если требуемый адрес не найден в АСОЗУ, инициируется (или продолжается) обращение к ОЗУ, причем в АСОЗУ создается копия ячейки ОЗУ, к которой обратился процессор. Повторное обращение процессора по этому адресу будет реализовано в АСОЗУ (на порядок быстрее, чем в ОЗУ).

Рисунок 2 – СОЗУ с ассоциативным доступом

Таким образом, в АСОЗУ создаются копии тех ячеек ОЗУ, к которым в данный момент обращается процессор в надежде, что "в ближайшее время" произойдет новое обращение по этому адресу. (Существуют и другие стратеги загрузки АСОЗУ, например, если процессор обращается в ОЗУ по определенному адресу, то в АСОЗУ перемещается содержимое целого блока соседних ячеек.)

При необходимости записи в АСОЗУ новой информации требуется отыскать свободную ячейку, а при ее отсутствии (что чаще всего и бывает) — отыскать ячейку, содержимое которой можно удалить из АСОЗУ. При этом следует помнить, что если во время пребывания ячейки в АСОЗУ в нее производилась запись, то требуется не просто очистить содержимое ячейки, а записать его в ОЗУ по адресу, хранящемуся в поле признаков, т. к. процессор, отыскав адрес в АСОЗУ, производит запись только туда, оставляя в ОЗУ старое значение (т. н. "АСОЗУ с обратной записью"). Возможен и другой режим работы СОЗУ — со сквозной записью, при котором всякая запись осуществляется СОЗУ, и в ОЗУ.

При поиске очищаемой ячейки чаще всего используют метод случайного в бора. Иногда отмечают ячейки, в которые не проводилась запись, и пои "кандидата на удаление" проводят из них.

Более сложная процедура замещения предполагает учет длительности пребывания ячеек в АСОЗУ, или частоты обращения по этому адресу, или времени с момента последнего обращения. Однако все эти методы требуют дополнительных аппаратных и временных затрат.