Program sayıcı - Program counter

Bir ön panel IBM 701 bilgisayar 1952'de tanıtıldı. Ortadaki ışıklar çeşitli kayıtların içeriğini gösterir. talimat sayacı sol altta.

program sayıcı (PC), genellikle talimat işaretçisi (IP) içinde Intel x86 ve Itanium mikroişlemciler ve bazen talimat adresi kaydı (IAR),[1] talimat sayacı,[2] veya talimat sıralayıcının yalnızca bir parçası,[3] bir işlemci kaydı bu nerede olduğunu gösterir bilgisayar onun içinde program sıra.[nb 1]

Bilgisayar genellikle bir talimat ve tutar hafıza adresi nın-nin ("puan ") yürütülecek bir sonraki talimat.[4][nb 2]

İşlemciler genellikle talimatları sırayla bellekten alır, ancak kontrol aktarımı talimatlar PC'ye yeni bir değer koyarak sıralamayı değiştirir. Bunlar arasında şubeler (bazen atlama olarak adlandırılır), altyordam aramalar ve İadeler. Bazı iddiaların doğruluğuna bağlı olan bir transfer, bilgisayarın farklı koşullar altında farklı bir sıra izlemesini sağlar.

Dal, sonraki talimatın bellekteki başka bir yerden alınmasını sağlar. Bir alt yordam çağrısı yalnızca şubelere ayrılmaz, aynı zamanda bilgisayarın önceki içeriğini bir yere kaydeder. Bir dönüş, PC'nin kaydedilen içeriğini alır ve PC'ye geri yerleştirir, alt rutin çağrısını takip eden talimatla sıralı yürütmeye devam eder.

Donanım uygulaması

Basitçe Merkezi işlem birimi (CPU), PC bir dijital sayaç ("program sayacı" teriminin kökenidir) bu, birkaç donanımdan biri olabilir kayıtlar. talimat döngüsü[6] ile başlar getirmek, burada CPU, bilgisayarın değerini adres veriyolu hafızaya göndermek için. Hafıza, bu hafıza konumunun içeriklerini hafızada göndererek yanıt verir. veri yolu. (Bu kayıtlı program bilgisayarı tek bir bellek alanının hem çalıştırılabilir talimatları hem de sıradan verileri içerdiği model.[7]) Getirmenin ardından, CPU icra, elde ettiği hafıza içeriklerine göre bazı işlemler yapmak. Bu döngünün bir noktasında, PC, yürütülen bir sonraki komut farklı olacak şekilde değiştirilecektir (tipik olarak, bir sonraki talimat, mevcut talimatın son hafıza konumundan hemen sonra hafıza adresinden başlayan komut olacak şekilde artırılır) .

Diğer işlemci kayıtları gibi, PC de her biri PC'nin değerinin bir bitini temsil eden bir ikili mandal bankası olabilir.[8] Bit sayısı (bilgisayarın genişliği) işlemci mimarisiyle ilgilidir. Örneğin, "32-bit" bir CPU, 2'yi adresleyebilmek için 32 bit kullanabilir32 bellek birimleri. Bazı işlemcilerde, program sayacının genişliği adreslenebilir belleğe bağlıdır; örneğin, bazıları AVR denetleyicileri 12 bitten sonra saran bir PC'niz var.[9]

PC bir ikili sayaç ise, COUNT UP girişine bir darbe uygulandığında artabilir veya CPU başka bir değeri hesaplayabilir ve onu LOAD girişine bir darbe ile PC'ye yükleyebilir.[10]

Mevcut talimatı tanımlamak için PC, bir segment veya sayfa. Bu yaklaşım, ilgilenilen bellek birimlerinin çoğunun mevcut yakınlık içinde olduğunu varsayarak daha az bit içeren bir PC'ye izin verir.

Makine mimarisindeki sonuçlar

Normalde artan bir bilgisayarın kullanılması, bir bilgisayarın yaptığı şeyin genellikle doğrusal bir talimat dizisini yürütmek olduğunu varsayar. Böyle bir bilgisayar, von Neumann mimarisi. Böylece programcılar sıralı bir kontrol akışı sıralı olması gerekmeyen algoritmalar için bile. Sonuç "von Neumann darboğazı "Paralel bilgi işlem araştırmalarına yol açtı,[11] non-von Neumann veya veri akışı PC kullanmayan modeller; örneğin, sıralı adımları belirtmek yerine, üst düzey programcı istenen işlevi ve alt düzey programcı bunu kullanarak belirtebilir birleştirme mantığı.

Bu araştırma aynı zamanda geleneksel, PC tabanlı CPU'ları daha hızlı çalıştırmanın yollarını açtı:

  • Ardışık düzen, CPU'daki farklı donanımın aynı anda birden fazla komutun farklı aşamalarını yürüttüğü.
  • çok uzun talimat kelimesi (VLIW) mimarisi, tek bir talimatın birden çok efekt elde edebileceği.
  • Tahmin edilecek teknikler sıra dışı yürütme ve düzenli sıranın dışında yürütme için müteakip talimatları hazırlayın.

Üst düzey programlamadaki sonuçlar

Modern yüksek seviyeli programlama dilleri hala sıralı yürütme modelini takip eder ve aslında programlama hatalarını belirlemenin yaygın bir yolu, programcının parmağının bir PC'nin yapacağı gibi yürütme noktasını tanımladığı bir "prosedür yürütme" dir. Üst düzey dil, esasen bir sanal makinenin makine dilidir,[12] donanım olarak inşa edilemeyecek kadar karmaşık ancak bunun yerine öykünme veya yorumlanmış yazılım tarafından.

Ancak, yeni programlama modelleri sıralı yürütme programlamasının ötesine geçer:

  • Bir yazarken çok iş parçacıklı programında, programcı her bir iş parçacığını, diğer evrelerdeki talimatlara göre herhangi bir talimatın zamanlamasını belirtmeden bir dizi talimat olarak yazabilir.
  • İçinde olay odaklı programlama programcı, yanıt vermek için talimat dizileri yazabilir Etkinlikler program için genel bir sıra belirtmeden.
  • İçinde veri akışı programlama programcı bir bilgisayarın her bir bölümünü yazabilir boru hattı diğer bölümlere göre zamanlamayı belirtmeden.

Sembol

Satıcılar, program sayacını sembolize etmek için farklı karakterler kullanır. montaj dili programları. "$" Karakterinin kullanımı yaygındır Intel, Zilog, Texas Instruments, Toshiba, NEC, Siemens ve AMD işlemci belgeleri, Motorola, Rockwell Yarı İletken, Mikroçip Teknolojisi ve Hitachi bunun yerine "*" karakteri kullanın,[9] buna karşılık SGS-Thomson Mikroelektronik "PC" kullanır.[9]

Ayrıca bakınız

Notlar

  1. ^ Modern işlemciler için, "sırasının nerede olduğu" kavramı çok basittir, çünkü öğretim düzeyinde paralellik ve sıra dışı yürütme oluşabilir.
  2. ^ Artışın getirme işleminden önce geldiği bir işlemcide, PC yürütülen geçerli talimatı işaret eder. Bazı işlemcilerde, PC mevcut talimatın biraz ötesine işaret ediyor; örneğin, ARM7, programcı tarafından görülebilen PC'nin değeri, mevcut talimatın ötesinde ve gecikme yuvası.[5]

Referanslar

  1. ^ Mead, Carver; Conway Lynn (1980). VLSI Sistemlerine Giriş. Reading, ABD: Addison-Wesley. ISBN  0-201-04358-0.
  2. ^ Çalışma Prensipleri, Tip 701 ve İlgili Ekipman (PDF). IBM. 1953.
  3. ^ Harry Katzan (1971), Bilgisayar Organizasyonu ve Sistemi / 370, Van Nostrand Reinhold Şirketi, New York, ABD, LCCCN 72-153191
  4. ^ Silberschatz, Abraham; Gagne, Greg; Galvin, Peter B. (Nisan 2018). İşletim Sistemi Kavramları. Amerika Birleşik Devletleri: Wiley. sayfa 27, G-29. ISBN  978-1-119-32091-3.
  5. ^ "ARM Developer Suite, Assembler Guide. Sürüm 1.2". ARM Limited. 2001. Alındı 2019-10-18.
  6. ^ John L. Hennessy ve David A. Patterson (1990), Bilgisayar Mimarisi: nicel bir yaklaşım, Morgan Kaufmann Yayıncıları, Palo Alto, ABD, ISBN  1-55860-069-8
  7. ^ B. Randall (1982), Dijital Bilgisayarların Kökeni, Springer-Verlag, Berlin, D
  8. ^ C. Gordon Bell ve Allen Newell (1971), Bilgisayar Yapıları: Okumalar ve Örnekler, McGraw-Hill Kitap Şirketi, New York, ABD
  9. ^ a b c Arnold, Alfred (2020) [1996, 1989]. "E. Önceden Tanımlanmış Semboller". Macro Assembler AS - Kullanım Kılavuzu. V1.42. Arnold, Alfred tarafından çevrildi; Hilse, Stefan; Kanthak, Stephan; Sellke, Oliver; De Tomasi, Vittorio. s. Tablo E.3: Önceden Tanımlanmış Semboller - Bölüm 3. Arşivlendi 2020-02-28 tarihinde orjinalinden. Alındı 2020-02-28. 3.2.12. WRAPMODE […] AS, işlemcinin program sayacının mimari tarafından verilen 16 bitlik tam uzunluğa sahip olmadığını, bunun yerine dahili ROM'u adreslemek için tam olarak yeterli bir uzunluğa sahip olduğunu varsayacaktır. Örneğin, AT90S8515, bu 4 Kwords veya 8 Kbayta karşılık gelen 12 bit anlamına gelir. Bu varsayım ROM'un başından sonuna kadar göreceli dallara izin verir ve bunun tersi de katı aritmetik kullanırken dal dışı bir hatayla sonuçlanır. Burada çalışırlar çünkü hedef adres hesaplamasından kaynaklanan taşıma bitleri atılır. […] Yukarıda belirtilen AT90S8515 durumunda, bu seçenek bile gereklidir, çünkü tüm adres alanı boyunca doğrudan bir atlama gerçekleştirmenin tek yolu budur […]
  10. ^ Walker, B.S. (1967). Bilgisayar Mühendisliğine Giriş. Londra, Birleşik Krallık: University of London Press. ISBN  0-340-06831-0.
  11. ^ F. B. Chambers, D.A. Duce ve G.P. Jones (1984), Dağıtık Hesaplama, Akademik Basın Orlando, ABD, ISBN  0-12-167350-2
  12. ^ Douglas Hofstadter (1980), Gödel, Escher, Bach: ebedi bir altın örgü, Penguin Books, Harmondsworth, İngiltere, ISBN  0-14-005579-7