Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Ответы на билеты по дисциплине Организация ЭВМ и систем - файл 1.doc


Ответы на билеты по дисциплине Организация ЭВМ и систем
скачать (1876 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1876kb.16.11.2011 22:22скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8
Реклама MarketGid:
Загрузка...

^ Режим адресации операндов в команде определяется кодом операции, постбайтом и байтом SIB. Режим адресации определяет местонахождение компонент и алгоритм вычисления адреса операнда в памяти.

В защищенном режиме МП IA –32 используются следующие виды адресаций:

непосредственная (константа) MOV еax, 0002h,

прямая (#d – смещение) MOV еbx, [0002h],

регистровая (любой РОН, кроме ebp) MOV еbx, еах,

косвенная регистровая MOV еах, [еbx],

базовая со смещением MOV еах, [еbx+001Ah],

базовая индексная без смещением MOV еах, [еbp+esi*8],

базовая индексная со смещением MOV еах, [еbp+esi*8+1Ah],


^ Изменилось и содержимое сегментных регистров. В МП IA-16 сегментные регистры содержат базовые адреса сегментов, а в МП IA 32 – селекторы сегментов.


Сегментные регистры в защищенном режиме дополняются 64-х разрядными регистрами дескрипторов сегментов. В системе не предусмотрены ни одной команды прямого обращения к ним. В этом смысле они программно невидимы. Это регистры аппаратных средств системы защиты программ от взаимных помех.



Назначение сегментных регистров в защищенном режиме остались прежними: использование в процедуре трансляции адресов, но сама функция и содержимое этих регистров существенно изменились.

Селекторы сегментов в защищенном режиме МП IA 32 – это указатели номера строки таблиц дескрипторов, в которых находятся заданные дескрипторы. Преобразование логического адреса в линейный (адрес плоской памяти) производится процедурой трансляции сегмента.


МП содержит 6 шестнадцати битных сегментных регистров:

ES – дополнительного сегмента данных,

CS – сегмента кода,

SS – сегмента стека,

DS – сегмента данных,

FS – дополнительного сегмента данных,

GS – дополнительного сегмента данных.


Использование регистров CS, SS, DS и ES принято по умолчанию. Для использования регистров FS и GS необходима явная ссылка на них в префиксе замены сегментов. Использование сегментных регистров зависит от режима работы МП.


  1. ^ Регистровая (локальная) память МП. Сверхбыстрая буферная память. Внешний и внутренний кэш: - алгоритмы обслуживания. Стековая (магазинная) память. FIFO - буфера.


Регистровая КЭШ-память - высокоскоростная память сравнительно большой емкости, являющаяся буфером между ОП и МП и позволяющая увеличить скорость выполнения операций. Создавать ее целесообразно в ПК с тактовой частотой задающего генератора 40 МГц и более. Регистры КЭШ-памяти недоступны для пользователя, отсюда и название КЭШ (Cache), в переводе с английского означает "тайник".


В КЭШ-памяти хранятся данные, которые МП получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Быстрый доступ к этим данным и позволяет сократить время выполнения очередных команд программы. При выполнении программы данные, считанные из ОП с небольшим опережением, записываются в КЭШ-память.


Микропроцессоры начиная от МП 80486 имеют свою встроенную КЭШ-память (или КЭШ-память 1-го уровня), чем, в частности, и обусловливается их высокая производительность. Микропроцессоры Pentium и Pentium Pro имеют КЭШ-память отдельно для данных и отдельно для команд, причем если у Pentium емкость этой памяти небольшая - по 8 Кбайт, то у Pentium Pro она достигает 256 - 512 Кбайт.


Следует иметь в виду, что для всех МП может использоваться дополнительная КЭШ-память(КЭШ-память 2-го уровня), размещаемая на материнской плате вне МП, емкость которой может достигать нескольких мегабайтов.


Примечание. Оперативная память может строитьсяна микросхемах динамического (Dinamic Random Access Memory - DRAM) или статического (Static Random Access Memory - SRAM) типа. Статический тип памяти обладает существенно более высокимбыстродействием, но значительно дороже динамического, Для регистровой памяти(МПП и КЭШ-память) используются SRAM, а ОЗУ основной памяти строится на базе DRAM-микросхем.


Кэш-память — сверхбыстрая буферная память процессора, в которой хранятся часто используемые фрагменты программ и данные. В новых ПК интегрируется на кристалл процессора.


^ Быстрая буферная память

В результате такого параллелизма ускоряется обработка потока инструкций. Адреса операндов вычисляются с помощью специализированного арифметического устройства. Код операции (самый левый байт каждой инструкции) посылается к БМУ, где он непосредственно адресует так называемую векторную память, содержащую начальные адреса микропрограмм, управляющих выполнением конкретных инструкций.

Выборку инструкций ускоряет быстрая буферная память (ББП) инструкций емкостью 16 Кбайт, которая управляется непосредственно БВИ. Для адресации этой памяти используется реальный адрес инструкции. Преобразование виртуальных адресов в реальные — тоже функция БВИ, она выполняется аппаратно с помощью буфера быстрого преобразования (TLB). Когда выбираемая инструкция или часть инструкции отсутствует в буферной памяти инструкций, выполняется микропрограммное прерывание, и из оперативной памяти выбирается блок размером 64 байта (называемый «линией»), содержащий требуемую инструкцию.

Блок выборки операндов работает под микропрограммным управлением. Его основная функция — обеспечивать данные, необходимые для обработки, выполняемой в БАЛУ. Блок БВО осуществляет также связь с системной магистралью процессора. В его состав входит быстрая буферная память данных емкостью 16 Кбайт, разделенная логически на два массива по 8 Кбайт. Каждый из этих массивов организован как 128 линий по 64 байта, (или по 16 слов в линии). Линии ББП являются копиями определенных линий из оперативной памяти с адресами, зависящими от потребностей программы, поэтому в БВО (как и в БВИ, для буферной памяти инструкций) используются адресные таблицы, содержащие старшие части адресов линий ББП. Адресные таблицы устанавливают соответствие между информацией в линиях ББП и в конкретных линиях оперативной памяти.


^ Внутренне кэширование обращений к памяти применяется в процессорах, начиная с 486-го. С кэшированием связаны новые функции процессоров, биты регистров и внешние сигналы.

Процессоры 486 и Pentium имеют внутренний кэш первого уровня, в Pentium Pro и Pentium II имеется и вторичный кэш. Процессоры могут иметь как единый кэш инструкций и данных, так и общий. Выделенный кэш инструкций обычно используется только для чтения. Для внутреннего кэша обычно используется наборно-ассоциативная архитектура.

Алгоритм:

Любой внутренний запрос процессора на обращение к памяти направляется на внутренний кэш. Теги четырех строк набора, который обслуживает данный адрес, сравниваются со старшими битами запрошенного физического адреса. Если адресуемая область представлена в строке кэш-памяти (случая попадания –cache hit), запрос на чтение обслуживается только кэш-памятью, не выходя на внешнюю шину. Запрос на запись модифицирует данную строку, и в зависимости от политики записи либо сразу выходит на внешнюю шину (при сквозной записи), либо несколько позже (при использовании алгоритма обратной записи).


Альтернативой, широко применяемой в настоящее время, является вторая (внешняя) кэш-память большего объема, расположенная между внутренней кэш-памятью и ОП. В этой двухуровневой системе кэш-памяти, внутренней памяти отводится роль первого уровня L1, а внешней - второго L2. емкость L2 обычно на порядок и более выше, чем L1, а быстродействие и стоимость ниже. Память второго уровня также строится обычно как статическое ОЗУ. Емкость ее может составлять от 256 Кбайт до 1 Мбайта и технически реализуется как в виде отдельной микросхемы, однако может размещаться и на одном кристалле с процессором.

Алгоритм:

При доступе к памяти, ЦП сначала обращается к кэш-памяти первого уровня. При промахе производится обращение к кэш-памяти второго уровня. Если информация отсутствует и в L2, производится обращение к ОП, и соответствующий блок заносится сначала в L2, а затем и в L1. Благодаря такой процедуре, часто запрашиваемая информация может быть легко восстановлена из кэш-памяти второго уровня.


^ Магазинная (стековая) память организуется по принципу “Последний пришел, первый вышел” (LIFO- Last In First Out), или “Первый пришел, первый вышел” (FIFO- First In First Out).



^ В первом типе памяти новое слово заносится в верхнюю ячейку, ранее занесенные данные проталкиваются вниз. При считывании наоборот, последнее слово выталкивается вверх первым.

^ В случае организации типа FIFO новое слово заносится в верхнюю ячейку, ранее записанные слова выталкиваются вниз.



Отличительным свойством памяти FIFO является наличие отдельного порта для чтения и отдельного — для записи данных. Благодаря наличию указателей и двухпортовой структуре памяти FIFO, стробы считывания и записи данных могут поступать на одноименные входы микросхемы в произвольном порядке. И если в памяти RAM операции чтения и записи данных выполняются строго последовательно во времени, то в памяти FIFO допускается выполнение записи и считывания в независимых друг от друга асинхронных режимах.

^ Недостатком FIFO является то, что содержимое уже прочитанной ячейки памяти может быть автоматически замещено новым значением, тогда как в RAM или ROM содержимое ячеек может быть изменено только путем непосредственной адресации и записи в них новых значений. Для предотвращения непредусмотренной потери данных в состав микросхем памяти FIFO введены флаги заполненности. В процессе функционирования память FIFO может находиться в одном из следующих возможных состояний: «нормальная работа», «буфер пуст», «буфер почти пуст», «буфер заполнен на 1/2 от максимального размера пространства памяти», «буфер почти полон», «буфер полон». Флаги заполненности являются индикаторами этих состояний и позволяют внешним устройствам осуществлять гибкий контроль над потоками считываемых или записываемых данных. С целью обеспечения помехоустойчивой передачи данных в канале связи, в состав большинства современных микросхем памяти FIFO добавлена функция повторного считывания данных из буфера, начиная с первого слова. Расширением этой функции является возможность повторного считывания произвольного сегмента памяти путем пользовательской установки указателя начала записи.



  1. ^ Специализированные процессоры. Числовой арифметический сопроцессор INTEL 80x87(FPU). Программная (регистровая) модель. Форматы данных. Система команд.


Специализированный процессор – процессор, у которого особенности архитектуры, набора структурных блоков, системы команд или конструктивно-технологического исполнения, позволяют значительно повысить эффективность решения достаточно узкого круга специальных задач по сравнению с иными применениями


^ Классификация специализированных процессоров:









^ Процессор 80x87 - это специальный сопроцессор для обработки чисел, который может входить в состав вашего компьютера РС. С помощью него операции с плавающей точкой выполняются очень быстро. Поэтому если вы собираетесь использовать большой объем вычислений с плавающей точкой, то вам, вероятно, понадобится сопроцессор.


^ Основная область применения арифметического сопроцессора - научные расчеты и машинная графика. Некоторые пакеты САПР, например, Autocad версии 10, отказывается работать, если в машине отсутствует сопроцессор. Более современный процессор Intel 80486 содержит встроенный арифметический сопроцессор, совместимый с 80387 (и даже немного более мощный).


Сопроцессор запускается центральным процессором. После запуска он выполняет все вычисления самостоятельно и параллельно с работой центрального процессора. Если центральный процессор выдает очередную команду сопроцессору в момент времени, когда тот еще не закончил выполнение предыдущей команды, центральный процессор переводится в состояние ожидания. Если же сопроцессор ничем не занят, центральный процессор, выдав команду сопроцессору, продолжает свою работу, не дожидаясь завершения вычисления. Впрочем, есть специальные средства синхронизации (команда FWAIT).


^ Приведем форматы используемых данных:


Вещественные числа


Прежде чем говорить о форматах вещественных числе, используемых сопроцессором, вспомним о числах с плавающей точкой, встречающихся в научных расчетах. В общем виде эти числа можно записать следующим образом:

(знак)(мантисса)*10(знак)(порядок)

Например: -1.35*105

Здесь знак - это минус, мантисса - 1.35, порядок - 5. Порядок тоже может иметь знак.

Вспомним также такое понятие, как нормализованное представление чисел:


если целая часть мантиссы числа состоит из одной, не равной нулю, цифры, то число с плавающей точкой называется нормализованным.

В чем преимущества использования нормализованных чисел? В том, что для фиксированной разрядной сетки числа (т.е. для фиксированного количества цифр в числе) нормализованные числа имеют наибольшую точность.


Сопроцессор 8087/80287/80387 может работать с вещественными числами в трех форматах:


- одинарной точности;

- двойной точности;

- расширенной точности.


Эти числа занимают в памяти, соответственно, 4, 8 или 10 байтов.


Одинарная точность


1 бит 8 бит 23 бита

---T-------T--------------------┐

│Зн│Порядок│ Мантисса │

L--+-------+---------------------


Двойная точность

1 бит 11 бит 52 бита

---T---------T--------------------------------┐

│Зн│ Порядок │ Мантисса │

L--+---------+---------------------------------


Расширенная точность

1 бит 15 бит 64 бита

---T-------------T------------------------------------┐

│Зн│ Порядок │ Мантисса │

L--+-------------+-------------------------------------


В любом представлении старший бит "Зн" определяет знак вещественного числа:


0 - положительное число;

1 - отрицательное число.


Все равные по абсолютному значению положительные и отрицательные числа отличаются только этим битом. В остальном числа с разным знаком полностью симметричны. Для представления отрицательных чисел здесь не используется дополнительный код, как это сделано в центральном процессоре.


^ Представление с расширенной точностью используется сопроцессором для выполнения всех операций. И даже более - все операции с числами сопроцессор выполняет над числами только в формате с расширенной точностью. В этом формате хранится и "лишний" бит целой части нормализованного числа.


Основная причина использования для вычислений расширенной точности - предохранение программы от возможной потери точности вычислений, связанной с большими различиями в порядках чисел, участвующих в арифметических операциях.


^ Арифметический сопроцессор наряду с вещественными числами способен обрабатывать и целые числа. Он имеет команды, выполняющие преобразования целых чисел в вещественные и обратно.


^ Возможно четыре формата целых чисел:


целое число;

короткое целое число;

длинное целое число;

упакованное десятичное число.


Целое число занимает два байта. Его формат полностью соответствует используемому центральным процессором. Для представления отрицательных чисел используется дополнительный код. Короткое целое и длинное целое имеют аналогичные форматы, но занимают, соответственно, 4 и 8 байтов.


^ Упакованное десятичное число занимает 10 байтов. Это число содержит 18 десятичных цифр, расположенных по две в каждом байте. Знак упакованного десятичного числа находится в старшем бите самого левого байта. Остальные биты старшего байта должны быть равны 0.


Для целых чисел используется дополнительный код.


В дополнительном коде положительные числа содержат нуль в самом старшем бите числа:


0XXX XXXX XXXX XXXX


Для получения отрицательного числа в дополнительном коде из положительного надо инвертировать каждый бит числа и затем прибавить к числу единицу.

Например, число +5 в дополнительном коде выглядит следующим образом:


0000 0000 0000 0101 = +5


Для получения числа -5 вначале инвертируем значение каждого бита:


1111 1111 1111 1010


Теперь прибавим к полученному числу +1:


1111 1111 1111 1011 = -5


Система команд сопроцессора


Возможны три формата команд сопроцессора, аналогичные форматам команд центральных процессоров 8086/80286/80386. Это команды с обращением к оперативной памяти, команды с обращением к одному из численных регистров и команды без операндов, заданных явным образом.


Все команды сопроцессора можно разделить на несколько групп:


- команды пересылки данных;

- арифметические команды;

- команды сравнений чисел;

- трансцендентные команды;

- управляющие команды.


Команды пересылки данных предназначены для загрузки чисел из оперативной памяти в численные регистры, записи данных из численных регистров в оперативную память, копирования данных из одного численного регистра в другой.


^ Арифметические команды выполняют такие операции, как сложение, вычитание, умножение, деление, извлечение квадратного корня, нахождение частичного остатка, округление и т.п.


^ Команды сравнения сравнивают вещественные и целые числа, выполняют анализ чисел.

Трансцендентные команды предназначены для вычисления различных тригонометрических, логорифмических, показательных и гиперболических функций - sin(), cos(), tg() и т.п.


Последняя группа команд - управляющие команды - обеспечивают установку режима работы арифметического

сопроцессора, его сброс и инициализацию, перевод сопроцессора в защищенный режим работы и т.д.



  1. ^ Оперативная (основная) память ЭВМ (ОЗУ). Назначение, программная модель. Элементная база ОЗУ.


Операти́вная па́мять — часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти. Передача данных в/из оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память.


^ Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.


ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.


Физические виды ОЗУ: На сегодня наибольшее распространение имеют два вида ОЗУ:


^ SRAM (Static RAM)

ОЗУ, собранное на триггерах, называется статической памятью с произвольным доступом или просто/ или нет статической памятью. Достоинство этого вида памяти — скорость. Поскольку триггеры собраны на вентилях, а время задержки вентиля очень мало, то и переключение состояния триггера происходит очень быстро. Данный вид памяти не лишён недостатков. Во-первых, группа транзисторов, входящих в состав триггера, обходится дороже, даже если они вытравляются миллионами на одной кремниевой подложке. Кроме того, группа транзисторов занимает гораздо больше места, поскольку между транзисторами, которые образуют триггер, должны быть вытравлены линии связи.


^ DRAM (Dynamic RAM)

Более экономичный вид памяти. Для хранения разряда (бита или трита) используется схема, состоящая из одного конденсатора и одного транзистора (в некоторых вариациях конденсаторов два). Такой вид памяти решает, во-первых, проблему дороговизны (один конденсатор и один транзистор дешевле нескольких транзисторов) и во-вторых, компактности (там, где в SRAM размещается один триггер, то есть один бит, можно уместить восемь конденсаторов и транзисторов).Есть и свои минусы. Во-первых, память на основе конденсаторов работает медленнее, поскольку если в SRAM изменение напряжения на входе триггера сразу же приводит к изменению его состояния, то для того чтобы установить в единицу один разряд (один бит) памяти на основе конденсатора, этот конденсатор нужно зарядить, а для того чтобы разряд установить в ноль, соответственно, разрядить. А это гораздо более длительные операции (в 10 и более раз), чем переключение триггера, даже если конденсатор имеет весьма небольшие размеры. Второй существенный минус — конденсаторы склонны к «стеканию» заряда; проще говоря, со временем конденсаторы разряжаются. Причём разряжаются они тем быстрее, чем меньше их ёмкость. В связи с этим обстоятельством, дабы не потерять содержимое памяти, заряд конденсаторов необходимо регенерировать через определённый интервал времени — для восстановления. Регенерация выполняется путём считывания заряда (через транзистор). Контроллер памяти периодически приостанавливает все операции с памятью для регенерации её содержимого, что значительно снижает производительность данного вида ОЗУ. Память на конденсаторах получила своё название Dynamic RAM (динамическая память) как раз за то, что разряды в ней хранятся не статически, а «стекают» динамически во времени.


Таким образом, DRAM дешевле SRAM и её плотность выше, что позволяет на том же пространстве кремниевой подложки размещать больше битов, но при этом её быстродействие ниже. SRAM, наоборот, более быстрая память, но зато и дороже. В связи с этим обычную память строят на модулях DRAM, а SRAM используется для построения, например, кэш-памяти в микропроцессорах.


^ Назначение ОЗУ

- Хранение данных и команд для дальнейшей их передачи процессору для обработки. Информация может поступать из оперативной памяти не сразу на обработку процессору, а в более быструю, чем ОЗУ, кэш-память процессора.

- Хранение результатов вычислений, произведенных процессором.

- Считывание (или запись) содержимого ячеек.


^ Особенности работы ОЗУ


Оперативная память может сохранять данные лишь при включенном компьютере. Поэтому при его выключении обрабатываемые данные следует сохранять на жестком диске или другом носителе информации. При запуске программ информация поступает в ОЗУ, например, с жесткого диска компьютера. Пока идет работа с программой она присутствуют в оперативной памяти (обычно). Как только работа с ней закончена, данные перезаписываются на жесткий диск. Другими словами, потоки информации в оперативной памяти очень динамичны.


ОЗУ представляет собой запоминающее устройство с произвольным доступом. Это означает, что прочитать/записать данные можно из любой ячейки ОЗУ в любой момент времени. Для сравнения, например, магнитная лента является запоминающим устройством с последовательным доступом.


^ Логическое устройство оперативной памяти


Оперативная память состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой собственный адрес. Все ячейки содержат одинаковое число бит. Соседние ячейки имеют последовательные адреса. Адреса памяти также как и данные выражаются в двоичных числах.


Обычно одна ячейка содержит 1 байт информации (8 бит, то же самое, что 8 разрядов) и является минимальной единицей информации, к которой возможно обращение. Однако многие команды работают с так называемыми словами. Слово представляет собой область памяти, состоящую из 4 или 8 байт (возможны другие варианты).


Внешне оперативная память персонального компьютера представляет собой модуль из микросхем (8 или 16 штук) на печатной плате. Модуль вставляется в специальный разъем на материнской плате.


По конструкции модули оперативной памяти для персональных компьютеров делят на SIMM (одностороннее расположение выводов) и DIMM (двустороннее расположение выводов). DIMM обладает большей скоростью передачи данных, чем SIMM. В настоящее время преимущественно выпускаются DIMM-модули.


^ Основными характеристиками ОЗУ являются информационная емкость и быстродействие. Емкость оперативной памяти на сегодняшний день выражается в гигабайтах.



  1. ^ Системы памяти в ЭВМ. Иерархия запоминающих устройств. Оперативная и долговременная внешняя память.


Системы памяти современных ЭВМ представляют собой совокупность аппаратных средств, предназначенных для хранения используемой в ЭВМ информации. К этой информации относятся обрабатываемые данные, прикладные программы, системное программное обеспечение и служебная информация различного назначения. К системе памяти можно отнести и программные средства, организующие управление ее работой в целом, а также драйверы различных видов запоминающих устройств.


Память представляет собой одну из важнейших подсистем ЭВМ, во многом определяющую их производительность. Тем не менее в течение всей истории развития вычислительных машин она традиционно считается их "узким местом".


Ключевым принципом построения памяти ЭВМ является ее иерархическая организация (принцип, сформулированный еще Джоном фон Нейманом), которая предполагает использование в системе памяти компьютера запоминающих устройств (ЗУ) с различными характеристиками. Причем с развитием технологий, появлением новых видов ЗУ и совершенствованием структурной организации ЭВМ количество уровней в иерархии памяти ЭВМ не только не уменьшается, но даже увеличивается. Например, сверхоперативные ЗУ больших ЭВМ 50-60-х годов заменяет двухуровневая кэш-память персональных ЭВМ 90-х годов.


В данной главе проводится классификация ЗУ с точки зрения особенностей их организации и использования. Затем рассматриваются типовые структуры систем памяти ЭВМ, а также основные параметры и критерии оценки запоминающих устройств и систем.


^ Иерархия запоминающих устройств:


Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими устройствами. Микросхемы и системы памяти постоянно совершенствуются как в области схемотехнологии, так и в области развития новых архитектур.


Важнейшие параметры ЗУ находятся в противоречии. Так, например, большая информационная ёмкость не сочетается с высоким быстродействием, а быстродействие в свою очередь не сочетается с низкой стоимостью. Поэтому в ЗУ используется мнгоступенчатая иерархическая структура.


В наиболее развитой иерархии памяти ЭВМ можно выделить следующие уровни.


Регистровые ЗУ– находятся внутри процессора. Благодаря им уменьшается число обращений к другим уровням памяти, находящимся вне процессора и требующим большего времени для операции обмена.


Кэш-память – быстродействующая память, которая может находиться внутри или вне процессора. Она предназначена для хранения копий информации, находящейся в более медленной основной памяти.


^ Оперативная память (RAM – Read Access Memory) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – часть основной памяти ЭВМ, предназначенной для хранения быстро изменяемой информации. В ОЗУ хранятся программы пользователей промежуточные результаты вычислений..


^ Постоянная память (ROM – Read Only Memory – память только для чтения) или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – это вторая часть основной памяти ЭВМ, предназначенной для хранения редко меняемой информации, например, кодов команд, тестовых программ.


Специализированные виды памяти, например, видеопамять, предназначенная хранения информации, отображаемой на экране дисплея и др.


^ Внешняя память– магнитные и оптические диски, FLASH-память, предназначенные для хранения больших объёмов информации.


Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчётов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой. Носители внешней памяти, кроме того, обеспечивают транспортировку данных в тех случаях, когда компьютеры не объединены в сети (локальные или глобальные).


Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.


Основные виды накопителей:

накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

накопители на магнитной ленте (НМЛ);

накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.


Им соответствуют основные виды носителей:

гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;

жёсткие магнитные диски (Hard Disk);

кассеты для стримеров и других НМЛ;

диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.


^ Оперативная память


  • В оперативной (внутренней) памяти компьютера хранятся данные и программы.

  • Оперативная память представляет собой последовательность пронумерованных, начиная с нуля, ячеек.

  • В каждой ячейке оперативной памяти может храниться двоичный код.

^ Определение объёма ОП
Ion = Iяч* N
Ion – объём оперативной памяти
Iяч – количество информации, хранящейся в каждой ячейке
N – количество ячеек

Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти

  • Они представляют собой плоские пластины с электрическими контактами, по бокам которых размещаются БИС памяти.

  • Модули памяти устанавливаются в специальные разъёмы на системной плате компьютера.

При отключении компьютера вся информация из оперативной памяти стирается. Для долговременного хранения используется внешняя память. Устройство, которое обеспечивает запись и считывание информации, называется накопителем или дисководом. Хранится информация на носителях информации.



  1. ^ Типы запоминающих устройств внешней памяти ЭВМ. Методы моделирования цифровых (двоичных) данных. Общая организация носителей данных, технические характеристики.


Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения — носителя.


^ Основные виды накопителей:

накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

накопители на магнитной ленте (НМЛ);

накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.


^ Им соответствуют основные виды носителей:

гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5’’ и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25’’ и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск накопителей, предназначенных для дисков диаметром 5,25’’, тоже прекращён)), диски для сменных носителей;

жёсткие магнитные диски (Hard Disk);

кассеты для стримеров и других НМЛ;

диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.


Запоминающие устройства принято делить на виды и категории в связи с их принципами функционирования, эксплуатационно-техническими, физическими, программными и др. характеристиками. Так, например, по принципам функционирования различают следующие виды устройств: электронные, магнитные, оптические и смешанные – магнитооптические. Каждый тип устройств организован на основе соответствующей технологии хранения/воспроизведения/записи цифровой информации. Поэтому, в связи с видом и техническим исполнением носителя информации, различают: электронные, дисковые и ленточные устройства.


^ Основные характеристики накопителей и носителей:

информационная ёмкость;

скорость обмена информацией;

надёжность хранения информации;

стоимость.


Принцип работы магнитных запоминающих устройств основан на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно осуществляется запись и с которого считывается информация


^ Дисковые устройства делят на гибкие (Floppy Disk) и жесткие (Hard Disk) накопители и носители. Основным свойством дисковых магнитных устройств является запись информации на носитель на концентрические замкнутые дорожки с использованием физического и логического цифрового кодирования информации. Плоский дисковый носитель вращается в процессе чтения/записи, чем и обеспечивается обслуживание всей концентрической дорожки, чтение и запись осуществляется при помощи магнитных головок чтения/записи, которые позиционируют по радиусу носителя с одной дорожки на другую.


Перед использованием дискета должна быть форматирована, т.е. должна быть создана её логическая и физическая структура.


^ Дискеты требуют аккуратного обращения. Они могут быть повреждены, если

- дотрагиваться до записывающей поверхности;

- писать на этикетке дискеты карандашом или шариковой ручкой;

- сгибать дискету;

- перегревать дискету (оставлять на солнце или около батареи отопления);

- подвергать дискету воздействию магнитных полей.


Основные физические и логические параметры ЖД.

Диаметр дисков. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2, 2.3, 3.14 и 5.25 дюймов.

Число поверхностей — определяет количество физических дисков, нанизанных на ось.

Число цилиндров — определяет, сколько дорожек будет располагаться на одной поверхности.

Число секторов — общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.

В накопителях на магнитных лентах (чаще всего в качестве таких устройств выступают стримеры) запись производится на мини-кассеты. Ёмкость таких кассет — от 40 Мб до 13 Гб, скорость передачи данных — от 2 до 9 Мб в минуту, длина ленты — от 63,5 до 230 м, количество дорожек — от 20 до 144.


CD-ROM — это оптический носитель информации, предназначенный только для чтения, на котором может храниться до 650 Мб данных. Доступ к данным на CD-ROM осуществляется быстрее, чем к данным на дискетах, но медленнее, чем на жёстких дисках.


Скорость считывания информации с CD-ROM сравнивают со скоростью считывания информации с музыкального диска (150 Кб/с), которую принимают за единицу. На сегодняшний день наиболее распространенными являются 52х-скоростные накопители CD-ROM (скорость считывания 7500 Кб/с).


Накопители CD-R (CD-Recordable) позволяют записывать собственные компакт-диски.


Более популярными являются накопители CD-RW, которые позволяют записывать и перезаписывать диски CD-RW, записывать диски CD-R, читать диски CD-ROM, т.е. являются в определённом смысле универсальными.


Аббревиатура DVD расшифровывается как Digital Versatile Disk, т.е. универсальный цифровой диск. Имея те же габариты, что обычный компакт-диск, и весьма похожий принцип работы, он вмещает чрезвычайно много информации — от 4,7 до 17 Гбайт. Возможно, именно из-за большой емкости он и называется универсальным. Правда, на сего-дня реально применяется DVD-диск лишь в двух областях: для хранения видеофильмов (DVD-Video или просто DVD) и сверхбольших баз данных (DVD-ROM, DVD-R).


Разброс ёмкостей возникает так: в отличие от CD-ROM, диски DVD записываются с обеих сторон. Более того, с каждой стороны могут быть нанесены один или два слоя информации. Таким образом, односторонние однослойные диски имеют объем 4,7 Гбайт (их часто называют DVD-5, т.е. диски емкостью около 5 Гбайт), двусторонние однослойные — 9,4 Гбайт (DVD-10), односторонние двухслойные — 8,5 Гбайт (DVD-9), а двусторонние двухслойные — 17 Гбайт (DVD-18). В зависимости от объема требующих хранения данных и выбирается тип DVD-диска. Если речь идет о фильмах, то на двусторонних дисках часто хранят две версии одной картины — одна широкоэкранная, вторая в классическом телевизионном формате.



  1. ^ Программная модель памяти ЭВМ. Иерархическая структура памяти. Концепция виртуальной памяти. Страничное распределение памяти.




^ Память ЭВМ – совокупность устройств, предназначенных для приема, хранения и выдачи всей информации, необходимой для работы машины. Устройство, составляющее такую систему памяти, называется ЗУ. В памяти ЭВМ хранятся микропрограммы и программы самоуправления и взаимодействия с внешней средой. В памяти располагаются исходные данные, программы решения задач и конечные результаты.


^ ЗУ классифицируются:


1.по типу ЗУ; запоминающих элементов

а)полупроводниковые

б)магнитные

в)конденсаторные

г)оптоэлектронные

д)галографические и другие

were can i download macross the movie

2. по функциональному назначению:

а)сверхоперативные СОЗУ

б)оперативные ОЗУ

в)постоянные ПЗУ

г)буферные БЗУ

д)внешние ВЗУ

3.по способу и организации обращения:

а)с прямым доступом

б)с последовательным доступом

в)адресные

г)ацеативные

д)стековые и др.

4. по характеру считывания

а) с разрушением

б) без разрушения информации

5.по способу хранения:

а)статические

б)динамические

6.по способу организации:

а)однокоординатные

б) 2-координатные

в) 3-координатные

К ЗУ предъявляются большие требования: по быстродействию и по объему памяти. Эти требования находятся в противоречии исходя из этого в ЭВМ используется целая иерархия памяти (смотр рис)


^ Емкость ЗУ – максимальное количество данных, которые может хранить ЗУ


Быстродействие ЗУ характеризуется длительностью Е-обращения. Период обращения складывается из времени доступа плюс время чтения.

Ширина выборки: n – количество разрядов параллельно (одновременно) записываемых или считываемых с ЗУ. Скорость обмена – зависит от ширины выборки и Т-обращения.

F=n\Tобращения

Качество ЗУ определяется следующими характеристиками:

1.скорость обмена

2.удельная стоимость – отношение стоимости ЗУ к его емкости (руб/Мб)

3.удельнная емкость – отношение информационной емкости ЗУ к его физическому объему

4.адежность в работе

5. энергозависимость (сохранение информации после отключения питания)

6.потребляемая мощность

7.колличество каналов напряжения источников питания


1.Самая высокая память – регистровая, она строится на регистрах – полупроводниковые триггеры (УР и РОН)


2.Местная память – АЗУ, БЗУ, ПЗУ; строятся на больших интегральных схемах

3.ОП – является основной памятью, имеет большую емкость и высокое быстродействие

4.Внешняя и архивная памяти имеют большой объем, но меньшее быстродействие.


  • Разработчикам программного обеспечения часто приходится решать проблему размещения в памяти больших программ, размер которых превышает объем доступной оперативной памяти. Развитие архитектуры компьютеров и расширение возможностей операционной системы по управлению памятью позволило переложить решение этой задачи на компьютер. Одним из главных достижений стало появление виртуальной памяти (virtual memory). Впервые она была реализована в 1959 г. на компьютере "Атлас", разработанном в Манчестерском университете.

^ Суть концепции виртуальной памяти:

  • Информация, с которой работает активный процесс, должна располагаться в оперативной памяти. В схемах виртуальной памяти у процесса создается иллюзия того, что вся необходимая ему информация имеется в основной памяти.

  • Для этого, во-первых, занимаемая процессом память разбивается на несколько частей, например страниц. Во-вторых, логический адрес (логическая страница), к которому обращается процесс, динамически транслируется в физический адрес (физическую страницу). И, наконец, в тех случаях, когда страница, к которой обращается процесс, не находится в физической памяти, нужно организовать ее подкачку с диска. Для контроля наличия страницы в памяти вводится специальный бит присутствия, входящий в состав атрибутов страницы в таблице страниц.

  • введение виртуальной памяти позволяет решать другую, не менее важную задачу – обеспечение контроля доступа к отдельным сегментам памяти и, в частности, защиту пользовательских программ друг от друга и защиту ОС от пользовательских программ.

  • Каждый процесс работает со своими виртуальными адресами, трансляцию которых в физические выполняет аппаратура компьютера. Таким образом, пользовательский процесс лишен возможности напрямую обратиться к страницам основной памяти, занятым информацией, относящейся к другим процессам



^ Страничная память


В современных системах управления памятью не принято размещать процесс в оперативной памяти одним непрерывным блоком. В самом простом и наиболее распространённом случае в страничной организации памяти, как логические так и физическое адресное пространство представляется состоящим из набора блоков или страниц одинакового размера. При этом образуется логические страницы (Page), а соотношение единицы физической памяти называют (страничными кадрами) (page frames). Страницы и страничные кадры имеют фиксированную длину, являются степенью числа 2. каждый кадр содержит одну страницу данных. При такой организации внешняя фрагментация отсутствует, а потерь из-за внутренней фрагментации ограничиваются последней страницей процесса. Логический адрес в страничной системе это упорядоченная память (p, d), где p — номер страницы в виртуальной памяти, а d — смещение в рамках страницы р на которой размещен адресный элемент.


Разбитие адресного пространства на страницы осуществляется вычислительной системой незаметно для программиста, поэтому адрес является двумерным лишь с точки зрения ОС, а для программиста адресное пространство остается линейной. Эта схема позволяет загрузить процесс даже если нет непрерывной области кадров достаточных для размещения процессов целиком, но одного базового регистра для осуществления трансляции адреса в данной схеме недостаточно


^ 21. Сегментная и страничная модели оперативной памяти (на платформе Intel). Системные адресные регистры ЦП, таблицы дескрипторов сегментов.

Сегментная:

Память для программы делится на непрерывные области памяти, называемые  сегментами.

Сегменты - это логические элементы программы.

Сама программа может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах.

^ Сегмент представляет собой независимый, поддерживаемый на аппаратном уровне блок памяти.

Сегментация - механизм адресации, обеспечивающий существование нескольких независимых адресных пространств как в пределах одной задачи, так и в системе в целом для защиты задач от взаимного влияния.

Для микропроцессоров Intel принят особый подход к управлению памятью. Каждая программа в общем случае может состоять из любого количества сегментов, но непосредственный доступ она имеет только к 3 основным сегментам: кода, данных и стека и к дополнительным сегментам данных (всего 3).

Операционная система (! а не сама программа) размещает сегменты программы в ОП по определенным физическим адресам, а значения этих адресов записывает в определенные места, в зависимости от режима работы микропроцессора:

·       в реальном режиме адреса помещаются непосредственно в сегментные регистры (cs, ds, ss, es, gs, fs);

·       в защищенном режиме - в специальную системную дескрипторную таблицу (Элементом дескрипторной таблицы является дескриптор сегмента. Каждый сегмент имеет дескриптор сегмента -8 байт. Существует три дескрипторные таблицы. Адрес каждой таблицы записывается в специальный системный регистр).

Для доступа к данным внутри сегмента обращение производится относительно начала сегмента линейно, т.е. начиная с 0 и заканчивая адресом, равным размеру сегмента. Этот адрес называется смещением  (offset).

Таким образом, для обращения к конкретному физическому адресу ОП необходимо определить адрес начала сегмента и смещение внутри сегмента.

Физический адрес принято записывать парой этих значений, разделенных двоеточием

                segment : offset  

Например, 0040:001Ch;  0000:041Ch;   0020:021Ch;  0041:000Ch.

Каждый сегмент описывается дескриптором сегмента.

ОС строит для каждого исполняемого процесса соответствующую таблицу дескрипторов сегментов и при размещении каждого из сегментов в ОП или внешней памяти в дескрипторе отмечает его текущее местоположение (бит присутствия).

Дескриптор содержит поле адреса, с которого сегмент начинается и поле длины сегмента. Благодаря этому можно осуществлять контроль

1)     размещения сегментов без наложения друг на друга

2)     обращается ли код исполняющейся задачи за пределы текущего сегмента.

В дескрипторе содержатся также данные о правах доступа к сегменту (запрет на модификацию, можно ли его предоставлять другой задаче) Þ защита.

Достоинства:

1)     общий объем виртуальной памяти превосходит объем физической памяти

2)     возможность размещать в памяти как можно больше задач (до определенного предела) Þ увеличивает загрузку системы и более эффективно используются ресурсы системы

Недостатки:

1)     увеличивается время на доступ к искомой ячейке памяти, т.к. должны вначале прочитать дескриптор сегмента, а потом уже, используя его данные, можно вычислить физический адрес (для уменьшения этих потерь используется кэширование - дескрипторы, с которыми работа идет в данный момент размещаются в сверхоперативной памяти - в специальных регистрах процессора);

2)     фрагментация;

3)     потери памяти на размещение дескрипторных таблиц

4)     потери процессорного времени на обработку дескрипторных таблиц.

^ Страничная модель:

Это надстройка над сегментной моделью.

ОП делится на блоки фиксированного размера 4 Кб (должно быть число, кратное степени двойки, чтобы операции сложения можно было бы заменить на операции конкатенации).

Каждый такой блок называется страницей.

Их число 1.048.576 Þ 4 Гб адресуемой памяти.

Основное применение этой модели связано с организацией виртуальной памяти.

Для того, чтобы использовать для работы программ пространство памяти большее, чем объем физической памяти используется механизм виртуальной памяти.

Суть его заключается в том, что у микропроцессора существует возможность по обмену страницами памяти с жестким диском. В случае, если программа требует памяти больше, чем объем физической памяти, редко используемые страницы памяти записываются на жесткий диск в специальный файл виртуальной памяти (файл обмена, или страничный файл, или файл подкачки, чаще swap-файлом, подчеркивая, что страницы этого файла замещают друг друга в ОП).

Замечание. В некоторых ОС выгруженные страницы располагаются не в файле, а в специальном разделе диска, например, в ОС UNIX есть специальный раздел, но могут использоваться и файлы, если не достаточно объема раздела.

В настоящее время файл подкачки может динамически изменять свой размер в зависимости от потребностей системы.

Для i486 и Pentium размер возможной виртуальной памяти может достигать 4 Тб (терабайт).

Обратим внимание на то, что программа также разбивается на фрагменты - страницы. Все фрагменты программы одинаковой длины, кроме последней страницы.

Говорят, что память разбивается на физические страницы, а программа - на виртуальные страницы.

Трансляция (отображение) виртуального адресного пространства задачи на физическую память осуществляется с помощью таблицы страниц.

Для каждой текущей задачи создается таблица страниц.

Диспетчер памяти для каждой страницы формирует соответствующий дескриптор. Дескриптор содержит так называемый бит присутствия.

Если он  = 1, это означает, что данная страница сейчас размещена в ОП.

Если он  = 0, то страница расположена во внешней памяти.

Защита страничной памяти основана на контроле уровня доступа к каждой странице.

Каждая страница снабжается кодом уровня доступа (только чтение; чтение и запись; только выполнение). При работе со страницей сравнивается значение кода разрешенного уровня доступа с фактически требуемым. При несовпадении работа программы прерывается.

 Страничная модель памяти поддерживается только в защищенном режиме работы микропроцессора.

^ Основное достоинство страничного способа распределения памяти -

минимально возможная фрагментация (эффективное распределение памяти).

Недостатки:

1)     потери памяти на размещение таблиц страниц

2)     потери процессорного времени на обработку таблиц страниц (диспетчер памяти).

3)     Программы разбиваются на страницы случайно, без учета логических взаимосвязей, имеющихся в коде Þ межстраничные переходы осуществляются чаще, чем межсегментные + трудности в организации разделения программных модулей между выполняющими процессами

^ Адресные регистры (Address register) применяются для хранения адреса (или его части) ячейки в оперативной памяти. Этот адрес может участвовать в арифметических и логических операциях процессора. Во многих современных процессорах разделение регистров на адресные и регистры данных весьма условно: и в тех, и в других могут находиться как адрес, так и данные, а АЛУ не делает различий между адресом и данными.

Существуют следующие адресные регистры:

^ Базовый регистр (Base) – служит для указания начального адреса объекта в памяти при операциях с массивами и неявной адресации.

Указатель стека (Stack Pointer) – неявно используется в некоторых процессорах (в частности, Intel и Motorola) для организации работы со стеком.

^ Указатель базы (Base Pointer) – используется для удобства доступа к данным в стеке, которые не находятся в его вершине (например, параметры подпрограмм, переменные с модификатором auto в программах на Си и т.д.)

К адресным регистрам можно отнести регистры сегментного и страничного разделения памяти, а также селекторы сегментов.

^ Системные регистры центрального процессора
Системные регистры (System registers) предназначены для временного хранения операндов (смотри п. D.1.) и результатов вычислений. но не смотря на свое "единое" предназначение, эти устройства различаются по своим функциям. По ним регистры можно разделить на регистры данных, аккумуляторы, адресные и сегментные регистры, регистры стеков, указателями и счетчики команд, регистры флагов (или, как их раньше называли, слово состояния программы, Program Status Word) и прочие.
Регистры данных (Data Register) применяется для хранения промежуточных данных, участвуют в арифметических и логических операциях процессора. Аккумулятор, базовые и индексные регистры также можно использовать в качестве регистров данных.

^ Дескриптор сегмента — служебная структура в памяти, которая определяет сегмент. Длина дескриптора равна восьми байтам.



Структура сегментного дескриптора

  • База (жёлтые поля, 32 бита) — начало сегмента в линейной памяти

  • Лимит (красные поля, 20 бит) — (размер сегмента в байтах)-1 (База+Лимит = линейный адрес последнего байта)

  • Права доступа (синие поля, 12 бит) — флаги, определяющие наличие сегмента в памяти, уровень защиты, тип, разрядность + один пользовательский флаг




^ 22.Специальные типы организации памяти: - стековая (магазинная) память, FIFO-буфера. Сегмент стека, команды ЦП для работы со стеком

Магазинная (стековая) память организуется по принципу “Последний пришел, первый вышел” (LIFO- Last In First Out), или “Первый пришел, первый вышел” (FIFO- First In First Out).



^ В первом типе памяти новое слово заносится в верхнюю ячейку, ранее занесенные данные проталкиваются вниз. При считывании наоборот, последнее слово выталкивается вверх первым.

^ В случае организации типа FIFO новое слово заносится в верхнюю ячейку, ранее записанные слова выталкиваются вниз.



Отличительным свойством памяти FIFO является наличие отдельного порта для чтения и отдельного — для записи данных. Благодаря наличию указателей и двухпортовой структуре памяти FIFO, стробы считывания и записи данных могут поступать на одноименные входы микросхемы в произвольном порядке. И если в памяти RAM операции чтения и записи данных выполняются строго последовательно во времени, то в памяти FIFO допускается выполнение записи и считывания в независимых друг от друга асинхронных режимах.

^ Недостатком FIFO является то, что содержимое уже прочитанной ячейки памяти может быть автоматически замещено новым значением, тогда как в RAM или ROM содержимое ячеек может быть изменено только путем непосредственной адресации и записи в них новых значений. Для предотвращения непредусмотренной потери данных в состав микросхем памяти FIFO введены флаги заполненности. В процессе функционирования память FIFO может находиться в одном из следующих возможных состояний: «нормальная работа», «буфер пуст», «буфер почти пуст», «буфер заполнен на 1/2 от максимального размера пространства памяти», «буфер почти полон», «буфер полон». Флаги заполненности являются индикаторами этих состояний и позволяют внешним устройствам осуществлять гибкий контроль над потоками считываемых или записываемых данных. С целью обеспечения помехоустойчивой передачи данных в канале связи, в состав большинства современных микросхем памяти FIFO добавлена функция повторного считывания данных из буфера, начиная с первого слова. Расширением этой функции является возможность повторного считывания произвольного сегмента памяти путем пользовательской установки указателя начала записи.

^ Сегмент стека. Этот сегмент представляет собой область памяти, называемую стеком.
Работу со стеком микропроцессор организует по следующему принципу: последний записанный в эту область элемент выбирается первым. Для доступа к этому сегменту служит регистр ss (stack segment register) - сегментный регистр стека, содержащий адрес сегмента стека.

Загрузка в стек осуществляется специальной командой работы со стеком push (протолкнуть). Эта команда сначала уменьшает на 2 содержимое указателя стека, а затем помещает операнд по адресу в SP. Если, например, мы хотим временно сохранить в стеке содержимое регистра АХ, следует выполнить команду

push АХ

Команда pop выгружает(выталкивает ) элемент из стека.


^ 23. Физическая организация внешней долговременной памяти ЭВМ (ДЗУ). Дисковая магнитная память.

Флоппи-диск - это круглая пластинка, покрытая с двух сторон магнитным материалом, напоминающим используемый в магнитных лентах для обычных бытовых магнитофонов, только отличающимся по некоторым характеристикам (например, по форме и ширине петли гистерезиза). Ближе к центру в диске находится маленькое отверстие, предназначенное для синхронизации.

Когда флоппи-диск вставляется в дисковод, с обеих сторон (сверху и снизу) к нему прижимаются магнитные головки. Они действительно прижимаются, зазора между головками и поверхностью флоппи-диска нет. С помощью специального шагового двигателя головки могут перемещаться скачкообразно вдоль радиуса диска, как бы прочерчивая по поверхности диска концентрические окружности. Эти окружности называются дорожками, треками или цилиндрами - в литературе можно встретить различные названия.

Жесткий диск состоит из нескольких жестких круглых пластинок, покрытых магнитным материалом: Эти пластинки вращаются с огромной скоростью (порядка 3600 оборотов в минуту) в герметичном корпусе. Как и для флоппи-диска, около каждой стороны пластинки располагается по одной магнитной головке, но эти головки не соприкасаются с поверхностью диска, а плавают на воздушной подушке в непосредственной близости от диска. Подавая команды дисковому контроллеру, программа может перемещать блок головок вдоль радиуса диска, переходя таким образом от одного цилиндра к другому. Такие команды обычно выдаются не прикладной программой, а модулями BIOSBIOS, обслуживающими дисковый накопитель. Однако при необходимости программа может сама управлять положением блока головок.

Перемещаясь вдоль окружности дорожки, магнитная головка может записывать или считывать информацию примерно так, как это происходит в бытовом магнитофоне. Запись производится по битам, при этом добавляется различная служебная информация и информация для контроля правильности данных. Данные записываются не сплошным потоком, а блоками определенного размера. Эти блоки называются секторами. Сектор - это наименьший объем данных, который записывается или прочитывается контроллером.

Для сектора выполняется контроль правильности записи или чтения. При записи сектора вычисляется контрольная сумма всех байтов, находящихся в секторе, и эта контрольная сумма записывается на диск в служебную область, находящуюся после сектора. При чтении эта контрольная сумма вычисляется заново и сравнивается со считанной из служебной области. При несовпадении контроллер сообщает программе об ошибке.

Внешняя (долговременная) память - это место хранения данных, не используемых в данный момент в памяти компьютера.

Устройства внешней памяти - это, прежде всего, магнитные устройства для хранения информации. По способу записи и чтения накопители делятся, в зависимости от вида носителя, на магнитные, оптические и магнитооптические.

На дорожки ленты записывается все тот же двоичный код: намагниченный участок - единица, не намагниченный - нуль. При чтении с ленты запись превращается в нули и единицы в битах внутренней памяти.

Они служат для запомина¬ния больших массивов информации - наборов данных, программ пользователей и операционных систем. В про¬цессе работы вычислительной системы по мере необхо¬димости производится оперативный обмен информацион¬ными массивами между ВЗУ и основной памятью.

Это устройство использует в качестве носителя информации гибкие магнитные диски - дискеты, которые могут быть 5-ти или 3-х дюймовыми. Дискета - это магнитный диск вроде пластинки, помещенный в картонный конверт. В зависимости от размера дискеты изменяется ее емкость в байтах. Если на стандартную дискету размером 5’25 дюйма помещается до 720 Кбайт информации, то на дискету 3’5 дюйма уже 1,44 Мбайта. Дискеты универсальны, подходят на любой компьютер того же класса оснащенный дисководом, могут служить для хранения, накопления, распространения и обработки информации. Дисковод - устройство параллельного доступа, поэтому все файлы одинаково легко доступны. Сейчас дискеты применяются в основном для резервирования небольших объемов данных и для распространения информации. Дискеты размером 5’25 дюйма морально устарели и используются редко. Наибольшим распространением из накопителей на гибких магнитных дискахпользуется дискета 3’5 дюйма или флоппи-диски (floppy disk).

Диск покрывается сверху специальным магнитным слоем, который обеспечивает хранение данных. Информация записывается с двух сторон диска по дорожкам, которые представляют собой концентрические окружности. Каждая дорожка разделяется на секторы. Плотность записи данных зависит от плотности нанесения дорожек на поверхность, т. е. числа дорожек на поверхности диска, а также от плотности записи информации вдоль дорожки.


24. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Базовая система ввода-вывода (BIOS) и ее функции. Конфигурационная память (CMOS), ее свойства и назначение. Часы реального времени (RTC).

К постоянной памяти относят постоянное запоминающее устройство, ПЗУ (в англоязычной литературе - Read Only Memory, ROM, что дословно перводится как "память только для чтения"), перепрограммируемое ПЗУ, ППЗУ (в англоязычной литературе – Programmable Read Only Memory, PROM), и флэш-память (flash memory). Название ПЗУ говорит само за себя. Информация в ПЗУ записывается на заводе-изготовителе микросхем памяти, и в дальнейшем изменить ее значение нельзя. В ПЗУ хранится критически важная для компьютера информация, которая не зависит от выбора операционной системы. Программируемое ПЗУ отличается от обычного тем, что информация на этой микросхеме может стираться специальными методами (например, лучами ультрафиолета), после чего пользователь может повторно записать на нее информацию. Эту информацию будетневозможно удалить до следующей операции стирания информации.

BIOS - Базовая система ввода-вывода (Basic Input Output System) называется так потому, что включает в себя обширный набор программ ввода-вывода, благодаря которым операционная система и прикладные программы могут взаимодействовать с различными устройствами как самого компьютера, так и подключенными к нему.

 Заметим, что система BIOS помимо программ взаимодействия с аппаратными средствами на физическом уровне содержит программу тестирования при включении питания компьютера POST (Power-On-Self-Test, Самотестирование при включении питания компьютера). Тестируются основные компоненты, такие как процессор, память, вспомогательные микросхемы, приводы дисков, клавиатура и видеоподсистема. Если при включении питания компьютера возникают проблемы (BIOS не может выполнить начальный тест), вы услышите последовательность звуковых сигналов:

 Код сигнала  Значение

 1  Ошибка регенерации DRAM

 2  Отказ схемы четности

 3  Отказ базового ОЗУ 64 Кб

 4  Отказ системного таймера

 5  Отказ процессора

 6  Ошибка адресной линии A20 контроллера клавиатуры

 7  Ошибка исключения виртуального режима Virtual Mode Exception

 8  Ошибка теста чтения, записи памяти дисплея

 9  Ошибка контрольной суммы ROM-BIOS

 CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы. Эта микросхема постоянно подпитывается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже если компьютер не будут включать несколько лет.

В микросхеме CMOS хранятся данные о гибких и жестких дисках, о процессоре, о некоторых других устройствах материнской платы. Тот факт, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связан с тем, что показания системных часов постоянно хранятся (и изменяются) в CMOS.

Таким образом, программы, записанные в BIOS, считывают данные о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего они могут выполнить обращение к жесткому диску, а в случае необходимости и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.

^ Часы реального времени (англ. Real Time Clock, RTC) — электронная схема, предназначенная для учёта хронометрических данных (текущее время, дата, день недели и др.)представляет собой систему из автономного источника питания и учитывающего устройства. Чаще всего часы реального времени встречаются в вычислительных машинах, хотя на самом деле RTC присутствует практически во всех электронных устройствах, которые должны хранить время.

Несмотря на то, что часы реального времени могут быть реализованы без использования специализированных устройств, применение специализированной схемы для RTC, позволяет добиться более низкого энергопотребления, освобождения центрального процессора для критичных по времени задач, обеспечить более высокую точность.


^ 25. Интерфейсы ПЭВМ. Системные и локальные шины. Интерфейсы дисковых накопителей и периферийных устройств. Стандарты и технические характеристики.

Под аппаратным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах предписанных стандартом, и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимостей указанных элементов.

^ Системную шину можно упрощенно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных по их назначению (данные, адреса, управление), которые также имеют вполне определенные электрические характеристики и протоколы передачи информации. Основной обязанностью системной шины является передача информации между процессором (или процессорами) и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также происходит обмен специальными служебными сигналами. Используемые в настоящее время шины отличаются по разрядности, способу передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способности, количеству и типу поддерживаемых устройств, а также протоколу работы. Как правило, шины ПК можно представить в виде некой иерархической структуры — шинной архитектуры. Особенностью современных ПК является наличие шины PCI, унаследованной от старых ПК. Кроме нее, в ПК применялись и иногда еще применяются шины ISA, EISA, MCA, VLB, PCMCIA (CardBus) и AGP.

^ Локальной шиной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты микропроцессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы. Типичными примерами локальных шин являются VL-Bus и PCI.и тд

Интерфейсы дисковых накопителей: IDE (англ. Integrated Drive Electronics) — параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических приводов) к компьютеру. Разработан в 1986 году фирмой Western Digital, позднее стал именоваться ATA. ATA (англ. Advanced Technology Attachment — присоединение по передовой технологии) — параллельный интерфейс подключения накопителей (жёстких дисков и оптических приводов) к компьютеру. SATA (англ. Serial ATA) — последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).

SATA Revision 1.x (до 1.5 Гбит/с)SATA Revision 2.x (до 3 Гбит/с) SATA Revision 3.x (до 6 Гбит/с)

Рассмотрим наиболее распространенные интерфейсы периферийных устройств.

Интерфейс IDE

IDE (Integrated Device Electronics) - интерфейс устройств со встроенным контроллером. При создании этого интерфейса разработчики ориентировались на подключение дискового накопителя. За счет минимального удаления контролера от диска существенно повышается быстродействие.

Интерфейс EIDE имеет первичный и вторичный каналы, к каждому из которых можно подключить два устройства, то есть всего их может быть четыре. Это может быть жесткий диск, CD-ROM или переключатель дисков.

Физически интерфейс IDE реализован с помощью плоского 40-жильного кабеля, на котором могут быть разъемы для подключения одного или двух устройств. Общая длина кабеля не должна превышать 45 см, причем между разъемами должно быть расстояние не менее 15 сантиметров.
1   2   3   4   5   6   7   8



Скачать файл (1876 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru