Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпоры - архитектура компьютера - файл Архитектура компьютера.doc


Шпоры - архитектура компьютера
скачать (4618.1 kb.)

Доступные файлы (3):

Architectura_computer.pdf5514kb.16.09.2005 07:04скачать
Архитектура компьютера.doc290kb.01.11.2008 15:48скачать
Вопросы.doc25kb.19.06.2007 23:15скачать

содержание
Загрузка...

Архитектура компьютера.doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Вопрос 1)

Основные этапы развития вычислительной техники

Основные этапы развития вычислительной техники. Первым прообразом современных компьютеров была механическая аналитическая машина Чарльза Бэб-биджа, которую он проектировал и создавал в середине XIX в. Аналитическая машина должна была обрабатывать числовую информацию по заранее составленной программе без вмешательства человека. В аналитической машине имелись все основные устройства современного компьютера: Склад (Память), Мельница (Процессор) и т. д.

Первые электронно-вычислительные машины (ЭВМ), способные автоматически по заданной программе обрабатывать большие объемы информации, были построены в 194( г. в США (ЭНИАК) и в 1950 г. в СССР (МЭСМ). Первые ЭВМ были ламповыми (включали в себя десятки тысяч ламп), очень дорогими и очень большими (занимали громадные залы), и поэтому их количество измерялось единицами, в лучшем случае десятками штук.

Производство сравнительно недорогих персональных компьютеров с использованием БИС (больших интегральных схем) началось в середине 70-х годов с компьютера Apple I (с этого компьютера отсчитывает свое существование фирма Apple). В начале 80-х годов приступила к массовому производству персональных компьютеров корпорация IBM (компьютеры так и назывались IBM Personal Computer — IBM PC). Персональные компьютеры в состоянии обрабатывать не только числовую информацию. В настоящее время большая часть персональных компьютеров в мире занята обработкой текстовой информации. С 80-х годов стала возможной обработка на компьютере графической информации, а с 90-х — звуковой. Современный персональный компьютер превратился i мультимедийный, т. е. на нем можно обрабатывать числовую, текстовую, графическую и звуковую информацию.

Развитие глобальных компьютерных сетей началось в 80-е годы. В 1981 г. в сети Интернет было лишь 213 компьютеров, к концу 80-х число подключенных к сети компьютеров возросло до 150 тысяч, однако наиболее быстрый экспоненциальный рост их количества происходил в 90-е годы, и к настоящему моменту в Интернете насчитывается более 100 миллионов серверов.

Основными этапами развития вычислительной техники являются (коротко охарактеризовать каждый из этапов):

I. ручной — с 50-го тысячелетия до н.э.;

II. механический — с середины XVII века;

III. электромеханический — с девяностых годов XIX века;

IV. электронный — с сороковых годов XX века.

^ Классификация ЭВМ

Классификация ЭВМ по этапам создания

1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах

(транзисторах);

3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и

средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе);

^ Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

Вычислительные машины: универсальные, проблемно-ориентированные

специализированные

^ Классификация ЭВМ по назначению

Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности

ПериодизацияЭВМ по поколениям.

Первое поколение, 50-е годы; ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

Второе поколение, 60-е годы; ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах

(транзисторах).

Третье поколение, 70-е годы; ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой

и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе).

Четвертое поколение, 80-е годы; ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах -

микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном

Пятое поколение, 90-е годы; ЭВМ с многими десятками параллельно работающих

микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ

на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно

выполняющих десятки последовательных команд программы;

Шестое и последующие поколения; оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом л

нейтронной структурой - с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч)

несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейтронных биологических

систем.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предыдущими существенно

лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих

устройств увеличивается, как правило, больше чем на порядок.

Вопрос 2)

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ). Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности

Функциональные возможности ЭВМ обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные

характеристики:

быстродействие, измеряемоеусредненным количеством операций, выполняемых машиной за

единицу времени;

разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;

номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и

ввода-вывода информации;

типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой

(внутримашинного интерфейса);

способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять

одновременно несколько программ (многопрограммность);

типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в

машине;

наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная

совместимость с другими типами ЭВМ);

система и структура машинных команд;

возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;

эксплуатационная надежность ЭВМ;

коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени

полезной работы и времени профилактики.

Производительность больших ЭВМ оказалась недостаточной для ряда задач: прогнозирования

метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, моделирования

экологических систем и др. Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперЭВМ,

самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся и в настоящее время.

Появление в 70-х годах малых ЭВМ обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области

электронной элементной базы, а с другой - избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда

приложений.Изобретение в 1969 году микропроцессора привело к появлению в 70-х годах еще

одного класса ЭВМ - микроЭВМ. Именно наличие микропроцессора служило первоначально

определяющим признаком микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех без

исключения классах ЭВМ [1].

Можно привести следующую классификацию микроЭВМ:

1. Универсальные

1Л. Многопользовательские микроЭВМ - это мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме разделения времени, что позволяет эффективно работать на них сразу нескольким пользователям.

1.2. Персональные компьютеры - однопользовательские микроЭВМ удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения

2. Специализированные

2.1. Рабочие станции представляют собой однопользовательские мощные микроЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.)

2.2. Серверы - многопользовательские мощные микроЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех станций сети.

Вопрос 4)

В литературе часто используется та или иная схема классификации компьютерных

архитектур и одной из наиболее популярных является таксономия Флинна. В ее основу положено описанш работы компьютера с потоком команд и потоком данных. По Флинну принято классифицировать все возможные архитектуры компьютеров на четыре категории:

1. SISD (Single Instruction Stream - Single Data Stream) - один поток команд и один поток данных;

2. SIMD (Single Instruction Stream - Multiple Data Stream) - один поток команд и множество потоков данных;

3. MISD (Multiple Instruction Stream - Single Data Stream) - множество потоков команд и один поток данных;

4. MIMD (Multiple Instruction Stream - Multiple Data Stream) - множество потоков команд и множество потоков данных.

^ SISD компьютеры

SISD компьютеры это обычные, "традиционные" последовательные компьютеры, в которых в каждый момент времени выполняется лишь одна операция над одним элементом данных (числовым или каким-либо другим значением). Большинство современных персональных ЭВМ, например, попадает именно в эту категорию. Иногда сюда относят и некоторые типы векторных компьютеров, это зависит от того, что понимать под потоком данных. SIMD компьютеры

SIMD компьютеры состоят из одного командного процессора (управляющего модуля), называемого контроллером, и нескольких модулей обработки данных, называемых процессорными элементами. Управляющий модуль принимает, анализирует и выполняет команды. Если в команде встречаются данные, контроллер рассылает на все процессорные элементы команду, и эта команда выполняется на нескольких или на всех процессорных элементах. Каждый процессорный элемент имеет свою собственную память для хранения данных. Одним из преимуществ данной архитектуры считается то, что в этом случае более эффективно реализована логика вычислений. До половины логических инструкций обычного процессора связано с управлением выполнением машинных команд, а остальная их часть относится к работе с внутренней памятью процессора и выполнению арифметических операций. В SIMD компьютере управление выполняется контроллером, а "арифметика" отдана процессорным элементам. Векторные компьютеры представляют собой пример архитектуры SIMD.

^ MISD компьютеры Вычислительных машин такого класса практически нет и трудно привести пример их успешной реализации. Один из немногих - систолический массив процессоров, в котором процессоры находятся в узлах регулярной решетки, роль ребер которой играют межпроцессорные соединения. Все процессорные элементы управляются общим тактовым генератором. В каждом цикле •работы каждый процессорный элемент получает данные от своих соседей, выполняет одну команду и передает результат соседям.

^ MIMD компьютеры Эта категория архитектур вычислительных машин наиболее богата, если иметь в виду примеры ее успешных реализаций. В нее попадают симметричные параллельные вычислительные системы, рабочие станции с несколькими процессорами, кластеры рабочих станций и т.д. Уже довольно давно появились компьютеры с несколькими независимыми процессорами, но вначале на таких компьютерах был реализован только параллелизм заданий, то есть на разных процессорах одновременно выполнялись разные и независимые программы. Разработке первых компьютеров для параллельных вычислений были посвящены проекты под условным названием СМ* и С.ММР в университете Карнеги (США). Технической базой для этих проектов были процессоры DEC PDP-11. В начале 90-х годов именно MIMD компьютеры выходят в лидеры на рынке высокопроизводительных вычислительных систем. Такой тип машин отличается не только производительностью, но и более высокой надежностью. Действительно, при отказе одного процессора вся систем остается работоспособной (правда с более низкой производительностью). Однако при такой организации возникают проблемы организации управления рри решении одной задачи.

// ЭВМ Предельное быстродействие параллельных программ

При работе на параллельных ЭВМ пользователь имеет возможность запускать программу или на всех процессорах сразу, или на ограниченном их числе. Поскольку все процессоры в параллельных ЭВМ одинаковые (в составе параллельной ЭВМ могут работать еще и специализированные процессоры ввода/вывода, но на них счет не проводится), то можно ожидать, что программа будет выполняться во столько раз быстрее, сколько процессоров будут проводить вычисления.

^ Вопрос 5) см-воярое~3

Шинная организация является простейшей формой организации ЭВМ. В соответствии с приведенными выше принципами фон-Неймана подобная ЭВМ имеет в своем составе следующие функциональные блоки (рис.4.2). Центральный процессор (ЦП) - функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Это наиболее сложный компонент ЭВМ как с точки зрения электроники, так и с точки зрения функциональных возможностей. Центральный процессор состоит из следующих взаимосвязанны? составных элементов: арифметико-логического устройства, устройства управления и регистров. Системная магистраль является узким местом ЭВМ, так как все устройства, подключенные к ней, конкурируют за возможность передавать свои данные по ее шинам.

Системная магистраль - это среда передачи сигналов управления, адресов, данных, к которой параллельно и одновременно может подключаться несколько компонентов вычислительной системы. Физически системная магистраль представляет собой параллельные проводники на материнской плате, которые называются линиями. Но это еще и алгоритмы, по которым передаются сигналы, правила интерпретации сигналов, дисциплины обслуживания запросов, специальные микросхемы, обеспечивающие эту работу. Весь этот комплекс образует понятие интерфейс системной магистрали или стандарт обмена.

Исторически все интерфейсы СМ ведут свою родословную от стандарта IBM MULTGBUS, для которого фирмой был разработан комплект микросхем (chipset). Этот стандарт мог обслуживать передачу 8- и 16-битовых данных, работать в мультипроцессорном режиме с несколькими ведущими устройствами. Понятие "ведущее/ведомое устройство" могло динамически переопределяться с помощью сигналов управления (например, контроллер ПДП в режиме программирования - ведомое устройство, а в активном режиме -ведущее). Для этого стандарта характерно наличие следующих линий: 20 линий адресов, 16 линий данных, 50 управляющих и служебных линий.

Для IBM PS-2 разработанстандарт Микроканал - MCA (Micro Channel Architecture) в 1987 г. В нем 24-разрядная шина адреса. Шина данных увеличена до 32 бит. Отказались от перемычек и переключателей, определяющих конфигурацию технических средств, и ввели CMOS-память (Complementary Metal Oxyde Semicondactor), позволяющую хранить эту информацию и при отключении питания. Все оборудование, подключаемое к системной магистрали, содержит специальные регистры POS (Programmable Option Select), позволяющие конфигурировать систему программным путем. При тактовой частоте 10 МГц скорость передачи данных составляла 20 Мбайт/с.

Стандарт EISA (Extended ISA) - это жестко стандартизованное расширение ISA до 32 бит. Конструктивно совместима с ISA-адаптерами внешних устройств. Предназначена для многозадачных систем, файл-серверов и систем, в которых требуется высокоэффективное расширение ввода-вывода. При тактовой частоте 8.33 МГц скорость передачи данных составляла 33 Мбайт/с.

Стандарт VESA (VESA Lokal Bas или VLB) разработан Ассоциацией стандартов видеоданных (Video Electronics Standart Association) как расширение стандарта ISA для обмена видеоданными с адаптером SVGA. Обмен данными по этому стандарту ведется под управлением микросхем, расположенных на карте, устанавливаемой в специальный слот (разъем) расширения VLB и соединяемой с СМ через стандартный слот расширения. В отличие от стандартных слотов расширения слот VLB связан с микропроцессором напрямую, минуя системную магистраль. Карта VLB, работая совместно с системной магистралью, реализующей стандарт ISA, обеспечивает 32-разрядную передачу данных с тактовой частотой микропроцессора (но не более 40 - 50 МГц). В стандартные слоты материнской платы с интерфейсом VLB устанавливаются карты расширения с интерфейсом ISA. Производительность стандарта VLB достигает 132 Мбайт/с.

Стандарт PCI (Peripheral Component mterconnect) разработан фирмой Intel для ЭВМ с МП Pentium. Это не развитие предыдущих стандартов, а совершенно новая разработка. Системная магистраль i соответствии с этим стандартом работает синхронно с тактом МП и осуществляет связь междулокальной шиной МП и интерфейсом ISA, EISA или MCA. Но поскольку для этого интерфейса используются микросхемы, выпускаемые другими фирмами (Saturn - для 486, Mercury, Neptune, Triton - для Pentium), скорость работы СМ реально'составляет 30-40 Мбайт/с при теоретически возможной 132/ 264 Мбайт/с. Стандарт PCI разрабатывался как процессорно-независимый интерфейс. Помимо Pentium с этим интерфейсом могут работать и МП других фирм (Alpha корпорации DEC, MIPS R4400 и Power PC фирм Motorola, Apple и IBM). Стандарт PCI позволяет реализовать дополнительные функции: автоматическую конфигурацию периферийных устройств (которая позволяет пользователю устанавливать дополнительные платы, не задумываясь над распределением прерываний, каналов ПДП и адресного пространства); работу при пониженном напряжении питания; возможность работы с 64-разрядным интерфейсом. "Слоевая" структура интерфейса PCI снижает электрическую нагрузку на МП и позволяет одновременно управлять шестью периферийными устройствами, подключенными к СМ. Стандарт PCI позволяет использовать "мосты" (Bridges) для организации связи с другими стандартами (например, PCI to ISA Bridge).

Стандарт USB (Universal Serial Bus) - универсальный последовательный интерфейс, обеспечивающий обмен со скоростью 12 Мбайт/с и подключение до 127 устройств. Стандарт PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) - интерфейс блокнотных ПЭВМ для подключения расширителей памяти, модемов, контроллеров дисков и стриммеров, сетевых адаптеров и др. Системная магистраль, выполненная по этому стандарту, имеет минимальное энергопотребление, ШД - на 16 линий, ТТТА - на 24 линии. Системная шина процессора предназначена для обмена информацией микропроцессора с любым* внутренними устройствами микропроцессорной системы (контроллера или компьютера). В качестве обязательных устройств, которые входят в состав любой микропроцессорной системы, можно назвать ОЗУ, ПЗУ, таймер и порты ввода-вывода. В состав системной шины в зависимое™ от типа процессора входит одна или несколько шин адреса, одна или несколько шин данных и шина управления. Несколько шин данных и адреса применяется для увеличения производительности процессора и используется только в сигнальных процессорах. В универсальных процессорах и контроллерах обычно применяется одна шина адреса и одна шина данных. В понятие шины вкладывают разное значение при рассмотрении различных вопросов. В простейшем случае под понятием шина подразумевают параллельно проложенные провода, по которым передаётся двоичная информация. При этом по каждому проводу передаётся отдельный двоичный разряд. Информация может передаваться в одном направлении, как, например, для шины адреса или шины управления, или в различных направлениях (для шины данных). По шине .данных информация передаётся либо к процессору, либо от процессора в зависимости от операции записи или чтения, которую в данный момент осуществляет процессор. В любом случае все сигналы, необходимые для работы системной шины формируются микросхемой процессора как это рассматривалось при изучении блока обработки данных. Иногда для увеличения скорости обработки информации функции управления системной шины берёт на себя отдельная микросхема (например контроллер прямого доступа к памяти или сопроцессор). Арбитраж доступа к системной шине при этом осуществляет контроллер системной шины (в простейшем случае достаточно сигнала занятости шины). В некоторых случаях в понятие шина дополнительш включают требования по уровням напряжения, которыми представляются нули и единицы, передаваемые по её проводам. В состав требований могут быть включены длительности фронтов передаваемых сигналов, типы используемых разъёмов и их распайка, последовательность передаваемых сигналов и скорость их передачи.

Вопрос 6)

В основе этого типа организации ЭВМ лежит множественность каналов связи между устройствами и функциональная специализация узлов. Упрощенная схема организации ЭВМ с каналами приведена на рис.4.4. Сравним схему ЭВМ с каналами и описанную выше схему ЭВМ с шинной организацией.

Помимо уже знакомого набора устройств (центральный процессор, память, устройства ввода-вывода) в состав ЭВМ с канальной организацией входят устройства, называемые каналами. Канал - это специализированный процессор, осуществляющий всю работу по управлению контроллерами внешних устройств и обмену данными между основной памятью и внешними устройствами. Устройства группируются по характерной скорости и подключаются к соответствующим каналам. «Быстрые» устройства (например, накопители на магнитных дисках) подсоединяются к селекторным каналам. Такое устройство получает селекторный канал в монопольное использование на все время выполнения операции обмена данными. «Медленные» устройства подключаются к мультиплексным каналам. Мультиплексный канал разделяется (мультиплексируется) между несколькими устройствам, при этом возможен одновременный обмен данными с несколькими устройствами. Доступ к оперативной памяти может получить и центральный процессор, и один из каналов. Для управления очередностью доступа имеется контроллер оперативной памяти. Он определяет приоритетную дисциплину доступа при одновременном обращении нескольких устройств к памяти. Наименьший приоритет имеет центральный процессор. Среди каналов больший приоритет имеют медленные каналы. Таким образом, приоритет обратно пропорционален частоте обращения устройств к памяти. За счет существенного усложнения организации ЭВМ упрощается архитектура ввода-вывода. Связь между отдельными узлами осуществляется по схеме, напоминающей треугольник. Операции обмена данными становятся более простыми. Канал, по сути, представляет собой специализированный «интеллектуальный» контроллер прямого доступа к памяти. Для ускорения обмена данными реализованы несколько трактов обмена данными (процессор - основная память и каналы - основная память). О своем состоянии канал может информировать процессор с помощьк прерываний. Канал, являясь хотя и специализированным, но все-таки процессором, выполняет свою канальную программу. Она состоит из канальных команд и хранится в оперативной памяти. Для управления каналами процессор имеет всего несколько команд. Операция обмена данными инициируется центральным процессором с помощью команды НАЧАТЬ ВВОД - ВЫВОД - SIO M,N (Start Input - Output). Операциями команды являются М - номер канала и N - номер устройства в канале. Выдав команду запуска обмена, процессор, не обращая внимания на обменный процесс, продолжает выполнять свою программу. Канальные команды могут быть подготовительными или командами обмена данными. Подготовительные команды устанавливают режимы работы внешних устройств, осуществляют операции поиска и т.д.

Обменные команды содержат коды операций и адреса оперативной памяти. Обмен происходит по асинхронной схеме по инициативе внешнего устройства. Данные извлекаются из памяти и помещаются в нее напрямую, без посредников.

Отметим некоторые особенности канальных машин. Несколько подряд идущих канальных коман; могут образовывать цепочку данных. В этом случае имеется одна команда обмена, например чтения физической записи из нескольких адресов оперативной памяти со счетчиков. Одна физическая запись распределяется в несколько адресов оперативной памяти. В ЭВМ с канальной организацией процессор практически полностью освобождается от рутинной работы по организации ввода-вывода. Управление контроллерами внешних устройств и обмен данными берет на себя канал. Наличие нескольких трактов передачи данных снимает трудности, связанные с блокировкой единственного тракта передачи данных (системной шины), что повышает скорость обмена. Все это дает возможность производить обмен данными с внешними устройствами параллельно с основной вычислительной работой центрального процессора. В результате общая производительность системы существенно возрастает. Удорожание схемы окупается. Одной из первых машин с каналами была ЭВМ второго поколения IBM-704.

^ Сегментирование памяти

Говоря об адресации, нельзя обойти вопрос о сегментировании памяти, применяемой в некоторых процессорах, например в процессорах IBM PC-совместимых персональных компьютеров. В процессоре Intel 8086 сегментирование памяти организовано следующим образом. Вся память системы представляется не в виде непрерывного пространства, а в виде нескольких кусков — сегментов заданного размера (по 64 Кбайта), положение которых в пространстве памяти можно изменять программным путем.

Для хранения кодов адресов памяти используются не отдельные регистры, а пары регистров: сегментный регистр определяет адрес начала сегмента (то есть положение сегмента в памяти); регистр указателя (регистр смещения) определяет положение рабочего адреса внутри сегмента. При этом физический 20-разрядный адрес памяти, выставляемый на внешнюю шину адреса, образуется так, как показано на рис. 3.5, то есть путем сложения смещения и адреса сегмента со сдвигом на 4 бита.

Сегмент может начинаться только на 16-байтной границе памяти (так как адрес начала сегмента, по сути, имеет четыре младших нулевых разряда, как видно из рис. 3.5), то есть с адреса, кратного 16. Эти допустимые границы сегментов называются границами параграфов. Отметим, что введение сегментирования, прежде всего, связано с тем, что внутренние регистры процессора 16-разрядные, а физический адрес памяти 20-разрядный (16-разрядный адрес позволяет использовать память только в 64 Кбайт, что явно недостаточно). В появившемся в то же время процессоре MC68000 фирмы Motorola внутренние регистры 32-разрядные, поэтому там проблемы сегментирования памяти не возникает.

^ Стековой называют память, доступ к которой организован по принципу: "последним записан -первым считан" Использование принципа доступа к памяти на основе механизма LIFO началось с больших ЭВМ. Применение стековой памяти оказалось очень эффективным при построении компилирующих и интерпретирующих программ, при вычислении арифметических выражений с использованием польской инверсной записи. В малых ЭВМ она стала широко использоваться в связи с удобствами реализации процедур вызова подпрограмм и при обработке прерываний. Принцип работы стековой памяти состоит в следующем. Когда слово А помещается в стек, оно располагается в первой свободной ячейке памяти. Следующее записываемое слово перемещает предыдущее на одну ячейку вверх и занимает его место и т.д. Запись 8-го кода, после Н, приводит к переполнению стека и потере кода А. Считывание слов из стека осуществляется в обратном порядке, начиная с кода Н, который был записан последним. Заметим, что выборка, например, кода Е невозможна до выборки кода F, что определяется механизмом обращения при записи и 'чтении типа LIFO. Для фиксации переполнения стека желательно формировать признак переполнения.

Перемещение данных при записи и считывании информации в стековой памяти подобно тому, как это имеет место в сдвигающих регистрах. С точки зрения реализации механизма доступа к стековой памяти выделяют аппаратный и аппаратно-программный (внешний) стеки. Аппаратный стек представляет собой совокупность регистров, свдз^ между которыми организованы таким образом, что при записи и считывании данных содержимое стека автоматически сдвигается. Основное достоинство аппаратного стека - высокое быстродействие, а недостаток - ограниченная емкость. Наиболее распространенным в настоящее время и, возможно, лучшим вариантом организации стека в ЭВМ является использование области памяти. Для адресации стека используется указатель стека, который предварительно загружается в регистр и определяет адрес последней занятой ячейки.

Вопрос 7)

Устройство управления микропроцессора обеспечивает многозадачность. Многозадачность -способ организации работы ПЭВМ, при котором в ее памяти одновременно содержатся программы и данные для выполнения нескольких задач. В составе МП i486 имеются аппаратно-программные средства, позволяющие эффективно организовать многозадачный режим, в том числе системы прерывания и защиты памяти.

Система прерываний обрабатывает запросы на прерывание как от внешних устройств, так и от внутренних блоков МП. Поступление запроса на прерывание от внутреннего блока МП свидетельствует о возникновении исключительной ситуации, например о переполнении разрядной сетки. Внешнее прерывание может быть связано с обслуживанием запросов от периферийных устройств. Требуя своевременного обслуживания, внешнее устройство посылает запрос прерывания микропроцессору. Микропроцессор в ответ приостанавливает нормальное выполнение текущей программы и переходит на обработку этого запроса, чтобы в дальнейшем выполнить определенные действия по вводу-выводу данных. После совершения таких действий происходит возврат к прерванной программе. МП i486 способен обрабатывать до 256 различных типов прерываний, причем первые 32 типа отведены для внутрисистемных целей и недоступны пользователю.

Восьмиразрядное арифметико-логическое устройство микропроцессора выполняет арифметические и логические операции над двоичными числами, представленными в дополнительном коде, а также обработку двоично-десятичных упакованных чисел, арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для непосредственного выполнения арифметических и логических операций с данными. АЛУ входят в состав обрабатывающей части МП Арифметико-логическое устройство (АЛУ) служит для преобразования 8-рязрядных данных. К одному из входов АЛУ подключен аккумулятор А, к другому - через регистр временного хранения Т - может быть подключен любой из регистров общего назначения. Обрабатываемые данные поступают в АЛУ от внешнего источника по информационной шине ТТТД или от одного и: регистров общего назначения A-L. Результат преобразования передается во внешнюю магистраль через буфер шины данных и может быть записан в один из регистров A-L. При выполнении операций в регистре признаков F фиксируются особенности выполнения операции (рис. 3.2). Эти особенности определяют значение разрядов F после операции: нулевой или ненулевой результат операции в аккумуляторе определяет разряд, перенос из старшего разряда - разряд СУ, знак результата - S, четность числа битов - Р, вспомогательный перенос из младшего полубайта - АС. . Наличие регистра признаков F используется для реализации программных переходов в зависимости от значения того или иного разряда F.

В АЛУ входит схема десятичного корректора (ДК). АЛУ реализует простейшие арифметические i логические операции (сложение, вычитание, сдвиги, сравнение, логическое умножение и т.п.). Более сложные операции выполняются по подпрограммам.

Интерфейсная часть МП предназначена для связи и согласования МП системной шиной ПК, а также для приема, предварительного анализа команд выполняемой программы и формирования полных адресов операндов и команд. Интерфейсная часть включает в свой состав адресные регистры МПП, узел формирования адреса, блок регистров команд, являющийся буфером команд в МП, внутреннюю интерфейсную шину МП и схемы управления шиной и портами ввода-вывода Порты ввода-вывода - это пункты системного интерфейса ПК, через которые МП обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов у МП может быть 65536. Каждый порт имеет адрес - номер порта, соответствующий адресу ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода-вывода, использующего этот порт, а не частью основной памяти компьютера. Порт устройства содержит аппаратуру сопряжения и два регистра памяти - для обмена данными i обмена управляющей информацией. Некоторые внешние устройства используют и основную память для хранения больших объемов информации, подлежащей обмену.

Вопрос 8)

Все режимы работы ЭВМ делятся на однопрограммные и мультипрограммные.

При работе в однопрограммном режиме все ресурсы ЭВМ отданы одной программе. Выполнение

следующей программы возможно только после полного выполнения предыдущей программы.

Разновидности однопрограммного режима:

Однопрограммный режим с непосредственным доступом пользователя к ЭВМ. Пользователь

ведёт диалог с машиной, работая за пультом. В этом режиме машинное время используется

нерационально. Такой режим используется только при наладке ЭВМ.

Однопрограммный режим с последовательным выполнением программ без участия пользователя

Все программы введены заранее и выполняются под управлением ОС. Этот режим неэффективен

так как при таком режиме не полностью используются возможности параллельной работы

основных устройств машины.

Разновидности мультипрограммного режима:

Режим пакетной обработки. В таком режиме возможно решения нескольких задач на ЭВМ

одновременно. Все программы, исходные данные вводятся заранее, из них образуется пакт задач.

Все задачи реализуются без вмешательства пользователя. При таком режиме значительно

экономится время на выполнение набора задач.

Режим разделения времени. Этот режим похож на предыдущий, но во время выполнения пакета

возможно вмешательство пользователей. Режим разделения времени сочетает эффективное

использование возможностей ЭВМ с даёт пользователю возможность индивидуального

пользования. Применение такого режима возможно только, когда работа ЭВМ протекает в

реальном масштабе времени.

Режим запрос-ответ. Этот режим представляет собой вид телеобработки, при которой в

соответствии с запросами от абонентов, ЭВМ посылает данные, содержащиеся в Файлах данных.

Число ответов ограничено ёмкостью памяти, следовательно ограничено и число запросов.

Диалоговый режим, это наиболее используемый режим работы ЭВМ. При таком режиме

происходит двустороннее взаимодействие (диалог) пользователя и ЭВМ. Для осуществлении

этого режима необходимо, чтобы технические и программные средства могли работать в

реальном масштабе времени; чтобы абоненты имели возможность формулировать свои

сообщения на высоком уровне.

В мультипрограммных режимах реализованы два варианта: мультипрограммный режим с

фиксированным и произвольным числом совместно решаемых задач.

Прерывания Для того чтобы ЦП, выполняя свою работу, имел возможность реагировать на

события, происходящие вне его зоны внимания, наступления которых он "не ожидает",

существует система прерываний ЭВМ. При отсутствии системы прерываний все заслуживающие

внимания события должны находиться в поле зрения процессора, что сильно усложняет

программы и требует большой их избыточности. Кроме того, поскольку момент наступления

события заранее не известен, процессор в ожидании какого-либо события может находиться

длительное время, и чтобы не пропустить его появления, ЦП не может "отвлекаться" на

выполнение какой-либо другой работы. Такой режим работы (режим сканирования ожидаемого

события) связан с большими потерями времени ЦП на ожидание.

Кроме сокращения потерь на ожидание, режим прерываний позволяет организовать выполнение

такой работы, которую без него реализовать просто невозможно. Например, при появлении

неисправностей, нештатных ситуаций режим прерываний позволяет организовать работу по

диагностике и автоматическому восстановлению в момент возникновения нештатной ситуации,

прервав выполнение основной работы таким образом, чтобы сохранить полученные к этому

времени правильные результаты. Тогда как без режима прерываний обратить внимание на

наличие неисправности система могла только после окончания выполняемой работы (или ее

этапа) и получения неправильного результата.

Принцип действия системы прерываний заключается в следующем:

при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяются

содержимое регистров, счетчиков, состояние отдельных управляющих триггеров, т.е. изменяетсясостояние процессора. Информация о состоянии процессора лежит в основе многих процедур управления вычислительным процессом. Не вся информация одинаково актуальна, есть существенные элементы, без которых невозможно продолжение работы. Эта информация должна сохраняться при каждом "переключении внимания процессора".

ПЭВМ HIM PC может выполнять 256 различных прерываний, каждое из которых имеет свой номер (двухразрядное шестнадцатеричное число).

Все прерывания делятся на две группы: прерывания с номера OOh по номер IFh называются прерываниями базовой системы ввода-вывода (BIOS -Basic Input-Output System); прерывания с номера 20h по номер FFh называются прерываниями DOS. Прерывания DOS имеют более высокий уровень организации, чем прерывания BIOS, они строятся на использовании модулей BIOS в качестве элементов.

Прерывания делятся на три типа: аппаратурные, логические и программные. Аппаратурные прерывания вырабатываются устройствами, требующими внимания микропроцессора: прерывание № 2 - отказ питания; № 8 - от таймера; № 9 - от клавиатуры; № 12 - от адаптера связи № 14 - от НГМД; № 15- от устройства печати и др.

Запросы на логические прерывания вырабатываются внутри микропроцессора при появлении "нештатных" ситуаций: прерывание № 0 - при попытке деления на 0; № 4 - при переполнении разрядной сетки арифметико-логического устройства; № 1 - при переводе микропроцессора в пошаговый режим работы; № 3 - при достижении программой одной из контрольных точек. Запрос на программное прерывание формируется по команде INTn, где п — номер вызываемого прерывания. Запрос на аппаратное или логическое прерывание вырабатывается в виде специального электрического сигнала. DOS BIOS

BIOS (basic input/output system) - базовая система ввода-вывода - это встроенное в компьютер программное обеспечение, которое ему доступно без обращения к диску. На PC BIOS содержит код, необходимый для управления клавиатурой, видеокартой, дисками, портами и другими устройствами. Обычно BIOS размещается в микросхеме ПЗУ (ROM), размещенной на материнской плате компьютера (поэтому этот чип часто называют ROM BIOS). Эта технология позволяет BIOS всегда быть доступным, несмотря на повреждения, например, дисковой системы Это также позволяет компьютеру самостоятельно загружаться. Чтобы войти в BIOS, нужно нажать кнопку Delete при загрузке операционной системы, когда высветится сообщение "Press Del To Enter Setup", однако в зависимости от модели оборудования, возможны и другие методы входа в BIOS

Вопрос 9)

Микропроцессорная память — память небольшой емкости, но чрезвычайно высокого

быстродействия (время обращения к Ml ill примерно 1 не). Состоит из регистров с разрядностью

не менее машинного слова.

Микропроцессорная память предназначена для кратковременного хранения, записи и выдачи

информации, используемой в вычислениях непосредственно в ближайшие такты работы машины

Микропроцессорная память строится на регистрах и используется для обеспечения высокого

быстродействия компьютера, так как основная память не всегда обеспечивает скорость записи,

поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего

микропроцессора.

Регистры - специальные ячейки памяти, расположенные физически внутри процессора, доступ к

которым осуществляется не по адресам, как к основной памяти, а по именам.

Пользовательские регистры называются так потому, что программист может использовать их при

написании своих программ. К этим регистрам относятся:

восемь 32-битных регистров, которые могут использоваться программистами для хранения

данных и адресов (их еще называют регистрами общего назначения (РОН)):

Регистры общего назначения

Все регистры этой группы позволяют обращаться к своим младшим частям. Для самостоятельной

адресации можно использовать только младшие 16 и 8-битные части этих регистров. Старшие 16

бит этих регистров как самостоятельные объекты недоступны. Это сделано, для совместимости с

младшими 16-разрядными моделями микропроцессоров фирмы Intel.

Перечислим регистры, относящиеся к группе регистров общего назначения.

eax/ax/ah/al (Accumulator register) - аккумулятор.

Применяется для хранения промежуточных данных. В некоторых командах использование этого

регистра обязательно;

ebx/bx/bh/bl (Base register) - базовый регистр.

Часто применяется для хранения базового адреса некоторого объекта в памяти;

ecx/cx/ch/cl (Count register) - регистр-счетчик.

Применяется в командах, производящих некоторые повторяющиеся действия регистра

edx/dx/dh/dl (Data register) - регистр данных.

Сопроцессор (FPU) предназначен для выполнения операций над вещественными числами. С

программной точки зрения сопроцессор содержит блок регистров данных, регистр управления и

группу регистров состояния и указателей. Восемь регистров данных разрядностью 80 бит

организованы в стек. Номер регистра, являющегося текущей вершиной стека, хранится в

специальном поле регистра состояния (указателе вершины стека). Операция push уменьшает

значение указателя на 1 и помещает в стек данные в регистр, являющийся новой вершиной стека.

Операция pop записывает данные с вершины стека в память или регистр и увеличивает указатель

на 1. Инструкции адресуют регистры либо явно, либо неявно. Неявная адресация подразумевает

операнд, находящийся на вершине стека. Двщя адресация подразумевает указание смещения

регистра относительно вершины стека - st(i).

Выпущенные недавно фирмой AMD новые процессоры Athlon64 и Opteron имеют архитектуру

х86-64, которая в отличие от архитектуры х86 является полностью 64-битной. Она естественным

образом расширяет регистры общего назначения х86 до 64 битов и увеличивает их количество.

Также удваивается число регистров ХММ. Регистры FPU/MMX остаются без изменений.

В отличие от процессоров х86, у которых все вещественные вычисления производились в

сопроцессоре, а блоку ХММ отводились только векторные операции, процессоры х86-64

практически все вещественные вычисления выполняют в блоке ХММ.

^ Вопрос 14)

Макропрограммирование

InDesign имеет развитую поддержку макропрограммирования на языках Ap-pleScript на платформе Macintosh и Visual Basic for Applications на платформе PC. Макроязык обеспечивает возможность автоматизации практически любых задач, выполняемых в InDesign, Поскольку эти макроязыки используются для программирования во всех приложениях на указанных платформах, макроопределения могут задействовать не только сам InDesign, ко и другие приложения, например, текстовый редактор или электронные таблицы.

Макропрограммирование дает множество преимуществ, обеспечивая: автоматизацию рутинных, часто выполняемых задач;

реализацию сложных действий, которые требуют много времени на выполнение вручную; снижение количества ошибок, за счет автоматического выполнения работы.

уменьшение затрат времени на изучение, написание и отладку, по сравнению с подключаемыми модулями Кроме того, макропрограммирование доступно всем, а не только профессиональным программистам. Макропрограммирование занимает промежуточное положение между администрированием и обычным программированием. Применяемое главным образом администраторами, макропрограммирование позволяет им быстро и эффективно выполнять текущие задачи таким способом, который меньше подвержен ошибкам, чем при использовании графического интерфейса.

Хотя в макропрограммировании требуются в основном те же навыки, что и в обычном программировании, масштабы проекта в макропрограммировании обычно намного меньше. Макропрограммирование, как правило, решает очень узкие задачи (например, добавление пользователя или принтера), и написание макропрограммы не является таким сложным делом и не требует такого уровня способностей, как профессиональное программирование в обычном смысле этого слова. Кроме того, поскольку автор макропрограммы часто является администратором, обработка ошибок и вопросы функционирования пользовательского интерфейса, в большинстве случаев сопутствующие созданию приложений, не являются такими масштабными и труднопреодолимыми.

Соответственно, составителям макропрограмм нужны наборы инструментов, отличные от тех, которыми пользуются программисты. Microsoft предоставляет потребителям набор средств макропрограммирования, но эти технологии нуждаются в существенном обновлении.

Макросы нужны для того, чтобы автоматизировать ввод часто используемых последовательностей коман, и сократить число нажатий на клавиши для постоянно повторяющихся действий. К тому же значительно проще запомнить, что нужно нажать CTRL-F1, чтобы произвести проверку орфографии и поместить список неправильно набранных слов is конец текущего файла, чем каждый раз вспоминать и набирать команды. В vi есть три типа макросов: команда :тар, которая исполняет последовательность нажатий на клавиши в командном режиме; команда :тар!, делающая то же самое, когда вы запускаете режим ввода текста; и :abbr которая дает возможность ввести сокращения для часто используемых слов и выражений и • автоматически восстанавливать их полную форму в режиме ввода. Можно непосредственно ввести эти команды в vi, когда включен командный режим, или включить их в .ехгс. Лично мы считаем, что полезно иметь разные наборы макросов для разных проектов и включать эти наборы в соответствующие файлы .ехгс, находящиеся в головном каталоге каждого проекта.

^ Стековые команды. Команда с чистит стек. Команда d дублирует число в вер- хушке стека. Команда z заносит в стек длину стека. Команда X заменяет число в верхушке стека его точностью. Команда Z заменяет верхушку стека его длиной. Все стековые команды манипулируют только словами и сопровождаются автоматичес- кой модификацией указателя стека: при включении в стек произво- дится декремент, а при извлечении из стека - инкремент SP. До выполнения стековых команд регистры SP и SS должны быть инициализированы. Команда PUSH включает в стек содержимое адресуемого регистра или ячейки памяти, а команда POP извлекает содержимое вершины стека и передает его в регистр или ячейку памяти. Команды POSHF и POPF предназначены для временного запомина- ния в стеке и последующего восстановления из стека содержимого регистра флагов. С их помощью можно изменять состояние флага трассировки TF, так как команд прямого воздействия на этот флаг нет
  1   2   3



Скачать файл (4618.1 kb.)

Поиск по сайту:  

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