ЭВМ – это комплекс программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации.Структура, архитектура ЭВМ, систем и сетей.
Лекции: к.т.н., доц. Шарнов Александр Иванович.
Практика: Ивакин Константин Николаевич.ВВЕДЕНИЕ Россия стоит на пути исторической необходимости перехода на новый уровень общественного и экономического развития, определяемыми жестокими требованиями рыночной экономики. Речь идет о пути формирования информационного общества. Материальная база информационного общества является информационная экономика. Основы информационной экономики составляет создание и потребление информационных ресурсов или информационных ценностей.
Основные особенности информационной экономики:
1).Главной формой накопления является накопление знаний и другой полезной информации.
2).Это изменение характера производства процессов в основных областях.
3).Экономически оправданным является мелкосерийное и индивидуальное производство.
4).Резкое возрастание скорости экономических процессов.
5).Усиление интеграционных процессов.
Развитые страны мира стали на путь информационной экономики в 70 годах.
Такой путь имели следующие моменты:
1).Превышение суммарных затрат, чисто информационной базы над другими отраслями.
2).Возрастание доли не вещественных затрат.
3).Формирование глобальных коммуникаций сети общества.
4).Увеличение в производстве до 50% населения занятые информационной обработкой.ПРИНЦИПЫ ПОСТОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРА ЭВМ.
ЭВМ, компьютер – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Требования пользователей к выполнению вычислительных работ определяется подбором и настройкой технических и программных средств объединенных в одну структуру.
Структура ЭВМ – это совокупность ее элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств.
Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.
Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники:
1. Инженеры (схема техники) – проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы сопряжения друг с другом.
2. Системные программисты – создают программы управления техническими средствами, информационного распределения между уровнями, организацию вычислительного процесса.
3. Прикладные программисты – разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ и необходимый для этого сервис.
4. Специалисты по эксплуатации ЭВМ – занимаются общими вопросами взаимодействия пользователя с ЭВМ.Содержание знаний и умений специалистов по ПО и его эксплуатации составляют:
1) Технические и эксплуатационные характеристики.
2) Производительность ЭВМ – объем работ осуществляющих ЭВМ в единицу времени.
3) Емкость запоминающих устройств: ОЗУ и ДЗУ.
4) Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.
5) Точность – это возможность различать почти равные значения.
6) Достоверность – это свойство информации быть правильно воспринятой.Классификация ЭВМ Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали системы квалификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации:
1. Классификация ЭВМ по форме представления величин вычислительной машины делят на:
- аналоговые (непрерывного действия) АВМ
- цифровые (дискретного действия) ЦВМ
- аналого-цифровые (гибридные) ГВМ
В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота.
В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные ЦВМ.
2. Классификация ЭВМ по поколениям (по элементарной базе):
- Первое поколение (50г.): ЭВМ на электронных вакуумных лампах.
- Второе поколение (60г.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).
- Третье поколение (70г.): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой степенью интеграции.
- Четвертое поколение (80г.): ЭВМ на больших интегральных схемах.
- Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах.
- Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Интегральная схема – электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.
3. Классификация ЭВМ по мощности (быстродействию):
1).Супер-ЭВМ – машины для крупно-маштабных задач (фирма IBM).
2).Большие ЭВМ – машины для территориальных, региональных задач.
3).Средние ЭВМ – машины очень широкого распространения.
4).Малые ЭВМ.
5).ПЭВМ (персональные ЭВМ).
6).Микро ЭВМ и микропроцессоры.
7).Сети ЭВМ.Общие принципы построения современных ЭВМ.
Основным принципом построения ЭВМ является программное управление, в основе которого лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
Алгоритм – это конечный набор предписаний, определяющий решения задачи посредством конечного количества операций (ISO 2382/1-84 международный стандарт).
Программа – это упорядоченное последовательность команд подлежащих обработки.
Принцип программного управления может быть осуществлен разными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ был представлен в 1945 году Нейманом. Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления отражает характер действия человека по алгоритму. программы потоки
и исходные информации
данныеОбобщенная структура ЭВМ Джен Фон Неймана первого и второго поколенийУПД – устройство подготовки данных.
УВС – устройство ввода.
АЛУ – арифметико-логическое устройство.
УУ – устройство управления.
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.
ДЗУ – длительно запоминающее устройство
ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.
УВ – устройство вывода.
ЗУ+АЛУ+УУ – процессор. Любая ЭВМ имеет устройство ввода информации, с помощью которого в ЭВМ вводят программы решения задач и данные к ним.
ОЗУ – предназначено для оперативного запоминания программы хранящейся в исполнении.
ВЗУ – предназначено для долговременного хранения информации.
Кэш-память – промежуточная память между ОЗУ и ВЗУ.
УУ – предназначено для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.
АЛУ – выполняет арифметические и логические операции над данными. Основой АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят: сумматоры, счетчики, логические операции. Классическая структура ЭВМ с переходом на БИС (большие интегральные схемы) перешла в понятие архитектура ЭВМ. Устройства
сопряженияОбобщенная архитектура третьего и четвертого поколений В ЭВМ третьего поколения усложнение структуры произошло за счет разделения процессов ввода/вывода информации, и ее обработки. Появляется понятие процессор, где неразрывно связаны СОЗУ (сверх оперативное устройство), АЛУ и УУ. Появляется понятие каналы ввода/вывода, которые делят на мультиплексные (МК) и селекторные (СК) каналы.
МК – предназначены обслуживать большое количество медленно-скоростных устройств.
СК – обслуживают высокоскоростные, отдельные устройства.
Применительно к ПЭВМ архитектура приняла упрощенный вид архитектуры малых машин (принцип открытой архитектуры, где главным элементом является системная магистраль). Ядро ПЭВМ образует процессор и основная память. Подключение всех остальных устройств осуществляется через адаптеры (устройства сопряжения).Обобщенная архитектура ПЭВМСтруктурная схема ПК
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ.
Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ
ЭВМ кроме аппаратурной части и ПО (Hard Ware и Soft Ware) имеет большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде:
1).Арифметические коды.
2).Помехозащищенные коды.
3).Цифровые коды аналоговых величин.
Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние:
3 алгоритмы их формирования и обработки
4 технологии выполнения различных процедур
5 способы организации работы различных устройств
6 организация системы прерывания.
Функциональную организацию ЭВМ образуют: коды, системы команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействие Hard и Soft, способы использования устройств при организации их совместной работе, составляющие идеологию функционирования ЭВМ.
Идеологию функционирования ЭВМ можно реализовать разными способами:
1).Аппаратурными
2).Программно-аппаратурными
3).Программными средствами.
Таким образом, реализация функций ЭВМ дополняет ее структурную организацию. Сопоставление структур ЭВМ дополненных функциональной структурой приводит к понятию совместимых и не совместимых ЭВМ.Организация функционирования ЭВМ с могестральной структурой
ЭВМ – это совокупность устройств выполненных на больших интегральных схемах имеющих функционированное назначение.
Комплект интегральных схем называют микропроцессорным комплектом.
В состав микропроцессорного комплекта входят:
7 системный таймер
8 микропроцессор
9 сопроцессоры (организация математических процессов)
10 контроллер прерываний
11 контроллер прямого доступа к памяти
12 контроллеры устройств ввода/вывода.
Все устройства ЭВМ делятся на:
1).Центральные (полностью электронные БИС).
2).Периферийные (частично-электронные, частично-электромеханические с электронным управлением).
В центральных устройствах основным устройством является системная шина (системная магистраль).
Системная магистраль состоит из трех узлов:
1).Шина данных (ШД)
2).Шина адреса (ША)
3).Шина управления (ШУ).
В состав системной магистрали входят также: регистры защелки, шинные арбитры.
Интерфейс системной шины – это логика работы системной магистрали, количество линий (разрядов) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций.
В состав центральных устройств ЭВМ входят:
13 центральный процессор
14 основная память
15 ряд дополнительных узлов выполняющих служебные функции
16 контроллер прерываний
17 контроллер прямого доступа к памяти
18 таймер.
Периферийные устройства делятся на:
19 внешнее запоминающее устройство (НЖМД – носитель жесткий магнитный диск, НГМД – носитель гибкий магнитный диск)
20 УВв
21 ???
22 ?????
23 ???Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя
Один из «прозрачных» процессов машины – это организация ввода, преобразование и отображение результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная программистом на алгоритмическом языке называется исходным модулем.
Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программа translator. Он делится на: компилятор и интерпретатор.
Интерпретатор – после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно его исполняет.
Компилятор – сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык, затем его исполняет.
Объектный модуль – машинный язык.
Полученный объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.
Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены недостающие программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняет программа редактор связи. В результате образуется загрузочный модуль.
Исполнение загрузочного модуля осуществляется программой – загрузчиком.
Операционная система (ОС) – выполняет функцию управления.СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть машинных ресурсов. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом, но может производиться и ОС. Выделение ресурсов перед выполнением программы называется статическим перемещением, в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.
Если ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называется динамическим перемещением, здесь программа не привязана к определенному месту.
При статическом перемещении возможны два случая:
1).Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса. Эта загружаемая программа называется абсолютной программой.
2).Реальная память меньше требуемого адресного пространства. В этом случае возникает проблема организации выполнения программ.
Существует несколько методов решения этой проблемы:
24 метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере необходимости.
25 Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к исполнению по нескольким обращениям.
В мультипрограммном режиме имеются программы. А, В, С. При работе в мультипрограммном режиме может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска.
Виртуальная память
Реальную память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режим виртуальной памяти.
Виртуальной памятью называется теоретически доступная ОП объем, которой определяется только адресной частью команды.
Виртуальная память имеет сигментоно-страничную организацию и реализована в иерархической системе ЭВМ. Часть ее размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней памяти. Записываемая область во внешней страничке памяти называется ячейкой или слотом. Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти.
Загрузить программу в виртуальную память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в основную.Система прерываний ЭВМ ЭВМ – это комплекс автономных устройств каждое, из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимого от других устройств.
Включает в работу центральный процессор (ЦП), передавая устройству команды и необходимые параметры. Таким образом, ЦП переключает свое «внимание» поочередно с устройства на устройство. Для того чтобы ЦП работал, создана система прерываний.
Принцип действия системы прерываний заключается в том, что при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержание регистра.
Прерывания делят на три типа:
26 аппаратурные
27 логические
28 программные
ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМОсновная память и состав устройства Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих функции памяти.
ЗУ делят на:
1).Основную память (ОП)
2).Сверх оперативная память (СОЗУ)
3).Внешняя память (ВЗУ)
ОП включает в себя два типа устройств:
29 ОЗУ (RAM – random aces memory)
30 ПЗУ (ROM – read only memory)
ОЗУ – предназначено для хранения переменной информации.
ПЗУ – содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислений.
Функциональные возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ – энергонезависимо и имеет большее быстродействие.
В современных ЭВМ микросхемы памяти изготовляют из кремния по полупроводниковой технологии, с высокой интеграцией элементов на кристалле.
Основной составной частью микропроцессора является массив элементов памяти объединенных в матрицу накопителя. Каждый элемент памяти может хранить 1 бит памяти. Каждый бит имеет свой адрес в ЗУ, позволяющий обращаться по адресу к любому элементу памяти – называется ЗУ с произвольным доступом. 2 байта - полуслово 4 байта – слово 8 байт – двойное слово переменной длины При матричной ориентации памяти реализуется координатный принцип адресации элементов памяти, когда адрес делится на X и Y. На пересечении этих элементов находятся элементы памяти, которые должны быть прочитаны.
Микросхемы памяти могут строиться на SRAM (статических) и DRAM (динамических).
В качестве статического элемента памяти (ЭП) обычно выступает статический триггер, а в качестве динамического ЭП используется электрический конденсатор внутри кремневого кристалла.
ОЗУ характеризуется объемом и быстродействием. ОЗУ в современных ЭВМ имеет модульную структуру. Сменные модули имеют различное конструктивное строение: SIM, ZIM, SIMM, DIMM. Увеличение объема ОЗУ связано с установкой дополнительных модулей, которые выпускаются в 30-контактном (30 pin) или 72-конктактном (72 pin) на 1,4,8,16,32,64 Мбайта. Время доступа к DRAM составляет 60-70 н.сек.
На производительность ЭВМ влияет тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали (СМ). Если тактовая частота не достаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения и наоборот.
Харак4теристикой производительности ОЗУ является пропускная способность, измеряемая в Мбайт/сек.
Микросхемы ПЗУ построены по принципу матричной структуры, но функции элементов памяти выполняют перемычки в виде полупроводниковых диодов. Процесс занесения информации в микросхемы ПЗУ называют программированием, а устройство – программатор.
СОЗУ пользуются для хранения не больших объемов информации, в результате скорость считывания уменьшается в 10-20 раз. СОЗУ строят на регистрах, они бывают адресные и без адресные. Регисторные структуры делятся на память магазинного типа и память с выборкой по содержанию.Структурная схема ОЗУЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР ЭВМ
Структура базового микропроцессора Микропроцессор (МП) составляет основу центрального процессора ПВМ. Это обрабатываемое устройство служит для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к основной памяти, внешним устройствам и для управления хода вычислительных процессов.
Существует большое число МП различающихся: названием, функциональными возможностями, структурой, исполнением. Основное различие – количество разрядов обрабатываемой информации.
К группе 8-битовых процессоров относятся:
31 I 8080 (INTEL) – Integrated Electonus
32 I 8085
33 фирма Zelog (z)
Наибольшее распространение получили:
34 I 80386
35 I 80486
Каждая следующая модификация имеет более расширенную систему команд и архитектурное строение (Например, в I 80486 появился встроенный сопроцессор). Все усовершенствования ставят с целью сделать ПЭВМ многофункциональными.Характеристика микропроцессора
Каждый МП имеет свое наименование, тактовую частоту, ICOMP – показывает стандарт, разрядность шины данных, адресуемая память, т.е. разрядность шины адреса, наличие сопроцессора, потребляемая энергия, различные примечания.
Персональным ЭВМ фирмы INTEL аналогов МП (clone) являются фирмы:
1).Cyrix
2).AMD
Условно МП можно разделить на две части:
1).EU – исполнительный блок
2).BIU – устройство сопряжения СМ
В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистр общего назначения.
Во втором составляет адресные регистры.
Семейство МП фирмы INTEL имеет базовую систему команд, в которую входит:
1. Команды пересылки данных.
2. Арифметические данные.
3. Логические команды.
4. Команды обработки строковых данных.
5. Команды передачи управления.
6. Команды управления.
Работой МП управляет программа, записанная в ОП ЭВМ. Особое место занимает организация прерываний. Программа оболочки прерываний могут находиться в различных частях ОП, и имеет разное управление для разных DOS.УПРАВЛЕНИЕ ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИПринципы управления Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операция ввода, а передача из ЭВМ – операция вывода.
При разработке системы ввода/вывода решают проблемы:
1).Обеспечить возможность реализации машин с переменным составом оборудования.
2).Необходимо реализовать одновременную работу процессора над программой и выполнения процедур ввода/вывода.
3).Упростить для пользователя работу с устройствами ввода/вывода. Первый шаг в решении этих проблем был сделан при разработки ЭВМ второго поколения, когда впервые была обеспеченность автономной работе внешних устройств (интерфейс).
Интерфейс – устройство соединения центральных и периферийных устройств (устр. сопряжения).
Стандартизация интерфейса привела к возможности гибко изменять структуру ЭВМ. Затем появилась концепция виртуальных устройств позволяющая совмещать различных типов ЭВМ ОС. Дальнейшее развитие интерфейсов потребовало созданию новых устройств (сканер) и как следствие возникла необходимость распознавания, идентификации, преобразования из графического вида в символьный. Анализ снимков из космоса потребовал автоматической системы наблюдаемых объектов. Все это привело к тому, что во внешнее устройство встраивали память. В машинах 5-поколения заложено интеллектуализация и общение.
Все это легло в основу совершенствования систем сопряжения. Для создания такого интерфейса требуется:
1).Специальные управляющие сигналы и их последовательность.
2).Устройство сопряжения
3).Линии связи.
4).Программа, реализующая обмен.
Интерфейсом называется комплекс линий и шин, сигналов, электрических схем, алгоритмов и программ, предназначенных для осуществления обмена информации.
В зависимости от типов соединительных устройств различают:
1. Внутренний интерфейс
2. Интерфейс ввода/вывода
3. Интерфейсы межмашинного обмена
4. Интерфейс человек-машина.
Для каждого интерфейса характерно наличие специального комплекса. Внутренний интерфейс делается параллельным или последовательно-параллельным.
При использовании программно-технических средств интерфейсы ввода/вывода делятся на:
36 физические
37 логические. В зависимости от степени участия ЦП в управлении, различают:
1).Режим сканирования (асинхронный)
2).Синхронный режим
3).Прямой доступ к памяти.
Режим сканирования предусматривает опрос ЦП периферийного устройства. Режим сканирования прост, но имеет недостатки:
38 процессор постоянно занят и не может выполнять другую работу
39 при большом быстродействии периферийных устройств, процессор не успевает обработать информацию.
В синхронном режиме ЦП запрашивает периферийные устройства, но не ждет ответа, а выполняет другую работу.
bukvasha.ru
Структура, архитектура ЭВМ, систем и сетей.
Лекции: к.т.н., доц. Шарнов Александр Иванович.
Практика: Ивакин Константин Николаевич.
ВВЕДЕНИЕ
Россия стоит на пути исторической необходимости перехода на новый уровень общественного и экономического развития, определяемыми жестокими требованиями рыночной экономики. Речь идет о пути формирования информационного общества. Материальная база информационного общества является информационная экономика. Основы информационной экономики составляет создание и потребление информационных ресурсов или информационных ценностей.
Основные особенности информационной экономики:
1).Главной формой накопления является накопление знаний и другой полезной информации.
2).Это изменение характера производства процессов в основных областях.
3).Экономически оправданным является мелкосерийное и индивидуальное производство.
4).Резкое возрастание скорости экономических процессов.
5).Усиление интеграционных процессов.
Развитые страны мира стали на путь информационной экономики в 70 годах.
Такой путь имели следующие моменты:
1).Превышение суммарных затрат, чисто информационной базы над другими отраслями.
2).Возрастание доли не вещественных затрат.
3).Формирование глобальных коммуникаций сети общества.
4).Увеличение в производстве до 50% населения занятые информационной обработкой.
ПРИНЦИПЫ ПОСТОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРА ЭВМ.
ЭВМ, компьютер – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Требования пользователей к выполнению вычислительных работ определяется подбором и настройкой технических и программных средств объединенных в одну структуру.
Структура ЭВМ – это совокупность ее элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств.Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.
Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники:
1. Инженеры (схема техники) – проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы сопряжения друг с другом.
2. Системные программисты – создают программы управления техническими средствами, информационного распределения между уровнями, организацию вычислительного процесса.
3. Прикладные программисты – разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ и необходимый для этого сервис.
4. Специалисты по эксплуатации ЭВМ – занимаются общими вопросами взаимодействия пользователя с ЭВМ.
Содержание знаний и умений специалистов по ПО и его эксплуатации составляют:
1) Технические и эксплуатационные характеристики.
2) Производительность ЭВМ – объем работ осуществляющих ЭВМ в единицу времени.
3) Емкость запоминающих устройств: ОЗУ и ДЗУ.
4) Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.
5) Точность – это возможность различать почти равные значения.
6) Достоверность – это свойство информации быть правильно воспринятой.
Классификация ЭВМ
Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали системы квалификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации:
1. Классификация ЭВМ по форме представления величин вычислительной машины делят на:
— аналоговые (непрерывного действия) АВМ
— цифровые (дискретного действия) ЦВМ
— аналого-цифровые (гибридные) ГВМ
В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота.
В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные ЦВМ.2. Классификация ЭВМ по поколениям (по элементарной базе):
— Первое поколение (50г.): ЭВМ на электронных вакуумных лампах.
— Второе поколение (60г.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).
— Третье поколение (70г.): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой степенью интеграции.
— Четвертое поколение (80г.): ЭВМ на больших интегральных схемах.
— Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах.
— Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Интегральная схема – электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.
3. Классификация ЭВМ по мощности (быстродействию):
1).Супер-ЭВМ – машины для крупно-маштабных задач (фирма IBM).
2).Большие ЭВМ – машины для территориальных, региональных задач.
3).Средние ЭВМ – машины очень широкого распространения.
4).Малые ЭВМ.
5).ПЭВМ (персональные ЭВМ).
6).Микро ЭВМ и микропроцессоры.
7).Сети ЭВМ.
Общие принципы построения современных ЭВМ.
Основным принципом построения ЭВМ является программное управление, в основе которого лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
Алгоритм – это конечный набор предписаний, определяющий решения задачи посредством конечного количества операций (ISO 2382/1-84 международный стандарт).
Программа – это упорядоченное последовательность команд подлежащих обработки.
Принцип программного управления может быть осуществлен разными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ был представлен в 1945 году Нейманом. Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления отражает характер действия человека по алгоритму.
программы потоки
и исходные информации
данные
Обобщенная структура ЭВМ Джен Фон Неймана первого и второго поколений
УПД – устройство подготовки данных.
УВС – устройство ввода.
АЛУ – арифметико-логическое устройство.
УУ – устройство управления.
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.
ДЗУ – длительно запоминающее устройство
ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.
УВ – устройство вывода.
ЗУ+АЛУ+УУ – процессор.
Любая ЭВМ имеет устройство ввода информации, с помощью которого в ЭВМ вводят программы решения задач и данные к ним.
ОЗУ – предназначено для оперативного запоминания программы хранящейся в исполнении.
ВЗУ – предназначено для долговременного хранения информации.
Кэш-память – промежуточная память между ОЗУ и ВЗУ.
УУ – предназначено для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.
АЛУ – выполняет арифметические и логические операции над данными. Основой АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят: сумматоры, счетчики, логические операции.Классическая структура ЭВМ с переходом на БИС (большие интегральные схемы) перешла в понятие архитектура ЭВМ.
Устройства
сопряжения
Обобщенная архитектура третьего и четвертого поколений
В ЭВМ третьего поколения усложнение структуры произошло за счет разделения процессов ввода/вывода информации, и ее обработки. Появляется понятие процессор, где неразрывно связаны СОЗУ (сверх оперативное устройство), АЛУ и УУ. Появляется понятие каналы ввода/вывода, которые делят на мультиплексные (МК) и селекторные (СК) каналы.
МК – предназначены обслуживать большое количество медленно-скоростных устройств.
СК – обслуживают высокоскоростные, отдельные устройства.
Применительно к ПЭВМ архитектура приняла упрощенный вид архитектуры малых машин (принцип открытой архитектуры, где главным элементом является системная магистраль). Ядро ПЭВМ образует процессор и основная память. Подключение всех остальных устройств осуществляется через адаптеры (устройства сопряжения).
Обобщенная архитектура ПЭВМ
Структурная схема ПК
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ.
Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ
ЭВМ кроме аппаратурной части и ПО (Hard Ware и Soft Ware) имеет большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде:
1).Арифметические коды.2).Помехозащищенные коды.
3).Цифровые коды аналоговых величин.
Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние:
— алгоритмы их формирования и обработки
— технологии выполнения различных процедур
— способы организации работы различных устройств
— организация системы прерывания.
Функциональную организацию ЭВМ образуют: коды, системы команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействие Hard и Soft, способы использования устройств при организации их совместной работе, составляющие идеологию функционирования ЭВМ.
Идеологию функционирования ЭВМ можно реализовать разными способами:
1).Аппаратурными
2).Программно-аппаратурными
3).Программными средствами.
Таким образом, реализация функций ЭВМ дополняет ее структурную организацию. Сопоставление структур ЭВМ дополненных функциональной структурой приводит к понятию совместимых и не совместимых ЭВМ.
Организация функционирования ЭВМ с могестральной структурой
ЭВМ – это совокупность устройств выполненных на больших интегральных схемах имеющих функционированное назначение.
Комплект интегральных схем называют микропроцессорным комплектом.
В состав микропроцессорного комплекта входят:
— системный таймер
— микропроцессор
— сопроцессоры (организация математических процессов)
— контроллер прерываний
— контроллер прямого доступа к памяти
— контроллеры устройств ввода/вывода.
Все устройства ЭВМ делятся на:
1).Центральные (полностью электронные БИС).
2).Периферийные (частично-электронные, частично-электромеханические с электронным управлением).
В центральных устройствах основным устройством является системная шина (системная магистраль).
Системная магистраль состоит из трех узлов:
1).Шина данных (ШД)
2).Шина адреса (ША)3).Шина управления (ШУ).
В состав системной магистрали входят также: регистры защелки, шинные арбитры.
Интерфейс системной шины – это логика работы системной магистрали, количество линий (разрядов) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций.
В состав центральных устройств ЭВМ входят:
— центральный процессор
— основная память
— ряд дополнительных узлов выполняющих служебные функции
— контроллер прерываний
— контроллер прямого доступа к памяти
— таймер.
Периферийные устройства делятся на:
— внешнее запоминающее устройство (НЖМД – носитель жесткий магнитный диск, НГМД – носитель гибкий магнитный диск)
— УВв
— ???
— ?????
— ???
Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя
Один из «прозрачных» процессов машины – это организация ввода, преобразование и отображение результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная программистом на алгоритмическом языке называется исходным модулем.
Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программа translator. Он делится на: компилятор и интерпретатор.
Интерпретатор – после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно его исполняет.
Компилятор – сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык, затем его исполняет.
Объектный модуль – машинный язык.
Полученный объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.
Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены недостающие программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняет программа редактор связи. В результате образуется загрузочный модуль.
Исполнение загрузочного модуля осуществляется программой – загрузчиком.Операционная система (ОС) – выполняет функцию управления.
СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ
Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть машинных ресурсов. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом, но может производиться и ОС. Выделение ресурсов перед выполнением программы называется статическим перемещением, в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.
Если ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называется динамическим перемещением, здесь программа не привязана к определенному месту.
При статическом перемещении возможны два случая:
1).Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса. Эта загружаемая программа называется абсолютной программой.
2).Реальная память меньше требуемого адресного пространства. В этом случае возникает проблема организации выполнения программ.
Существует несколько методов решения этой проблемы:
— метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере необходимости.
— Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к исполнению по нескольким обращениям.
В мультипрограммном режиме имеются программы. А, В, С. При работе в мультипрограммном режиме может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска.
Виртуальная память
Реальную память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режим виртуальной памяти.
Виртуальной памятью называется теоретически доступная ОП объем, которой определяется только адресной частью команды.Виртуальная память имеет сигментоно-страничную организацию и реализована в иерархической системе ЭВМ. Часть ее размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней памяти. Записываемая область во внешней страничке памяти называется ячейкой или слотом. Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти.
Загрузить программу в виртуальную память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в основную.
Система прерываний ЭВМ
ЭВМ – это комплекс автономных устройств каждое, из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимого от других устройств.
Включает в работу центральный процессор (ЦП), передавая устройству команды и необходимые параметры. Таким образом, ЦП переключает свое «внимание» поочередно с устройства на устройство. Для того чтобы ЦП работал, создана система прерываний.
Принцип действия системы прерываний заключается в том, что при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержание регистра.
Прерывания делят на три типа:
— аппаратурные
— логические
— программные
ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ
Основная память и состав устройства
Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих функции памяти.
ЗУ делят на:
1).Основную память (ОП)
2).Сверх оперативная память (СОЗУ)
3).Внешняя память (ВЗУ)
ОП включает в себя два типа устройств:
— ОЗУ (RAM – random aces memory)
— ПЗУ (ROM – read only memory)
ОЗУ – предназначено для хранения переменной информации.
ПЗУ – содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислений.Функциональные возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ – энергонезависимо и имеет большее быстродействие.
В современных ЭВМ микросхемы памяти изготовляют из кремния по полупроводниковой технологии, с высокой интеграцией элементов на кристалле.
Основной составной частью микропроцессора является массив элементов памяти объединенных в матрицу накопителя. Каждый элемент памяти может хранить 1 бит памяти. Каждый бит имеет свой адрес в ЗУ, позволяющий обращаться по адресу к любому элементу памяти – называется ЗУ с произвольным доступом.
2 байта — полуслово
4 байта – слово
8 байт – двойное слово
переменной длины
При матричной ориентации памяти реализуется координатный принцип адресации элементов памяти, когда адрес делится на X и Y. На пересечении этих элементов находятся элементы памяти, которые должны быть прочитаны.
Микросхемы памяти могут строиться на SRAM (статических) и DRAM (динамических).
В качестве статического элемента памяти (ЭП) обычно выступает статический триггер, а в качестве динамического ЭП используется электрический конденсатор внутри кремневого кристалла.
ОЗУ характеризуется объемом и быстродействием. ОЗУ в современных ЭВМ имеет модульную структуру. Сменные модули имеют различное конструктивное строение: SIM, ZIM, SIMM, DIMM. Увеличение объема ОЗУ связано с установкой дополнительных модулей, которые выпускаются в 30-контактном (30 pin) или 72-конктактном (72 pin) на 1,4,8,16,32,64 Мбайта. Время доступа к DRAM составляет 60-70 н.сек.
На производительность ЭВМ влияет тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали (СМ). Если тактовая частота не достаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения и наоборот.
Харак4теристикой производительности ОЗУ является пропускная способность, измеряемая в Мбайт/сек.
Микросхемы ПЗУ построены по принципу матричной структуры, но функции элементов памяти выполняют перемычки в виде полупроводниковых диодов. Процесс занесения информации в микросхемы ПЗУ называют программированием, а устройство – программатор.СОЗУ пользуются для хранения не больших объемов информации, в результате скорость считывания уменьшается в 10-20 раз. СОЗУ строят на регистрах, они бывают адресные и без адресные. Регисторные структуры делятся на память магазинного типа и память с выборкой по содержанию.
Структурная схема ОЗУ
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР ЭВМ
Структура базового микропроцессора
Микропроцессор (МП) составляет основу центрального процессора ПВМ. Это обрабатываемое устройство служит для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к основной памяти, внешним устройствам и для управления хода вычислительных процессов.
Существует большое число МП различающихся: названием, функциональными возможностями, структурой, исполнением. Основное различие – количество разрядов обрабатываемой информации.К группе 8-битовых процессоров относятся:
— I 8080 (INTEL) – Integrated Electonus
— I 8085
— фирма Zelog (z)
Наибольшее распространение получили:
— I 80386
— I 80486
Каждая следующая модификация имеет более расширенную систему команд и архитектурное строение (Например, в I 80486 появился встроенный сопроцессор). Все усовершенствования ставят с целью сделать ПЭВМ многофункциональными.
Характеристика микропроцессора
Каждый МП имеет свое наименование, тактовую частоту, ICOMP – показывает стандарт, разрядность шины данных, адресуемая память, т.е. разрядность шины адреса, наличие сопроцессора, потребляемая энергия, различные примечания.
Персональным ЭВМ фирмы INTEL аналогов МП (clone) являются фирмы:
1).Cyrix
2).AMD
Условно МП можно разделить на две части:
1).EU – исполнительный блок
2).BIU – устройство сопряжения СМ
В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистр общего назначения.
Во втором составляет адресные регистры.
Семейство МП фирмы INTEL имеет базовую систему команд, в которую входит:
1. Команды пересылки данных.
2. Арифметические данные.
3. Логические команды.
4. Команды обработки строковых данных.
5. Команды передачи управления.
6. Команды управления.
Работой МП управляет программа, записанная в ОП ЭВМ. Особое место занимает организация прерываний. Программа оболочки прерываний могут находиться в различных частях ОП, и имеет разное управление для разных DOS.
УПРАВЛЕНИЕ ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИПринципы управления
Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операция ввода, а передача из ЭВМ – операция вывода .
При разработке системы ввода/вывода решают проблемы:
1).Обеспечить возможность реализации машин с переменным составом оборудования.
2).Необходимо реализовать одновременную работу процессора над программой и выполнения процедур ввода/вывода.
3).Упростить для пользователя работу с устройствами ввода/вывода.
Первый шаг в решении этих проблем был сделан при разработки ЭВМ второго поколения, когда впервые была обеспеченность автономной работе внешних устройств (интерфейс).
Интерфейс – устройство соединения центральных и периферийных устройств (устр. сопряжения).
Стандартизация интерфейса привела к возможности гибко изменять структуру ЭВМ. Затем появилась концепция виртуальных устройств позволяющая совмещать различных типов ЭВМ ОС. Дальнейшее развитие интерфейсов потребовало созданию новых устройств (сканер) и как следствие возникла необходимость распознавания, идентификации, преобразования из графического вида в символьный. Анализ снимков из космоса потребовал автоматической системы наблюдаемых объектов. Все это привело к тому, что во внешнее устройство встраивали память. В машинах 5-поколения заложено интеллектуализация и общение.
Все это легло в основу совершенствования систем сопряжения. Для создания такого интерфейса требуется:
1).Специальные управляющие сигналы и их последовательность.
2).Устройство сопряжения
3).Линии связи.
4).Программа, реализующая обмен.
Интерфейсом называется комплекс линий и шин, сигналов, электрических схем, алгоритмов и программ, предназначенных для осуществления обмена информации.
В зависимости от типов соединительных устройств различают:
1. Внутренний интерфейс
2. Интерфейс ввода/вывода
3. Интерфейсы межмашинного обмена
4. Интерфейс человек-машина.
Для каждого интерфейса характерно наличие специального комплекса.
Внутренний интерфейс делается параллельным или последовательно-параллельным.
При использовании программно-технических средств интерфейсы ввода/вывода делятся на:
— физические
— логические.
В зависимости от степени участия ЦП в управлении, различают:
1).Режим сканирования (асинхронный)
2).Синхронный режим
3).Прямой доступ к памяти.
Режим сканирования предусматривает опрос ЦП периферийного устройства. Режим сканирования прост, но имеет недостатки:
—
процессор постоянно занят и не может выполнять другую работу— при большом быстродействии периферийных устройств, процессор не успевает обработать информацию.
В синхронном режиме ЦП запрашивает периферийные устройства, но не ждет ответа, а выполняет другую работу.
www.ronl.ru
ЭВМ – это комплекс программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации.
Структура, архитектура ЭВМ, систем и сетей.
Лекции: к.т.н., доц. Шарнов Александр Иванович.
Практика: Ивакин Константин Николаевич.
Россия стоит на пути исторической необходимости перехода на новый уровень общественного и экономического развития, определяемыми жестокими требованиями рыночной экономики. Речь идет о пути формирования информационного общества. Материальная база информационного общества является информационная экономика. Основы информационной экономики составляет создание и потребление информационных ресурсов или информационных ценностей.
Основные особенности информационной экономики:
1).Главной формой накопления является накопление знаний и другой полезной информации.
2).Это изменение характера производства процессов в основных областях.
3).Экономически оправданным является мелкосерийное и индивидуальное производство.
4).Резкое возрастание скорости экономических процессов.
5).Усиление интеграционных процессов.
Развитые страны мира стали на путь информационной экономики в 70 годах.
Такой путь имели следующие моменты:
1).Превышение суммарных затрат, чисто информационной базы над другими отраслями.
2).Возрастание доли не вещественных затрат.
3).Формирование глобальных коммуникаций сети общества.
4).Увеличение в производстве до 50% населения занятые информационной обработкой.
ПРИНЦИПЫ ПОСТОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРА ЭВМ.
ЭВМ, компьютер – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Требования пользователей к выполнению вычислительных работ определяется подбором и настройкой технических и программных средств объединенных в одну структуру.
Структура ЭВМ – это совокупность ее элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств.
Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.
Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники:
1. Инженеры (схема техники) – проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы сопряжения друг с другом.
2. Системные программисты – создают программы управления техническими средствами, информационного распределения между уровнями, организацию вычислительного процесса.
3. Прикладные программисты – разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ и необходимый для этого сервис.
4. Специалисты по эксплуатации ЭВМ – занимаются общими вопросами взаимодействия пользователя с ЭВМ.
Содержание знаний и умений специалистов по ПО и его эксплуатации составляют:
1) Технические и эксплуатационные характеристики.
2) Производительность ЭВМ – объем работ осуществляющих ЭВМ в единицу времени.
3) Емкость запоминающих устройств: ОЗУ и ДЗУ.
4) Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.
5) Точность – это возможность различать почти равные значения.
6) Достоверность – это свойство информации быть правильно воспринятой.
Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали системы квалификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации:
1. Классификация ЭВМ по форме представления величин вычислительной машины делят на:
- аналоговые (непрерывного действия) АВМ
- цифровые (дискретного действия) ЦВМ
- аналого-цифровые (гибридные) ГВМ
В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота.
В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные ЦВМ.
2. Классификация ЭВМ по поколениям (по элементарной базе):
- Первое поколение (50г.): ЭВМ на электронных вакуумных лампах.
- Второе поколение (60г.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).
- Третье поколение (70г.): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой степенью интеграции.
- Четвертое поколение (80г.): ЭВМ на больших интегральных схемах.
- Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах.
- Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Интегральная схема – электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.
3. Классификация ЭВМ по мощности (быстродействию):
1).Супер-ЭВМ – машины для крупно-маштабных задач (фирма IBM).
2).Большие ЭВМ – машины для территориальных, региональных задач.
3).Средние ЭВМ – машины очень широкого распространения.
4).Малые ЭВМ.
5).ПЭВМ (персональные ЭВМ).
6).Микро ЭВМ и микропроцессоры.
7).Сети ЭВМ.
Общие принципы построения современных ЭВМ.
Основным принципом построения ЭВМ является программное управление, в основе которого лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
Алгоритм – это конечный набор предписаний, определяющий решения задачи посредством конечного количества операций (ISO 2382/1-84 международный стандарт).
Программа – это упорядоченное последовательность команд подлежащих обработки.
Принцип программного управления может быть осуществлен разными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ был представлен в 1945 году Нейманом. Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления отражает характер действия человека по алгоритму.
|
|||
программы потоки
и исходные информации
данные
Обобщенная структура ЭВМ Джен Фон Неймана первого и второго поколений
УПД – устройство подготовки данных.
УВС – устройство ввода.
АЛУ – арифметико-логическое устройство.
УУ – устройство управления.
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.
ДЗУ – длительно запоминающее устройство
ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.
УВ – устройство вывода.
ЗУ+АЛУ+УУ – процессор.
Любая ЭВМ имеет устройство ввода информации, с помощью которого в ЭВМ вводят программы решения задач и данные к ним.
ОЗУ – предназначено для оперативного запоминания программы хранящейся в исполнении.
ВЗУ – предназначено для долговременного хранения информации.
Кэш-память – промежуточная память между ОЗУ и ВЗУ.
УУ – предназначено для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.
АЛУ – выполняет арифметические и логические операции над данными. Основой АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят: сумматоры, счетчики, логические операции.
Классическая структура ЭВМ с переходом на БИС (большие интегральные схемы) перешла в понятие архитектура ЭВМ.
Устройства
сопряжения
Обобщенная архитектура третьего и четвертого поколений
В ЭВМ третьего поколения усложнение структуры произошло за счет разделения процессов ввода/вывода информации, и ее обработки. Появляется понятие процессор, где неразрывно связаны СОЗУ (сверх оперативное устройство), АЛУ и УУ. Появляется понятие каналы ввода/вывода, которые делят на мультиплексные (МК) и селекторные (СК) каналы.
МК – предназначены обслуживать большое количество медленно-скоростных устройств.
СК – обслуживают высокоскоростные, отдельные устройства.
Применительно к ПЭВМ архитектура приняла упрощенный вид архитектуры малых машин (принцип открытой архитектуры, где главным элементом является системная магистраль). Ядро ПЭВМ образует процессор и основная память. Подключение всех остальных устройств осуществляется через адаптеры (устройства сопряжения).
 |
||
 |
||
 |
|||
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ.
ЭВМ кроме аппаратурной части и ПО (Hard Ware и Soft Ware) имеет большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде:
1).Арифметические коды.
2).Помехозащищенные коды.
3).Цифровые коды аналоговых величин.
Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние:
- алгоритмы их формирования и обработки
- технологии выполнения различных процедур
- способы организации работы различных устройств
- организация системы прерывания.
Функциональную организацию ЭВМ образуют: коды, системы команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействие Hard и Soft, способы использования устройств при организации их совместной работе, составляющие идеологию функционирования ЭВМ.
Идеологию функционирования ЭВМ можно реализовать разными способами:
1).Аппаратурными
2).Программно-аппаратурными
3).Программными средствами.
Таким образом, реализация функций ЭВМ дополняет ее структурную организацию. Сопоставление структур ЭВМ дополненных функциональной структурой приводит к понятию совместимых и не совместимых ЭВМ.
ЭВМ – это совокупность устройств выполненных на больших интегральных схемах имеющих функционированное назначение.
Комплект интегральных схем называют микропроцессорным комплектом.
В состав микропроцессорного комплекта входят:
- системный таймер
- микропроцессор
- сопроцессоры (организация математических процессов)
- контроллер прерываний
- контроллер прямого доступа к памяти
- контроллеры устройств ввода/вывода.
Все устройства ЭВМ делятся на:
1).Центральные (полностью электронные БИС).
2).Периферийные (частично-электронные, частично-электромеханические с электронным управлением).
В центральных устройствах основным устройством является системная шина (системная магистраль).
Системная магистраль состоит из трех узлов:
1).Шина данных (ШД)
2).Шина адреса (ША)
3).Шина управления (ШУ).
В состав системной магистрали входят также: регистры защелки, шинные арбитры.
Интерфейс системной шины – это логика работы системной магистрали, количество линий (разрядов) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций.
В состав центральных устройств ЭВМ входят:
- центральный процессор
- основная память
- ряд дополнительных узлов выполняющих служебные функции
- контроллер прерываний
- контроллер прямого доступа к памяти
- таймер.
Периферийные устройства делятся на:
- внешнее запоминающее устройство (НЖМД – носитель жесткий магнитный диск, НГМД – носитель гибкий магнитный диск)
- УВв
- ???
- ?????
- ???
Один из «прозрачных» процессов машины – это организация ввода, преобразование и отображение результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная программистом на алгоритмическом языке называется исходным модулем.
Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программа translator. Он делится на: компилятор и интерпретатор.
Интерпретатор – после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно его исполняет.
Компилятор – сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык, затем его исполняет.
Объектный модуль – машинный язык.
Полученный объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.
Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены недостающие программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняет программа редактор связи. В результате образуется загрузочный модуль.
Исполнение загрузочного модуля осуществляется программой – загрузчиком.
Операционная система (ОС) – выполняет функцию управления.
СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ
Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть машинных ресурсов. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом, но может производиться и ОС. Выделение ресурсов перед выполнением программы называется статическим перемещением, в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.
Если ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называется динамическим перемещением, здесь программа не привязана к определенному месту.
При статическом перемещении возможны два случая:
1).Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса. Эта загружаемая программа называется абсолютной программой.
2).Реальная память меньше требуемого адресного пространства. В этом случае возникает проблема организации выполнения программ.
Существует несколько методов решения этой проблемы:
- метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере необходимости.
- Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к исполнению по нескольким обращениям.
В мультипрограммном режиме имеются программы. А, В, С. При работе в мультипрограммном режиме может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска.
Виртуальная память
Реальную память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режим виртуальной памяти.
Виртуальной памятью называется теоретически доступная ОП объем, которой определяется только адресной частью команды.
Виртуальная память имеет сигментоно-страничную организацию и реализована в иерархической системе ЭВМ. Часть ее размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней памяти. Записываемая область во внешней страничке памяти называется ячейкой или слотом. Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти.
Загрузить программу в виртуальную память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в основную.
Система прерываний ЭВМ
ЭВМ – это комплекс автономных устройств каждое, из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимого от других устройств.
Включает в работу центральный процессор (ЦП), передавая устройству команды и необходимые параметры. Таким образом, ЦП переключает свое «внимание» поочередно с устройства на устройство. Для того чтобы ЦП работал, создана система прерываний.
Принцип действия системы прерываний заключается в том, что при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержание регистра.
Прерывания делят на три типа:
- аппаратурные
- логические
- программные
ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ
Основная память и состав устройства
Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих функции памяти.
ЗУ делят на:
1).Основную память (ОП)
2).Сверх оперативная память (СОЗУ)
3).Внешняя память (ВЗУ)
ОП включает в себя два типа устройств:
- ОЗУ (RAM – random aces memory)
- ПЗУ (ROM – read only memory)
ОЗУ – предназначено для хранения переменной информации.
ПЗУ – содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислений.
Функциональные возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ – энергонезависимо и имеет большее быстродействие.
В современных ЭВМ микросхемы памяти изготовляют из кремния по полупроводниковой технологии, с высокой интеграцией элементов на кристалле.
Основной составной частью микропроцессора является массив элементов памяти объединенных в матрицу накопителя. Каждый элемент памяти может хранить 1 бит памяти. Каждый бит имеет свой адрес в ЗУ, позволяющий обращаться по адресу к любому элементу памяти – называется ЗУ с произвольным доступом.
 |
2 байта - полуслово
4 байта – слово
 |
8 байт – двойное слово
 |
переменной длины
При матричной ориентации памяти реализуется координатный принцип адресации элементов памяти, когда адрес делится на X и Y. На пересечении этих элементов находятся элементы памяти, которые должны быть прочитаны.
Микросхемы памяти могут строиться на SRAM (статических) и DRAM (динамических).
В качестве статического элемента памяти (ЭП) обычно выступает статический триггер, а в качестве динамического ЭП используется электрический конденсатор внутри кремневого кристалла.
ОЗУ характеризуется объемом и быстродействием. ОЗУ в современных ЭВМ имеет модульную структуру. Сменные модули имеют различное конструктивное строение: SIM, ZIM, SIMM, DIMM. Увеличение объема ОЗУ связано с установкой дополнительных модулей, которые выпускаются в 30-контактном (30 pin) или 72-конктактном (72 pin) на 1,4,8,16,32,64 Мбайта. Время доступа к DRAM составляет 60-70 н.сек.
На производительность ЭВМ влияет тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали (СМ). Если тактовая частота не достаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения и наоборот.
Харак4теристикой производительности ОЗУ является пропускная способность, измеряемая в Мбайт/сек.
Микросхемы ПЗУ построены по принципу матричной структуры, но функции элементов памяти выполняют перемычки в виде полупроводниковых диодов. Процесс занесения информации в микросхемы ПЗУ называют программированием, а устройство – программатор.
СОЗУ пользуются для хранения не больших объемов информации, в результате скорость считывания уменьшается в 10-20 раз. СОЗУ строят на регистрах, они бывают адресные и без адресные. Регисторные структуры делятся на память магазинного типа и память с выборкой по содержанию.
Структурная схема ОЗУ
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР ЭВМ
Структура базового микропроцессора
Микропроцессор (МП) составляет основу центрального процессора ПВМ. Это обрабатываемое устройство служит для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к основной памяти, внешним устройствам и для управления хода вычислительных процессов.
Существует большое число МП различающихся: названием, функциональными возможностями, структурой, исполнением. Основное различие – количество разрядов обрабатываемой информации.
К группе 8-битовых процессоров относятся:
- I 8080 (INTEL) – Integrated Electonus
- I 8085
- фирма Zelog (z)
Наибольшее распространение получили:
- I 80386
- I 80486
Каждая следующая модификация имеет более расширенную систему команд и архитектурное строение (Например, в I 80486 появился встроенный сопроцессор). Все усовершенствования ставят с целью сделать ПЭВМ многофункциональными.
Характеристика микропроцессора
Каждый МП имеет свое наименование, тактовую частоту, ICOMP – показывает стандарт, разрядность шины данных, адресуемая память, т.е. разрядность шины адреса, наличие сопроцессора, потребляемая энергия, различные примечания.
Персональным ЭВМ фирмы INTEL аналогов МП (clone) являются фирмы:
1).Cyrix
2).AMD
Условно МП можно разделить на две части:
1).EU – исполнительный блок
2).BIU – устройство сопряжения СМ
В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистр общего назначения.
Во втором составляет адресные регистры.
Семейство МП фирмы INTEL имеет базовую систему команд, в которую входит:
1. Команды пересылки данных.
2. Арифметические данные.
3. Логические команды.
4. Команды обработки строковых данных.
5. Команды передачи управления.
6. Команды управления.
Работой МП управляет программа, записанная в ОП ЭВМ. Особое место занимает организация прерываний. Программа оболочки прерываний могут находиться в различных частях ОП, и имеет разное управление для разных DOS.
УПРАВЛЕНИЕ ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ
Принципы управления
Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операция ввода, а передача из ЭВМ – операция вывода.
При разработке системы ввода/вывода решают проблемы:
1).Обеспечить возможность реализации машин с переменным составом оборудования.
2).Необходимо реализовать одновременную работу процессора над программой и выполнения процедур ввода/вывода.
3).Упростить для пользователя работу с устройствами ввода/вывода.
Первый шаг в решении этих проблем был сделан при разработки ЭВМ второго поколения, когда впервые была обеспеченность автономной работе внешних устройств (интерфейс).
Интерфейс – устройство соединения центральных и периферийных устройств (устр. сопряжения).
Стандартизация интерфейса привела к возможности гибко изменять структуру ЭВМ. Затем появилась концепция виртуальных устройств позволяющая совмещать различных типов ЭВМ ОС. Дальнейшее развитие интерфейсов потребовало созданию новых устройств (сканер) и как следствие возникла необходимость распознавания, идентификации, преобразования из графического вида в символьный. Анализ снимков из космоса потребовал автоматической системы наблюдаемых объектов. Все это привело к тому, что во внешнее устройство встраивали память. В машинах 5-поколения заложено интеллектуализация и общение.
Все это легло в основу совершенствования систем сопряжения. Для создания такого интерфейса требуется:
1).Специальные управляющие сигналы и их последовательность.
2).Устройство сопряжения
3).Линии связи.
4).Программа, реализующая обмен.
Интерфейсом называется комплекс линий и шин, сигналов, электрических схем, алгоритмов и программ, предназначенных для осуществления обмена информации.
В зависимости от типов соединительных устройств различают:
1. Внутренний интерфейс
2. Интерфейс ввода/вывода
3. Интерфейсы межмашинного обмена
4. Интерфейс человек-машина.
Для каждого интерфейса характерно наличие специального комплекса.
 |
Внутренний интерфейс делается параллельным или последовательно-параллельным.
При использовании программно-технических средств интерфейсы ввода/вывода делятся на:
- физические
- логические.
 |
В зависимости от степени участия ЦП в управлении, различают:
1).Режим сканирования (асинхронный)
2).Синхронный режим
3).Прямой доступ к памяти.
Режим сканирования предусматривает опрос ЦП периферийного устройства. Режим сканирования прост, но имеет недостатки:
- процессор постоянно занят и не может выполнять другую работу
- при большом быстродействии периферийных устройств, процессор не успевает обработать информацию.
В синхронном режиме ЦП запрашивает периферийные устройства, но не ждет ответа, а выполняет другую работу.
www.referatmix.ru
Количество просмотров публикации Общие принципы построения современных ЭВМ. - 894
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В корне его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
“Алгоритм - конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций”. “Программа ( для ЭВМ) - упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке” (стандарт ISO 2382/1-84). Следует заметить, что строгого, однозначного определения алгоритма, равно как и однозначных методов его преобразования в программу вычислений, не существует. Принцип программного управления должна быть осуществлен различными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон Нейманом в 1945 ᴦ. при построении еще первых образцов ЭВМ. Суть его состоит в следующем.
Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды - переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.
Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов. Информация (командная и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.) кодируется двоичными цифрами 0 и 1. По этой причине различные типы информации, размещенные в памяти ЭВМ, практически неразличимы, идентификация их возможна лишь при выполнении программы, согласно ее логике, по контексту.
Каждый тип информации имеет форматы - структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами 0 и 1. Обычно все форматы данных, используемые в ЭВМ, кратны байту, ᴛ.ᴇ. состоят из целого числа байтов.
Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, принято называть полем. К примеру, в каждой команде программы различают поле кода операций, поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие разряды.
Последовательность, состоящая из определенного принятого для данной ЭВМ числа байтов, принято называть словом. Для больших ЭВМ размер слова составляет четыре байта͵ для ПЭВМ - два байта. В качестве структурных элементов информации различают также полуслово, двойное слово и др.
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения информации, где преобразуется в специальный программный объект - файл. “Файл - идентифицированная совокупность экземпляров полностью описанного в конкретной программе типа данных, находящихся вне программы во внешней памяти и доступных программе посредством специальных операций (ГОСТ 20866 - 85)”.
Рис. 1.1. Структурная схема ЭВМ первого и второго поколений.
При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится в ОЗУ. Далее программная информация команда за командой считывается в устройство управления (УУ).
Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ. Цепи сигналов управления показаны на рис. 1.1. штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления: определяются код операции, которую крайне важно выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции.
Учитывая зависимость отколичества используемых в команде операндов различаются одно-, двух-, трехадресные и безадресные команды. В одноадресных командах указывается, где находится один из двух обрабатываемых операндов. Второй операнд должен быть помещен заранее в арифметическое устройство (для этого в систему команд вводятся специальные команды пересылки данных между устройствами).
Двухадресные команды содержат указания о двух операндах, размещаемых в памяти (или в регистрах и памяти). После выполнения команды в один из этих адресов засылается результат, а находившийся там операнд теряется.
В трехадресных командах обычно два адреса указывают, где находятся исходные операнды, а третий - куда крайне важно поместить результат.
В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и после операции находится на одном из регистров арифметико-логического устройства (АЛУ). Вместе с тем, безадресные команды используются для выполнения служебных операций (очистить экран, заблокировать клавиатуру, снять блокировку и др.).
Все команды программы выполняются последовательно, команда за командой, в том порядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования команд). Этот порядок характерен для линейных программ, ᴛ.ᴇ. программ, не содержащих разветвлений. Для организации ветвлений используются команды, нарушающие естественный порядок следования команд. Отдельные признаки результатов r(r = 0, r < 0, r > 0 и др.) устройство управления использует для изменения порядка выполнения команд программы.
АЛУ выполняет арифметические и логические операции над данными. Основной частью АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят сумматоры, счетчики, регистры, логические преобразователи и др. Размещено на реф.рфОно каждый раз перенастраивается на выполнение очередной операции. Результаты выполнения отдельных операций сохраняются для последующего использования на одном из регистров АЛУ или записываются в память. Результаты, полученные после выполнения всей программы вычислений, передаются на устройства вывода (УВыв) информации. В качестве УВыв могут использоваться экран дисплея, принтер, графопостроитель и др.
Современные ЭВМ имеют достаточно развитые системы машинных операций. К примеру, ЭВМ типа IBM PC имеют около 200 различных операций (170 - 230 исходя из типа микропроцессора). Любая операция в ЭВМ выполняется по определенной микропрограмме, реализуемой в схемах АЛУ соответствующей последовательностью сигналов управления (микрокоманд). Каждая отдельная микрокоманда - это простейшее элементарное преобразование данных типа алгебраического сложения, сдвига, перезаписи информации и т.п.
Уже в первых ЭВМ для увеличения их производительности широко применялось совмещение операций. При этом последовательные фазы выполнения отдельных команд программы (формирование адресов операндов, выборка операндов, выполнение операции, отсылка результата) выполнялись отдельными функциональными блоками. В своей работе они образовывали своеобразный конвейер, а их параллельная работа позволяла обрабатывать различные фазы целого блока команд. Этот принцип получил дальнейшее развитие в ЭВМ следующих поколений. Но все же первые ЭВМ имели очень сильную централизацию управления, единые стандарты форматов команд и данных, “жесткое” построение циклов выполнения отдельных операций, что во многом объясняется ограниченными возможностями используемой в них элементной базы. Центральное УУ обслуживало не только вычислительные операции, но и операции ввода-вывода, пересылок данных между ЗУ и др. Размещено на реф.рфВсе это позволяло в какой-то степени упростить аппаратуру ЭВМ, но сильно сдерживало рост их производительности.
В ЭВМ третьего поколения произошло усложнение структуры за счёт разделения процессов ввода-вывода информации и ее обработки (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Структурная схема ЭВМ третьего поколения
Сильносвязанные устройства АЛУ и УУ получили название процессор, ᴛ.ᴇ. устройство, предназначенное для обработки данных. В схеме ЭВМ появились также дополнительные устройства, которые имели названия: процессоры ввода-вывода, устройства управления обменом информацией, каналы ввода-вывода (КВВ). Последнее название получило наибольшее распространение применительно к большим ЭВМ. Здесь наметилась тенденция к децентрализации управления и параллельной работе отдельных устройств, что позволило резко повысить быстродействие ЭВМ в целом.
Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способные обслуживать большое количество медленно работающих устройств ввода-вывода (УВВ), и селекторные каналы, обслуживающие в многоканальных режимах скоростные внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
В персональных ЭВМ, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, произошло дальнейшее изменение структуры (рис. 1.3). Οʜᴎ унаследовали ее от мини-ЭВМ.
Рис. 1.3. Структурная схема ПЭВМ
Соединение всех устройств в единую машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии передачи данных, адресов, сигналов управления и питания. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее еще более децентрализованной. Все передачи данных по шине реализуются под управлением сервисных программ.
Ядро ПЭВМ образуют процессор и основная память (ОП), состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто используемых программ управления. Подключение всех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других обеспечивается через соответствующие адаптеры - согласователи скоростей работы сопрягаемых устройств или контроллеры - специальные устройства управления периферийной аппаратурой. Контроллеры в ПЭВМ играют роль каналов ввода-вывода. В качестве особых устройств следует выделить таймер - устройство измерения времени и контроллер прямого доступа к памяти (КПД) - устройство, обеспечивающее доступ к ОП, минуя процессор.
Способ формирования структуры ПЭВМ является достаточно логичным и естественным стандартом для данного класса ЭВМ.
Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ:
Модульность построения, магистральность, иерархия управления.
Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточно автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске).
Модульная конструкция ЭВМ делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию. К ЭВМ можно подключать дополнительные устройства, улучшая ее технические и экономические показатели. Появляется возможность увеличения вычислительной мощности, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователей.
В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры). Появились вычислительные системы, содержащие несколько вычислителей (ЭВМ или процессоры), работающие согласованно и параллельно. Внутри самой ЭВМ произошло еще более резкое разделение функций между средствами обработки. Появились отдельные специализированные процессоры, к примеру сопроцессоры, выполняющие обработку чисел с плавающей точкой, матричные процессоры и др.
Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают старшие и младшие модели. Всегда имеется возможность замены более слабой модели на более мощную. Это обеспечивается информационной, аппаратурной и программной совместимостью. Программная совместимость в семействах устанавливается по принципу снизу-вверх, ᴛ.ᴇ. программы, разработанные для ранних и младших моделей, могут обрабатываться и на старших, но не обязательно наоборот.
Модульность структуры ЭВМ требует стандартизации и унификации оборудования, номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения - интерфейсов, конструктивных решений, унификации типовых элементов замены, элементной базы и нормативно-технической документации. Все это способствует улучшению технических и эксплуатационных характеристик ЭВМ, росту технологичности их производства.
Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры ЭВМ. Централизованное управление осуществляет устройство управления главного, или центрального, процессора. Подключаемые к центральному процессору модули (контроллеры и КВВ) могут, в свою очередь, использовать специальные шины или магистрали для обмена управляющими сигналами, адресами и данными. Инициализация работы модулей обеспечивается по командам центральных устройств, после чего они продолжают работу по собственным программам управления. Результаты выполнения требуемых операций представляются ими “вверх по иерархии” для правильной координации всех работ.
Иерархический принцип построения и управления характерен не только для структуры ЭВМ в целом, но и для отдельных ее подсистем. К примеру, по этому же принципу строится система памяти ЭВМ.
Так, с точки зрения пользователя желательно иметь в ЭВМ оперативную память большой информационной емкости и высокого быстродействия. При этом одноуровневое построение памяти не позволяет одновременно удовлетворять этим двум противоречивым требованиям. По этой причине память современных ЭВМ строится по многоуровневому, пирамидальному принципу.
В состав процессоров может входить сверхоперативное запоминающее устройство небольшой емкости, образованное несколькими десятками регистров с быстрым временем доступа (единицы нс). Здесь обычно хранятся данные, непосредственно используемые в обработке.
Следующий уровень образует кэш-память или память блокнотного типа. Она представляет собой буферное запоминающее устройство, предназначенное для хранения активных страниц объёмом десятки и сотни Кбайтов. Время обращения к данным составляет 10-20 нс, при этом может использоваться ассоциативная выборка данных. Кэш-память, как более быстродействующая ЗУ, предназначается для ускорения выборки команд программы и обрабатываемых данных. Сами же программы пользователей и данные к ним размещаются в оперативном запоминающем устройстве (емкость - миллионы машинных слов, время выборки - до 100 нс).
Часть машинных программ, обеспечивающих автоматическое управление вычислениями и используемых наиболее часто, может размещаться в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). На более низких уровнях иерархии находятся внешние запоминающие устройства на магнитных носителях: на жестких и гибких магнитных дисках, магнитных лентах, магнитооптических дисках и др. Размещено на реф.рфИх отличает более низкое быстродействие и очень большая емкость.
Организация заблаговременного обмена информационными потоками между ЗУ различных уровней при децентрализованном управлении ими позволяет рассматривать иерархию памяти как единую абстрактную кажущуюся (виртуальную) память. Согласованная работа всех уровней обеспечивается под управлением программ операционной системы. Пользователь имеет возможность работать с памятью, намного превышающей емкость ОЗУ.
Децентрализация управления и структуры ЭВМ позволила перейти к более сложным многопрограммным (мультипрограммным) режимам. При этом в ЭВМ одновременно может обрабатываться несколько программ пользователей.
В ЭВМ, имеющих один процессор, многопрограммная обработка является кажущейся. Она предполагает параллельную работу отдельных устройств, задействованных в вычислениях по различным задачам пользователей. К примеру, компьютер может производить распечатку каких-либо документов и принимать сообщения, поступающие по каналам связи. Процессор при этом может производить обработку данных по третьей программе, а пользователь - вводить данные или программу для новой задачи, слушать музыку и т.п.
В ЭВМ или вычислительных системах, имеющих несколько процессоров обработки, многопрограммная работа должна быть более глубокой. Автоматическое управление вычислениями предполагает усложнение структуры за счёт включения в ее состав систем и блоков, разделяющих различные вычислительные процессы друг от друга, исключающие возможность возникновения взаимных помех и ошибок (системы прерываний и приоритетов, защиты памяти). Самостоятельного значения в вычислениях они не имеют, но являются необходимым элементом структуры для обеспечения этих вычислений.
Как видно, полувековая история развития ЭВТ дала не очень широкий спектр базовых структур ЭВМ. Все приведенные структуры не выходят за пределы классической структуры фон Неймана. Их объединяют следующие Традиционные признаки:
- ядро ЭВМ образует процессор - единственный вычислитель в структуре, дополненный каналами обмена информацией и памятью;
- линейная организация ячеек всех видов памяти фиксированного размера;
- одноуровневая адресация ячеек памяти, стирающая различия между всеми типами информации;
- внутренний машинный язык низкого уровня, при котором команды содержат элементарные операции преобразования простых операндов;
- последовательное централизованное управление вычислениями;
- достаточно примитивные возможности устройств ввода-вывода.
referatwork.ru
Структура, архитектура ЭВМ, систем и сетей.
Лекции: к.т.н., доц. Шарнов Александр Иванович.
Практика: Ивакин Константин Николаевич.
ВВЕДЕНИЕ
Россия стоит на пути исторической необходимости перехода на новый уровень общественного и экономического развития, определяемыми жестокими требованиями рыночной экономики. Речь идет о пути формирования информационного общества. Материальная база информационного общества является информационная экономика. Основы информационной экономики составляет создание и потребление информационных ресурсов или информационных ценностей.
Основные особенности информационной экономики:
1).Главной формой накопления является накопление знаний и другой полезной информации.
2).Это изменение характера производства процессов в основных областях.
3).Экономически оправданным является мелкосерийное и индивидуальное производство.
4).Резкое возрастание скорости экономических процессов.
5).Усиление интеграционных процессов.
Развитые страны мира стали на путь информационной экономики в 70 годах.
Такой путь имели следующие моменты:
1).Превышение суммарных затрат, чисто информационной базы над другими отраслями.
2).Возрастание доли не вещественных затрат.
3).Формирование глобальных коммуникаций сети общества.
4).Увеличение в производстве до 50% населения занятые информационной обработкой.
ПРИНЦИПЫ ПОСТОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРА ЭВМ.
ЭВМ, компьютер –это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Требования пользователей к выполнению вычислительных работ определяется подбором и настройкой технических и программных средств объединенных в одну структуру.
Структура ЭВМ –это совокупность ее элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств.Архитектура ЭВМ –это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.
Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники:
1. Инженеры (схема техники) – проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы сопряжения друг с другом.
2. Системные программисты – создают программы управления техническими средствами, информационного распределения между уровнями, организацию вычислительного процесса.
3. Прикладные программисты – разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ и необходимый для этого сервис.
4. Специалисты по эксплуатации ЭВМ – занимаются общими вопросами взаимодействия пользователя с ЭВМ.
Содержание знаний и умений специалистов по ПО и его эксплуатации составляют:
1) Технические и эксплуатационные характеристики.
2) Производительность ЭВМ – объем работ осуществляющих ЭВМ в единицу времени.
3) Емкость запоминающих устройств: ОЗУ и ДЗУ.
4) Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.
5) Точность – это возможность различать почти равные значения.
6) Достоверность – это свойство информации быть правильно воспринятой.
Классификация ЭВМ
Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали системы квалификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации:
1.Классификация ЭВМ по форме представления величинвычислительной машины делят на:
-аналоговые(непрерывного действия) АВМ
-цифровые(дискретного действия) ЦВМ
-аналого-цифровые(гибридные) ГВМ
В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота.
В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные ЦВМ.2.Классификация ЭВМ по поколениям (по элементарной базе):
-Первое поколение (50г.):ЭВМ на электронных вакуумных лампах.
-Второе поколение (60г.):ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).
-Третье поколение (70г.):ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой степенью интеграции.
-Четвертое поколение (80г.):ЭВМ на больших интегральных схемах.
-Пятое поколение (90):ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах.
-Шестое и последующие поколения:оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Интегральная схема –электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.
3.Классификация ЭВМ по мощности (быстродействию):
1).Супер-ЭВМ –машины для крупно-маштабных задач (фирма IBM).
2).Большие ЭВМ –машины для территориальных, региональных задач.
3).Средние ЭВМ –машины очень широкого распространения.
4).Малые ЭВМ.
5).ПЭВМ(персональные ЭВМ).
6).Микро ЭВМ и микропроцессоры.
7).Сети ЭВМ.
Общие принципы построения современных ЭВМ.
Основным принципом построения ЭВМ является программное управление, в основе которого лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
Алгоритм –это конечный набор предписаний, определяющий решения задачи посредством конечного количества операций (ISO 2382/1-84 международный стандарт).
Программа –это упорядоченное последовательность команд подлежащих обработки.
Принцип программного управления может быть осуществлен разными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ был представлен в 1945 году Нейманом. Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления отражает характер действия человека по алгоритму.
 |
программы потоки
и исходные информации
данные
Обобщенная структура ЭВМ Джен Фон Неймана первого и второго поколений
УПД – устройство подготовки данных.
УВС – устройство ввода.
АЛУ – арифметико-логическое устройство.
УУ – устройство управления.
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.
ДЗУ – длительно запоминающее устройство
ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.
УВ – устройство вывода.
ЗУ+АЛУ+УУ – процессор.
Любая ЭВМ имеет устройство ввода информации, с помощью которого в ЭВМ вводят программы решения задач и данные к ним.
ОЗУ –предназначено для оперативного запоминания программы хранящейся в исполнении.
ВЗУ –предназначено для долговременного хранения информации.
Кэш-память –промежуточная память между ОЗУ и ВЗУ.
УУ –предназначено для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.
АЛУ –выполняет арифметические и логические операции над данными. Основой АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят: сумматоры, счетчики, логические операции.Классическая структура ЭВМ с переходом на БИС (большие интегральные схемы) перешла в понятие архитектура ЭВМ.
Устройства
сопряжения
Обобщенная архитектура третьего и четвертого поколений
В ЭВМ третьего поколения усложнение структуры произошло за счет разделения процессов ввода/вывода информации, и ее обработки. Появляется понятие процессор, где неразрывно связаны СОЗУ (сверх оперативное устройство), АЛУ и УУ. Появляется понятие каналы ввода/вывода, которые делят намультиплексные(МК) иселекторные(СК) каналы.
МК –предназначены обслуживать большое количество медленно-скоростных устройств.
СК –обслуживают высокоскоростные, отдельные устройства.
Применительно к ПЭВМ архитектура приняла упрощенный вид архитектуры малых машин (принцип открытой архитектуры, где главным элементом является системная магистраль). Ядро ПЭВМ образует процессор и основная память. Подключение всех остальных устройств осуществляется через адаптеры (устройства сопряжения).
 | |
 | |
Обобщенная архитектура ПЭВМ
 |
Структурная схема ПК
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ.
Общие принципы функциональной и структурной организации ЭВМ
ЭВМ кроме аппаратурной части и ПО (Hard Ware и Soft Ware) имеет большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде:
1).Арифметические коды.2).Помехозащищенные коды.
3).Цифровые коды аналоговых величин.
Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние:
- алгоритмы их формирования и обработки
- технологии выполнения различных процедур
- способы организации работы различных устройств
- организация системы прерывания.
Функциональную организацию ЭВМ образуют: коды, системы команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействие Hard и Soft, способы использования устройств при организации их совместной работе, составляющие идеологию функционирования ЭВМ.
Идеологию функционирования ЭВМ можно реализовать разными способами:
1).Аппаратурными
2).Программно-аппаратурными
3).Программными средствами.
Таким образом, реализация функций ЭВМ дополняет ее структурную организацию. Сопоставление структур ЭВМ дополненных функциональной структурой приводит к понятию совместимых и не совместимых ЭВМ.
Организация функционирования ЭВМ с могестральной структурой
ЭВМ – это совокупность устройств выполненных на больших интегральных схемах имеющих функционированное назначение.
Комплект интегральных схем называют микропроцессорным комплектом.
В состав микропроцессорного комплекта входят:
- системный таймер
- микропроцессор
- сопроцессоры (организация математических процессов)
- контроллер прерываний
- контроллер прямого доступа к памяти
- контроллеры устройств ввода/вывода.
Все устройства ЭВМ делятся на:
1).Центральные (полностью электронные БИС).
2).Периферийные (частично-электронные, частично-электромеханические с электронным управлением).
В центральных устройствах основным устройством является системная шина (системная магистраль).
Системная магистраль состоит из трех узлов:
1).Шина данных (ШД)
2).Шина адреса (ША)3).Шина управления (ШУ).
В состав системной магистрали входят также: регистры защелки, шинные арбитры.
Интерфейс системной шины – это логика работы системной магистрали, количество линий (разрядов) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций.
В состав центральных устройств ЭВМ входят:
- центральный процессор
- основная память
- ряд дополнительных узлов выполняющих служебные функции
- контроллер прерываний
- контроллер прямого доступа к памяти
- таймер.
Периферийные устройства делятся на:
- внешнее запоминающее устройство (НЖМД – носитель жесткий магнитный диск, НГМД – носитель гибкий магнитный диск)
- УВв
- ???
- ?????
- ???
Организация работы ЭВМ при выполнении задания пользователя
Один из «прозрачных» процессов машины – это организация ввода, преобразование и отображение результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная программистом на алгоритмическом языке называетсяисходным модулем.
Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программаtranslator.Он делится на:компиляториинтерпретатор.
Интерпретатор –после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно его исполняет.
Компилятор –сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык, затем его исполняет.
Объектный модуль –машинный язык.
Полученный объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.
Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены недостающие программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняетпрограмма редактор связи.В результате образуетсязагрузочный модуль.
Исполнение загрузочного модуля осуществляетсяпрограммой – загрузчиком.Операционная система (ОС) – выполняет функцию управления.
СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ
Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть машинных ресурсов. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом, но может производиться и ОС. Выделение ресурсов перед выполнением программы называетсястатическим перемещением,в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.
Если ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называетсядинамическим перемещением, здесь программа не привязана к определенному месту.
При статическом перемещении возможны два случая:
1).Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса. Эта загружаемая программа называетсяабсолютной программой.
2).Реальная память меньше требуемого адресного пространства. В этом случае возникает проблема организации выполнения программ.
Существует несколько методов решения этой проблемы:
- метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере необходимости.
- Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к исполнению по нескольким обращениям.
В мультипрограммном режиме имеются программы. А, В, С. При работе в мультипрограммном режиме может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска.
Виртуальная память
Реальную память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режимвиртуальной памяти.
Виртуальной памятью называется теоретически доступная ОП объем, которой определяется только адресной частью команды.Виртуальная память имеет сигментоно-страничную организацию и реализована в иерархической системе ЭВМ. Часть ее размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней памяти. Записываемая область во внешней страничке памяти называетсяячейкойилислотом. Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти.
Загрузить программу в виртуальную память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в основную.
Система прерываний ЭВМ
ЭВМ – это комплекс автономных устройств каждое, из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимого от других устройств.
Включает в работу центральный процессор (ЦП), передавая устройству команды и необходимые параметры. Таким образом, ЦП переключает свое «внимание» поочередно с устройства на устройство. Для того чтобы ЦП работал, создана система прерываний.
Принцип действия системы прерываний заключается в том, что при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержание регистра.
Прерывания делят на три типа:
- аппаратурные
- логические
- программные
ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ
Основная память и состав устройства
Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих функции памяти.
ЗУ делят на:
1).Основную память (ОП)
2).Сверх оперативная память (СОЗУ)
3).Внешняя память (ВЗУ)
ОП включает в себя два типа устройств:
- ОЗУ (RAM – random aces memory)
- ПЗУ (ROM – read only memory)
ОЗУ – предназначено для хранения переменной информации.
ПЗУ – содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислений.Функциональные возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ – энергонезависимо и имеет большее быстродействие.
В современных ЭВМ микросхемы памяти изготовляют из кремния по полупроводниковой технологии, с высокой интеграцией элементов на кристалле.
Основной составной частью микропроцессора является массив элементов памяти объединенных в матрицу накопителя. Каждый элемент памяти может хранить 1 бит памяти. Каждый бит имеет свой адрес в ЗУ, позволяющий обращаться по адресу к любому элементу памяти – называется ЗУ с произвольным доступом.
 |
2 байта - полуслово
4 байта – слово
 |
8 байт – двойное слово
 |
переменной длины
При матричной ориентации памяти реализуется координатный принцип адресации элементов памяти, когда адрес делится на X и Y. На пересечении этих элементов находятся элементы памяти, которые должны быть прочитаны.
Микросхемы памяти могут строиться наSRAM(статических)иDRAM(динамических).
В качестве статического элемента памяти (ЭП) обычно выступает статический триггер, а в качестве динамического ЭП используется электрический конденсатор внутри кремневого кристалла.
ОЗУ характеризуется объемом и быстродействием. ОЗУ в современных ЭВМ имеет модульную структуру. Сменные модули имеют различное конструктивное строение: SIM, ZIM, SIMM, DIMM. Увеличение объема ОЗУ связано с установкой дополнительных модулей, которые выпускаются в 30-контактном (30 pin) или 72-конктактном (72 pin) на 1,4,8,16,32,64 Мбайта. Время доступа к DRAM составляет 60-70 н.сек.
На производительность ЭВМ влияет тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали (СМ). Если тактовая частота не достаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения и наоборот.
Харак4теристикой производительности ОЗУ является пропускная способность, измеряемая в Мбайт/сек.
Микросхемы ПЗУ построены по принципу матричной структуры, но функции элементов памяти выполняют перемычки в виде полупроводниковых диодов. Процесс занесения информации в микросхемы ПЗУ называютпрограммированием, а устройство –программатор.СОЗУ пользуются для хранения не больших объемов информации, в результате скорость считывания уменьшается в 10-20 раз. СОЗУ строят на регистрах, они бывают адресные и без адресные. Регисторные структуры делятся на память магазинного типа и память с выборкой по содержанию.
Структурная схема ОЗУ
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР ЭВМ
Структура базового микропроцессора
Микропроцессор (МП) составляет основу центрального процессора ПВМ. Это обрабатываемое устройство служит для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к основной памяти, внешним устройствам и для управления хода вычислительных процессов.
Существует большое число МП различающихся: названием, функциональными возможностями, структурой, исполнением. Основное различие – количество разрядов обрабатываемой информации.К группе 8-битовых процессоров относятся:
- I 8080 (INTEL) – Integrated Electonus
- I 8085
- фирма Zelog (z)
Наибольшее распространение получили:
- I 80386
- I 80486
Каждая следующая модификация имеет более расширенную систему команд и архитектурное строение (Например, в I 80486 появился встроенный сопроцессор). Все усовершенствования ставят с целью сделать ПЭВМ многофункциональными.
Характеристика микропроцессора
Каждый МП имеет свое наименование, тактовую частоту, ICOMP – показывает стандарт, разрядность шины данных, адресуемая память, т.е. разрядность шины адреса, наличие сопроцессора, потребляемая энергия, различные примечания.
Персональным ЭВМ фирмы INTEL аналогов МП (clone) являются фирмы:
1).Cyrix
2).AMD
Условно МП можно разделить на две части:
1).EU – исполнительный блок
2).BIU – устройство сопряжения СМ
В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистр общего назначения.
Во втором составляет адресные регистры.
Семейство МП фирмы INTEL имеет базовую систему команд, в которую входит:
1. Команды пересылки данных.
2. Арифметические данные.
3. Логические команды.
4. Команды обработки строковых данных.
5. Команды передачи управления.
6. Команды управления.
Работой МП управляет программа, записанная в ОП ЭВМ. Особое место занимает организация прерываний. Программа оболочки прерываний могут находиться в различных частях ОП, и имеет разное управление для разных DOS.
УПРАВЛЕНИЕ ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИПринципы управления
Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называетсяоперация ввода, а передача из ЭВМ –операция вывода.
При разработке системы ввода/вывода решают проблемы:
1).Обеспечить возможность реализации машин с переменным составом оборудования.
2).Необходимо реализовать одновременную работу процессора над программой и выполнения процедур ввода/вывода.
3).Упростить для пользователя работу с устройствами ввода/вывода.
Первый шаг в решении этих проблем был сделан при разработки ЭВМ второго поколения, когда впервые была обеспеченность автономной работе внешних устройств (интерфейс).
Интерфейс – устройство соединения центральных и периферийных устройств (устр. сопряжения).
Стандартизация интерфейса привела к возможности гибко изменять структуру ЭВМ. Затем появилась концепция виртуальных устройств позволяющая совмещать различных типов ЭВМ ОС. Дальнейшее развитие интерфейсов потребовало созданию новых устройств (сканер) и как следствие возникла необходимость распознавания, идентификации, преобразования из графического вида в символьный. Анализ снимков из космоса потребовал автоматической системы наблюдаемых объектов. Все это привело к тому, что во внешнее устройство встраивали память. В машинах 5-поколения заложено интеллектуализация и общение.
Все это легло в основу совершенствования систем сопряжения. Для создания такого интерфейса требуется:
1).Специальные управляющие сигналы и их последовательность.
2).Устройство сопряжения
3).Линии связи.
4).Программа, реализующая обмен.
Интерфейсом называется комплекс линий и шин, сигналов, электрических схем, алгоритмов и программ, предназначенных для осуществления обмена информации.
В зависимости от типов соединительных устройств различают:
1. Внутренний интерфейс
2. Интерфейс ввода/вывода
3. Интерфейсы межмашинного обмена
4. Интерфейс человек-машина.
Для каждого интерфейса характерно наличие специального комплекса.
 |
Внутренний интерфейс делается параллельным или последовательно-параллельным.
При использовании программно-технических средств интерфейсы ввода/вывода делятся на:
- физические
- логические.
 |
В зависимости от степени участия ЦП в управлении, различают:
1).Режим сканирования (асинхронный)
2).Синхронный режим
3).Прямой доступ к памяти.
Режим сканирования предусматривает опрос ЦП периферийного устройства. Режим сканирования прост, но имеет недостатки:
-
процессор постоянно занят и не может выполнять другую работу- при большом быстродействии периферийных устройств, процессор не успевает обработать информацию.
В синхронном режиме ЦП запрашивает периферийные устройства, но не ждет ответа, а выполняет другую работу.
superbotanik.net
Э
Автор Паша_Ш
ВМ – это комплекс программных средств, предназначенных для автоматической обработки информации.Структура, архитектура ЭВМ, систем и сетей.
Лекции: к.т.н., доц. Шарнов Александр Иванович.
Практика: Ивакин Константин Николаевич.
Россия стоит на пути исторической необходимости перехода на новый уровень общественного и экономического развития, определяемыми жестокими требованиями рыночной экономики. Речь идет о пути формирования информационного общества. Материальная база информационного общества является информационная экономика. Основы информационной экономики составляет создание и потребление информационных ресурсов или информационных ценностей.
Основные особенности информационной экономики:
1).Главной формой накопления является накопление знаний и другой полезной информации.
2).Это изменение характера производства процессов в основных областях.
3).Экономически оправданным является мелкосерийное и индивидуальное производство.
4).Резкое возрастание скорости экономических процессов.
5).Усиление интеграционных процессов.
Развитые страны мира стали на путь информационной экономики в 70 годах.
Такой путь имели следующие моменты:
1).Превышение суммарных затрат, чисто информационной базы над другими отраслями.
2).Возрастание доли не вещественных затрат.
3).Формирование глобальных коммуникаций сети общества.
4).Увеличение в производстве до 50% населения занятые информационной обработкой.
ПРИНЦИПЫ ПОСТОЕНИЯ И АРХИТЕКТУРА ЭВМ.
ЭВМ, компьютер – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Требования пользователей к выполнению вычислительных работ определяется подбором и настройкой технических и программных средств объединенных в одну структуру.
Автор Паша_Ш
Структура ЭВМ – это совокупность ее элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств.Архитектура ЭВМ – это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение.
Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники:
Инженеры (схема техники) – проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы сопряжения друг с другом.
Системные программисты – создают программы управления техническими средствами, информационного распределения между уровнями, организацию вычислительного процесса.
Прикладные программисты – разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ и необходимый для этого сервис.
Специалисты по эксплуатации ЭВМ – занимаются общими вопросами взаимодействия пользователя с ЭВМ.
Содержание знаний и умений специалистов по ПО и его эксплуатации составляют:
1) Технические и эксплуатационные характеристики.
2) Производительность ЭВМ – объем работ осуществляющих ЭВМ в единицу времени.
3) Емкость запоминающих устройств: ОЗУ и ДЗУ.
4) Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.
5) Точность – это возможность различать почти равные значения.
6) Достоверность – это свойство информации быть правильно воспринятой.
Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали системы квалификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации:
Классификация ЭВМ по форме представления величин вычислительной машины делят на:
аналоговые (непрерывного действия) АВМ
цифровые (дискретного действия) ЦВМ
аналого-цифровые (гибридные) ГВМ
В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота.
Автор Паша_Ш
В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные ЦВМ.Классификация ЭВМ по поколениям (по элементарной базе):
Первое поколение (50г.): ЭВМ на электронных вакуумных лампах.
Второе поколение (60г.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах).
Третье поколение (70г.): ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой степенью интеграции.
Четвертое поколение (80г.): ЭВМ на больших интегральных схемах.
Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах.
Шестое и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.
Интегральная схема – электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.
Классификация ЭВМ по мощности (быстродействию):
1).Супер-ЭВМ – машины для крупно-маштабных задач (фирма IBM).
2).Большие ЭВМ – машины для территориальных, региональных задач.
3).Средние ЭВМ – машины очень широкого распространения.
4).Малые ЭВМ.
5).ПЭВМ (персональные ЭВМ).
6).Микро ЭВМ и микропроцессоры.
7).Сети ЭВМ.
Общие принципы построения современных ЭВМ.
Основным принципом построения ЭВМ является программное управление, в основе которого лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
Алгоритм – это конечный набор предписаний, определяющий решения задачи посредством конечного количества операций (ISO 2382/1-84 международный стандарт).
Программа – это упорядоченное последовательность команд подлежащих обработки.
Принцип программного управления может быть осуществлен разными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ был представлен в 1945 году Нейманом. Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления отражает характер действия человека по алгоритму.
Автор Паша_Ш
УПД
УВС
ЗУ
УВ
АЛУ
УУ
ВЗУ
ОЗУ
ДЗУ
программы потоки
и исходные информации
данные
Обобщенная структура ЭВМ Джен Фон Неймана первого и второго поколений
УПД – устройство подготовки данных.
УВС – устройство ввода.
АЛУ – арифметико-логическое устройство.
УУ – устройство управления.
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.
ДЗУ – длительно запоминающее устройство
ВЗУ – внешнее запоминающее устройство.
УВ – устройство вывода.
ЗУ+АЛУ+УУ – процессор.
Любая ЭВМ имеет устройство ввода информации, с помощью которого в ЭВМ вводят программы решения задач и данные к ним.
ОЗУ – предназначено для оперативного запоминания программы хранящейся в исполнении.
ВЗУ – предназначено для долговременного хранения информации.
Кэш-память – промежуточная память между ОЗУ и ВЗУ.
УУ – предназначено для автоматического выполнения программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ.
Автор Паша_Ш
АЛУ – выполняет арифметические и логические операции над данными. Основой АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят: сумматоры, счетчики, логические операции.Классическая структура ЭВМ с переходом на БИС (большие интегральные схемы) перешла в понятие архитектура ЭВМ.
процессор
УУ
СОЗУ
АЛУ
ОЗУ
КВв
КВв
УВв
УВыв
ВЗУ
ВЗУ
МК
СК
Устройства
сопряжения
Обобщенная архитектура третьего и четвертого поколений
В ЭВМ третьего поколения усложнение структуры произошло за счет разделения процессов ввода/вывода информации, и ее обработки. Появляется понятие процессор, где неразрывно связаны СОЗУ (сверх оперативное устройство), АЛУ и УУ. Появляется понятие каналы ввода/вывода, которые делят на мультиплексные (МК) и селекторные (СК) каналы.
МК – предназначены обслуживать большое количество медленно-скоростных устройств.
СК – обслуживают высокоскоростные, отдельные устройства.
Применительно к ПЭВМ архитектура приняла упрощенный вид архитектуры малых машин (принцип открытой архитектуры, где главным элементом является системная магистраль). Ядро ПЭВМ образует процессор и основная память. Подключение всех остальных устройств осуществляется через адаптеры (устройства сопряжения).
ВУ
ВУ
ОП
процессор
ОП
контроллер
контроллер
КПД
таймер
СИСТЕМНАЯ ШИНА
Автор Паша_Ш
Математический процессор
Интегральная
схема
Микропроцессор
Арифметико-логическое устройство
Микропроцессорная память
Устройство управления
СИСТЕМНАЯ ШИНА
Основная память
ДЗУ
ОЗУ
Внешняя память
НЖМД
НГМД
Адаптер НЖМД
Адаптер НГМД
Видео-адаптер
Адаптер принтера
Источник питания
Дисплей
Принтер
Сетевой адаптер
Канал связи
Генератор тактовых импульсов
Интерфейс клавиатуры
Клавиатура
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ.
ЭВМ кроме аппаратурной части и ПО (Hard Ware и Soft Ware) имеет большое количество функциональных средств. К ним относятся коды, с помощью которых обрабатываемая информация представляется в цифровом виде:
1
Автор Паша_Ш
).Арифметические коды.2).Помехозащищенные коды.
3).Цифровые коды аналоговых величин.
Кроме кодов на функционирование ЭВМ оказывают влияние:
алгоритмы их формирования и обработки
технологии выполнения различных процедур
способы организации работы различных устройств
организация системы прерывания.
Функциональную организацию ЭВМ образуют: коды, системы команд, алгоритмы выполнения машинных операций, технология выполнения различных процедур и взаимодействие Hard и Soft, способы использования устройств при организации их совместной работе, составляющие идеологию функционирования ЭВМ.
Идеологию функционирования ЭВМ можно реализовать разными способами:
1).Аппаратурными
2).Программно-аппаратурными
3).Программными средствами.
Таким образом, реализация функций ЭВМ дополняет ее структурную организацию. Сопоставление структур ЭВМ дополненных функциональной структурой приводит к понятию совместимых и не совместимых ЭВМ.
ЭВМ – это совокупность устройств выполненных на больших интегральных схемах имеющих функционированное назначение.
Комплект интегральных схем называют микропроцессорным комплектом.
В состав микропроцессорного комплекта входят:
системный таймер
микропроцессор
сопроцессоры (организация математических процессов)
контроллер прерываний
контроллер прямого доступа к памяти
контроллеры устройств ввода/вывода.
Все устройства ЭВМ делятся на:
1).Центральные (полностью электронные БИС).
2).Периферийные (частично-электронные, частично-электромеханические с электронным управлением).
В центральных устройствах основным устройством является системная шина (системная магистраль).
Системная магистраль состоит из трех узлов:
1).Шина данных (ШД)
2
Автор Паша_Ш
).Шина адреса (ША)3).Шина управления (ШУ).
В состав системной магистрали входят также: регистры защелки, шинные арбитры.
Интерфейс системной шины – это логика работы системной магистрали, количество линий (разрядов) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций.
В состав центральных устройств ЭВМ входят:
центральный процессор
основная память
ряд дополнительных узлов выполняющих служебные функции
контроллер прерываний
контроллер прямого доступа к памяти
таймер.
Периферийные устройства делятся на:
внешнее запоминающее устройство (НЖМД – носитель жесткий магнитный диск, НГМД – носитель гибкий магнитный диск)
УВв
???
?????
???
Один из «прозрачных» процессов машины – это организация ввода, преобразование и отображение результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная программистом на алгоритмическом языке называется исходным модулем.
Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программа translator. Он делится на: компилятор и интерпретатор.
Интерпретатор – после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно его исполняет.
Компилятор – сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык, затем его исполняет.
Объектный модуль – машинный язык.
Полученный объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.
Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены недостающие программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняет программа редактор связи. В результате образуется загрузочный модуль.
Автор Паша_Ш
Исполнение загрузочного модуля осуществляется программой – загрузчиком.Операционная система (ОС) – выполняет функцию управления.
СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ
Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть машинных ресурсов. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом, но может производиться и ОС. Выделение ресурсов перед выполнением программы называется статическим перемещением, в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.
Если ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называется динамическим перемещением, здесь программа не привязана к определенному месту.
При статическом перемещении возможны два случая:
1).Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса. Эта загружаемая программа называется абсолютной программой.
2).Реальная память меньше требуемого адресного пространства. В этом случае возникает проблема организации выполнения программ.
Существует несколько методов решения этой проблемы:
метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере необходимости.
Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к исполнению по нескольким обращениям.
В мультипрограммном режиме имеются программы. А, В, С. При работе в мультипрограммном режиме может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска.
Виртуальная память
Реальную память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режим виртуальной памяти.
Автор Паша_Ш
Виртуальной памятью называется теоретически доступная ОП объем, которой определяется только адресной частью команды.Виртуальная память имеет сигментоно-страничную организацию и реализована в иерархической системе ЭВМ. Часть ее размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней памяти. Записываемая область во внешней страничке памяти называется ячейкой или слотом. Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти.
Загрузить программу в виртуальную память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в основную.
Система прерываний ЭВМ
ЭВМ – это комплекс автономных устройств каждое, из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимого от других устройств.
Включает в работу центральный процессор (ЦП), передавая устройству команды и необходимые параметры. Таким образом, ЦП переключает свое «внимание» поочередно с устройства на устройство. Для того чтобы ЦП работал, создана система прерываний.
Принцип действия системы прерываний заключается в том, что при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержание регистра.
Прерывания делят на три типа:
аппаратурные
логические
программные
ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ
Основная память и состав устройства
Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих функции памяти.
ЗУ делят на:
1).Основную память (ОП)
2).Сверх оперативная память (СОЗУ)
3).Внешняя память (ВЗУ)
ОП включает в себя два типа устройств:
ОЗУ – предназначено для хранения переменной информации.
П
Автор Паша_Ш
ЗУ – содержит информацию, которая не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислений.Функциональные возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ – энергонезависимо и имеет большее быстродействие.
В современных ЭВМ микросхемы памяти изготовляют из кремния по полупроводниковой технологии, с высокой интеграцией элементов на кристалле.
Основной составной частью микропроцессора является массив элементов памяти объединенных в матрицу накопителя. Каждый элемент памяти может хранить 1 бит памяти. Каждый бит имеет свой адрес в ЗУ, позволяющий обращаться по адресу к любому элементу памяти – называется ЗУ с произвольным доступом.
2 байта - полуслово
4 байта – слово
8 байт – двойное слово
переменной длины
При матричной ориентации памяти реализуется координатный принцип адресации элементов памяти, когда адрес делится на X и Y. На пересечении этих элементов находятся элементы памяти, которые должны быть прочитаны.
Микросхемы памяти могут строиться на SRAM (статических) и DRAM (динамических).
В качестве статического элемента памяти (ЭП) обычно выступает статический триггер, а в качестве динамического ЭП используется электрический конденсатор внутри кремневого кристалла.
ОЗУ характеризуется объемом и быстродействием. ОЗУ в современных ЭВМ имеет модульную структуру. Сменные модули имеют различное конструктивное строение: SIM, ZIM, SIMM, DIMM. Увеличение объема ОЗУ связано с установкой дополнительных модулей, которые выпускаются в 30-контактном (30 pin) или 72-конктактном (72 pin) на 1,4,8,16,32,64 Мбайта. Время доступа к DRAM составляет 60-70 н.сек.
На производительность ЭВМ влияет тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали (СМ). Если тактовая частота не достаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения и наоборот.
Харак4теристикой производительности ОЗУ является пропускная способность, измеряемая в Мбайт/сек.
Автор Паша_Ш
Микросхемы ПЗУ построены по принципу матричной структуры, но функции элементов памяти выполняют перемычки в виде полупроводниковых диодов. Процесс занесения информации в микросхемы ПЗУ называют программированием, а устройство – программатор.СОЗУ пользуются для хранения не больших объемов информации, в результате скорость считывания уменьшается в 10-20 раз. СОЗУ строят на регистрах, они бывают адресные и без адресные. Регисторные структуры делятся на память магазинного типа и память с выборкой по содержанию.
Регистр X
Дешифратор
Блок элементов памяти
Регистр данных
Регистр управления
Регистр адреса
Шина данных СМ
Шина управления СМ
Шина адреса
СМ
Структурная схема ОЗУ
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР ЭВМ
Структура базового микропроцессора
Микропроцессор (МП) составляет основу центрального процессора ПВМ. Это обрабатываемое устройство служит для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к основной памяти, внешним устройствам и для управления хода вычислительных процессов.
Автор Паша_Ш
Существует большое число МП различающихся: названием, функциональными возможностями, структурой, исполнением. Основное различие – количество разрядов обрабатываемой информации.К группе 8-битовых процессоров относятся:
Наибольшее распространение получили:
Каждая следующая модификация имеет более расширенную систему команд и архитектурное строение (Например, в I 80486 появился встроенный сопроцессор). Все усовершенствования ставят с целью сделать ПЭВМ многофункциональными.
Характеристика микропроцессора
Каждый МП имеет свое наименование, тактовую частоту, ICOMP – показывает стандарт, разрядность шины данных, адресуемая память, т.е. разрядность шины адреса, наличие сопроцессора, потребляемая энергия, различные примечания.
Персональным ЭВМ фирмы INTEL аналогов МП (clone) являются фирмы:
1).Cyrix
2).AMD
Условно МП можно разделить на две части:
1).EU – исполнительный блок
2).BIU – устройство сопряжения СМ
В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистр общего назначения.
Во втором составляет адресные регистры.
Семейство МП фирмы INTEL имеет базовую систему команд, в которую входит:
Команды пересылки данных.
Арифметические данные.
Логические команды.
Команды обработки строковых данных.
Команды передачи управления.
Команды управления.
Работой МП управляет программа, записанная в ОП ЭВМ. Особое место занимает организация прерываний. Программа оболочки прерываний могут находиться в различных частях ОП, и имеет разное управление для разных DOS.
У
Автор Паша_Ш
ПРАВЛЕНИЕ ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИПринципы управления
Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операция ввода, а передача из ЭВМ – операция вывода.
При разработке системы ввода/вывода решают проблемы:
1).Обеспечить возможность реализации машин с переменным составом оборудования.
2).Необходимо реализовать одновременную работу процессора над программой и выполнения процедур ввода/вывода.
3).Упростить для пользователя работу с устройствами ввода/вывода.
Первый шаг в решении этих проблем был сделан при разработки ЭВМ второго поколения, когда впервые была обеспеченность автономной работе внешних устройств (интерфейс).
Интерфейс – устройство соединения центральных и периферийных устройств (устр. сопряжения).
Стандартизация интерфейса привела к возможности гибко изменять структуру ЭВМ. Затем появилась концепция виртуальных устройств позволяющая совмещать различных типов ЭВМ ОС. Дальнейшее развитие интерфейсов потребовало созданию новых устройств (сканер) и как следствие возникла необходимость распознавания, идентификации, преобразования из графического вида в символьный. Анализ снимков из космоса потребовал автоматической системы наблюдаемых объектов. Все это привело к тому, что во внешнее устройство встраивали память. В машинах 5-поколения заложено интеллектуализация и общение.
Все это легло в основу совершенствования систем сопряжения. Для создания такого интерфейса требуется:
1).Специальные управляющие сигналы и их последовательность.
2).Устройство сопряжения
3).Линии связи.
4).Программа, реализующая обмен.
Интерфейсом называется комплекс линий и шин, сигналов, электрических схем, алгоритмов и программ, предназначенных для осуществления обмена информации.
В зависимости от типов соединительных устройств различают:
Внутренний интерфейс
Интерфейс ввода/вывода
Интерфейсы межмашинного обмена
Интерфейс человек-машина.
Для каждого интерфейса характерно наличие специального комплекса.
устройство
передатчик
приемник
устройство
интерфейс
Внутренний интерфейс делается параллельным или последовательно-параллельным.
При использовании программно-технических средств интерфейсы ввода/вывода делятся на:
физические
логические.
АЯВУ
АЯВУ – алгоритмические языки высших порядков
Драйверы
ввода/вывода
Программа DOS
Программа BIOS
Обмен через порты IN/OUT
Логический уровень
Физический уровень
В зависимости от степени участия ЦП в управлении, различают:
1).Режим сканирования (асинхронный)
2).Синхронный режим
3).Прямой доступ к памяти.
Режим сканирования предусматривает опрос ЦП периферийного устройства. Режим сканирования прост, но имеет недостатки:
п
Автор Паша_Ш
роцессор постоянно занят и не может выполнять другую работупри большом быстродействии периферийных устройств, процессор не успевает обработать информацию.
В синхронном режиме ЦП запрашивает периферийные устройства, но не ждет ответа, а выполняет другую работу.
topref.ru
Автор Паша_Ш
ВМ – это комплекспрограммныхсредств, предназначенныхдля автоматическойобработкиинформации.Структура,архитектураЭВМ, систем исетей.
Лекции: к.т.н.,доц. ШарновАлександрИванович.
Практика: ИвакинКонстантинНиколаевич.
ВВЕДЕНИЕРоссия стоитна пути историческойнеобходимостиперехода нановый уровеньобщественногои экономическогоразвития,определяемымижестокимитребованиямирыночной экономики.Речь идет опути формированияинформационногообщества.Материальнаябаза информационногообщества являетсяинформационнаяэкономика.Основы информационнойэкономикисоставляетсоздание ипотреблениеинформационныхресурсов илиинформационныхценностей.
Основныеособенностиинформационнойэкономики:
1).Главной формойнакопленияявляется накоплениезнаний и другойполезной информации.
2).Это изменениехарактерапроизводствапроцессов восновных областях.
3).Экономическиоправданнымявляетсямелкосерийноеи индивидуальноепроизводство.
4).Резкое возрастаниескоростиэкономическихпроцессов.
5).Усилениеинтеграционныхпроцессов.
Развитые странымира стали напуть информационнойэкономики в70 годах.
Такой путьимели следующиемоменты:
1).Превышениесуммарныхзатрат, чистоинформационнойбазы над другимиотраслями.
2).Возрастаниедоли не вещественныхзатрат.
3).Формированиеглобальныхкоммуникацийсети общества.
4).Увеличениев производстведо 50% населениязанятые информационнойобработкой.
ПРИНЦИПЫПОСТОЕНИЯ ИАРХИТЕКТУРАЭВМ.
ЭВМ, компьютер– это комплекстехническихсредств, предназначенныхдля автоматическойобработкиинформациив процессерешения вычислительныхи информационныхзадач.
Требованияпользователейк выполнениювычислительныхработ определяетсяподбором инастройкойтехническихи программныхсредств объединенныхв одну структуру.
Автор Паша_Ш
СтруктураЭВМ – это совокупностьее элементови их связей.Различаютструктурытехнических,программныхи аппаратурно-программныхсредств.АрхитектураЭВМ – этомногоуровневаяиерархияаппаратурно-программныхсредств, изкоторых состоитЭВМ. Каждый изуровней допускаетмноговариантноепостроениеи применение.
Детализациейархитектурногои структурногопостроенияЭВМ занимаютсяразличныекатегорииспециалистоввычислительнойтехники:
Инженеры (схематехники) –проектируютотдельныетехническиеустройстваи разрабатываютметоды сопряжениядруг с другом.
Системныепрограммисты– создают программыуправлениятехническимисредствами,информационногораспределениямежду уровнями,организациювычислительногопроцесса.
Прикладныепрограммисты– разрабатываютпакеты программболее высокогоуровня, которыеобеспечиваютвзаимодействиепользователяс ЭВМ и необходимыйдля этого сервис.
Специалистыпо эксплуатацииЭВМ – занимаютсяобщими вопросамивзаимодействияпользователяс ЭВМ.
Содержаниезнаний и уменийспециалистовпо ПО и егоэксплуатациисоставляют:
1) Техническиеи эксплуатационныехарактеристики.
2) ПроизводительностьЭВМ – объемработ осуществляющихЭВМ в единицувремени.
3) Емкость запоминающихустройств: ОЗУи ДЗУ.
4) Надежность– это способностьЭВМ при определенныхусловиях выполнятьтребуемыефункции в течениезаданногопериода времени.
5) Точность –это возможностьразличатьпочти равныезначения.
6) Достоверность– это свойствоинформациибыть правильновоспринятой.
КлассификацияЭВМВеличина иразнообразиесовременногопарка ЭВМпотребовалисистемы квалификацииЭВМ. Предложеномного принциповклассификации:
КлассификацияЭВМ по формепредставлениявеличинвычислительноймашины делятна:
аналоговые(непрерывногодействия) АВМ
цифровые(дискретногодействия) ЦВМ
аналого-цифровые(гибридные)ГВМ
В АВМ обрабатываемаяинформацияпредставляетсясоответствующимизначениямианалоговыхвычислений:ток, напряжениеугол поворота.
Автор Паша_Ш
В ЦВМ (ЭВМ)информациякодируетсядвоичным кодом.Широкое применениеполучили ЦВМс электрическимпредставлениемдискретнойинформации– электронныеЦВМ.КлассификацияЭВМ по поколениям(по элементарнойбазе):
Первое поколение(50г.): ЭВМ на электронныхвакуумныхлампах.
Второе поколение(60г.): ЭВМ на дискретныхполупроводниковыхприборах(транзисторах).
Третье поколение(70г.): ЭВМ наполупроводниковыхинтегральныхсхемах с малойстепеньюинтеграции.
Четвертоепоколение(80г.): ЭВМ на большихинтегральныхсхемах.
Пятое поколение(90): ЭВМ на сверхбольшихинтегральныхсхемах.
Шестое и последующиепоколения:оптоэлектронныеЭВМ с массовымпараллелизмоми нейроннойструктурой– с распределеннойстепенью большогочисла несложныхмикропроцессоров,моделирующихархитектурунейронныхбиологическихсистем.
Интегральнаясхема – электроннаясхема специальногоназначения,выполненнаяв виде единогополупроводниковогокристалла,объединяющегобольшое числодиодов и транзисторов.
Классификация ЭВМ по мощности (быстродействию):1).Супер-ЭВМ –машины длякрупно-маштабныхзадач (фирмаIBM).
2).Большие ЭВМ– машины длятерриториальных,региональныхзадач.
3).Средние ЭВМ– машины оченьширокогораспространения.
4).Малые ЭВМ.
5).ПЭВМ (персональныеЭВМ).
6).Микро ЭВМ имикропроцессоры.
7).Сети ЭВМ.
Общиепринципы построениясовременныхЭВМ.
ОсновнымпринципомпостроенияЭВМ являетсяпрограммноеуправление,в основе котороголежит представлениеалгоритмарешения любойзадачи в видепрограммывычислений.
Алгоритм– это конечныйнабор предписаний,определяющийрешения задачипосредствомконечногоколичестваопераций (ISO2382/1-84 международныйстандарт).
Программа– это упорядоченноепоследовательностькоманд подлежащихобработки.
Принциппрограммногоуправленияможет бытьосуществленразными способами.Стандартомдля построенияпрактическивсех ЭВМ былпредставленв 1945 году Нейманом.Схема ЭВМ,отвечающаяпрограммномупринципу управленияотражает характердействия человекапо алгоритму.
Автор Паша_Ш
УПД
УВС
ЗУ
УВ
АЛУ
УУ
ВЗУ
ОЗУ
ДЗУ
программыпотоки
и исходные информации
данные
Обобщеннаяструктура ЭВМДжен Фон Нейманапервого и второгопоколений
УПД– устройствоподготовкиданных.
УВС– устройствоввода.
АЛУ– арифметико-логическоеустройство.
УУ– устройствоуправления.
ОЗУ– оперативноезапоминающееустройство.
ДЗУ– длительнозапоминающееустройство
ВЗУ– внешнеезапоминающееустройство.
УВ– устройствовывода.
ЗУ+АЛУ+УУ– процессор.
ЛюбаяЭВМ имеет устройствоввода информации,с помощью которогов ЭВМ вводятпрограммырешения задачи данные к ним.
ОЗУ– предназначенодля оперативногозапоминанияпрограммыхранящейсяв исполнении.
ВЗУ– предназначенодля долговременногохранения информации.
Кэш-память– промежуточнаяпамять междуОЗУ и ВЗУ.
УУ– предназначенодля автоматическоговыполненияпрограмм путемпринудительнойкоординациивсех остальныхустройств ЭВМ.
Автор Паша_Ш
АЛУ – выполняетарифметическиеи логическиеоперации надданными. ОсновойАЛУ являетсяоперационныйавтомат, в составкоторого входят:сумматоры,счетчики, логическиеоперации.Классическаяструктура ЭВМс переходомна БИС (большиеинтегральныесхемы) перешлав понятиеархитектураЭВМ.
процессор
УУ
СОЗУ
АЛУ
ОЗУ
КВв
КВв
УВв
УВыв
ВЗУ
ВЗУ
МК
СК
Устройства
сопряжения
Обобщеннаяархитектуратретьего ичетвертогопоколений
В ЭВМтретьего поколенияусложнениеструктурыпроизошло засчет разделенияпроцессовввода/выводаинформации,и ее обработки.Появляетсяпонятие процессор,где неразрывносвязаны СОЗУ(сверх оперативноеустройство),АЛУ и УУ. Появляетсяпонятие каналыввода/вывода,которые делятна мультиплексные(МК) и селекторные(СК) каналы.
МК– предназначеныобслуживатьбольшое количествомедленно-скоростныхустройств.
СК– обслуживаютвысокоскоростные,отдельныеустройства.
Применительнок ПЭВМ архитектураприняла упрощенныйвид архитектурымалых машин(принцип открытойархитектуры,где главнымэлементомявляется системнаямагистраль).Ядро ПЭВМ образуетпроцессор иосновная память.Подключениевсех остальныхустройствосуществляетсячерез адаптеры(устройствасопряжения).
ВУ
ВУ
ОП
процессор
ОП
контроллер
контроллер
КПД
таймер
СИСТЕМНАЯШИНА
ОбобщеннаяархитектураПЭВМАвтор Паша_Ш
Математическийпроцессор
Интегральная
схема
Микропроцессор
Арифметико-логическоеустройство
Микропроцессорнаяпамять
Устройствоуправления
СИСТЕМНАЯШИНА
Основная память
ДЗУ
ОЗУ
Внешняя память
НЖМД
НГМД
Адаптер НЖМД
Адаптер НГМД
Видео-адаптер
Адаптер принтера
Источник питания
Дисплей
Принтер
Сетевой адаптер
Канал связи
Генератортактовых импульсов
Интерфейсклавиатуры
Клавиатура
Структурнаясхема ПКФУНКЦИОНАЛЬНАЯИ СТРУКТУРНАЯОРГАНИЗАЦИЯЭВМ.
Общиепринципыфункциональнойи структурнойорганизацииЭВМЭВМ кромеаппаратурнойчасти и ПО (HardWare и SoftWare) имеетбольшое количествофункциональныхсредств. К нимотносятсякоды, с помощьюкоторых обрабатываемаяинформацияпредставляетсяв цифровомвиде:
1
Автор Паша_Ш
).Арифметическиекоды.2).Помехозащищенныекоды.
3).Цифровые кодыаналоговыхвеличин.
Кроме кодовна функционированиеЭВМ оказываютвлияние:
алгоритмы ихформированияи обработки
технологиивыполненияразличныхпроцедур
способы организацииработы различныхустройств
организациясистемы прерывания.
ФункциональнуюорганизациюЭВМ образуют:коды, системыкоманд, алгоритмывыполнениямашинных операций,технологиявыполненияразличныхпроцедур ивзаимодействиеHard и Soft,способы использованияустройств приорганизацииих совместнойработе, составляющиеидеологиюфункционированияЭВМ.
ИдеологиюфункционированияЭВМ можнореализоватьразными способами:
1).Аппаратурными
2).Программно-аппаратурными
3).Программнымисредствами.
Таким образом,реализацияфункций ЭВМдополняет ееструктурнуюорганизацию.Сопоставлениеструктур ЭВМдополненныхфункциональнойструктуройприводит кпонятию совместимыхи не совместимыхЭВМ.
ОрганизацияфункционированияЭВМ с могестральнойструктуройЭВМ – этосовокупностьустройстввыполненныхна большихинтегральныхсхемах имеющихфункционированноеназначение.
Комплектинтегральныхсхем называютмикропроцессорнымкомплектом.
В составмикропроцессорногокомплектавходят:
системныйтаймер
микропроцессор
сопроцессоры(организацияматематическихпроцессов)
контроллерпрерываний
контроллерпрямого доступак памяти
контроллерыустройствввода/вывода.
Все устройстваЭВМ делятсяна:
1).Центральные(полностьюэлектронныеБИС).
2).Периферийные(частично-электронные,частично-электромеханическиес электроннымуправлением).
В центральныхустройствахосновным устройствомявляется системнаяшина (системнаямагистраль).
Системнаямагистральсостоит изтрех узлов:
1).Шина данных(ШД)
2
Автор Паша_Ш
).Шина адреса(ША)3).Шина управления(ШУ).
В состав системноймагистраливходят также:регистры защелки,шинные арбитры.
Интерфейссистемной шины– это логикаработы системноймагистрали,количестволиний (разрядов)в шинах данных,адреса и управления,порядок разрешенияконфликтныхситуаций.
В состав центральныхустройств ЭВМвходят:
центральныйпроцессор
основная память
ряд дополнительныхузлов выполняющихслужебныефункции
контроллерпрерываний
контроллерпрямого доступак памяти
таймер.
Периферийныеустройстваделятся на:
внешнее запоминающееустройство(НЖМД – носительжесткий магнитныйдиск, НГМД –носитель гибкиймагнитныйдиск)
УВв
???
?????
???
Организацияработы ЭВМ привыполнениизадания пользователяОдин из «прозрачных»процессовмашины – этоорганизацияввода, преобразованиеи отображениерезультатовработы системногопрограммногообеспечения.Программазадания, написаннаяпрограммистомна алгоритмическомязыке называетсяисходным модулем.
Перевод исходнойпрограммы намашинный языкосуществляетпрограммаtranslator. Онделится на:компилятори интерпретатор.
Интерпретатор– после переводана язык машиныкаждого оператораисходногомодуля немедленноего исполняет.
Компилятор– сначалаполностьюпереводит всюпрограммуисходногомодуля на машинныйязык, затемего исполняет.
Объектныймодуль – машинныйязык.
Полученныйобъектныймодуль записываетсяв библиотекуобъектныхмодулей илисразу исполняется.
Для исполненияотлаженногообъектногомодуля к немумогут бытьдобавленынедостающиепрограммы избиблиотекикомпиляторов.Такую связьвыполняетпрограммаредактор связи.В результатеобразуетсязагрузочныймодуль.
Автор Паша_Ш
Исполнениезагрузочногомодуля осуществляетсяпрограммой– загрузчиком.Операционнаясистема (ОС) –выполняетфункцию управления.
СТРУКТУРААДРЕСНОГОПРОСТРАНСТВАПРОГРАММЫ НАОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ
Длявыполнениипрограммы приее загрузкив оперативнуюпамять (ОП) ейвыделяетсячасть машинныхресурсов. Выделениересурсов можетбыть осуществленосамим программистом,но может производитьсяи ОС. Выделениересурсов передвыполнениемпрограммыназываетсястатическимперемещением,в результате,которого программапривязываетсяк определенномуместу памяти.
Еслиресурсы машинывыделяютсяв процессевыполненияпрограммы, тоэто называетсядинамическимперемещением,здесь программане привязанак определенномуместу.
При статическомперемещениивозможны дваслучая:
1).Реальнаяпамять большетребуемогоадресногопространствапрограммы. Вэтом случаезагрузка программыв реальнуюпамять производится,начиная с нулевогоадреса. Этазагружаемаяпрограмманазываетсяабсолютнойпрограммой.
2).Реальная памятьменьше требуемогоадресногопространства.В этом случаевозникаетпроблема организациивыполненияпрограмм.
Существуетнесколькометодов решенияэтой проблемы:
метод оверлейнойструктуры, вкотором программаразбиваетсяна части вызываемыеОП по меренеобходимости.
Метод рентабельныхмодулей, в которомпрограммаразбиваетсяна временныемодули доступнымик исполнениюпо несколькимобращениям.
В мультипрограммномрежиме имеютсяпрограммы. А,В, С. При работев мультипрограммномрежиме можетсложиться вситуации, когдамежду программамиостаются промежуткисвободнойпамяти. Длятого чтобыэтого не было,применяютпрограммудефрагментациидиска.
Виртуальнаяпамять
Реальнуюпамять можно«увеличить»имитируя работус максимальнойпамятью. Программистпредполагает,что ему предоставлена«реальная»память максимальнодоступная дляЭВМ. Такой режимназывают режимвиртуальнойпамяти.
Автор Паша_Ш
Виртуальнойпамятью называетсятеоретическидоступная ОПобъем, которойопределяетсятолько адреснойчастью команды.Виртуальнаяпамять имеетсигментоно-страничнуюорганизациюи реализованав иерархическойсистеме ЭВМ.Часть ее размещаетсяв блоках основнойпамяти, а частьв ячейках внешнейпамяти. Записываемаяобласть вовнешней страничкепамяти называетсяячейкойили слотом.Все программныестраницы физическирасполагаютсяв ячейках внешнейстраничнойпамяти.
Загрузитьпрограмму ввиртуальнуюпамять– это, значит,перезаписатьнесколькостраниц извнешней страничнойпамяти в основную.
СистемапрерыванийЭВМ
ЭВМ– этокомплекс автономныхустройствкаждое, из которыхвыполняет своифункции подуправлениемместного устройствауправлениянезависимогоот других устройств.
Включает вработу центральныйпроцессор(ЦП), передаваяустройствукоманды инеобходимыепараметры.Таким образом,ЦП переключаетсвое «внимание»поочереднос устройствана устройство.Для того чтобыЦП работал,создана системапрерываний.
Принцип действиясистемы прерыванийзаключаетсяв том, что привыполнениипрограммыпосле каждогорабочего тактамикропроцессораизменяетсясодержаниерегистра.
Прерыванияделят на тритипа:
аппаратурные
логические
программные
ЦЕНТРАЛЬНЫЕУСТРОЙСТВАЭВМ
Основнаяпамять и составустройства
Запоминающимиустройствами(ЗУ) называютсякомплекс программныхсредств, реализующихфункции памяти.
ЗУ делят на:
1).Основную память(ОП)
2).Сверх оперативнаяпамять (СОЗУ)
3).Внешняя память(ВЗУ)
ОП включаетв себя два типаустройств:
ОЗУ(RAM – random aces memory)
ПЗУ(ROM – read only memory)
ОЗУ – предназначенодля храненияпеременнойинформации.
П
Автор Паша_Ш
ЗУ – содержитинформацию,которая недолжна изменятьсяв ходе выполненияпроцессоромвычислений.ФункциональныевозможностиОЗУ шире ПЗУ,но ПЗУ – энергонезависимои имеет большеебыстродействие.
В современныхЭВМ микросхемыпамяти изготовляютиз кремния пополупроводниковойтехнологии,с высокойинтеграциейэлементов накристалле.
Основной составнойчастью микропроцессораявляется массивэлементовпамяти объединенныхв матрицунакопителя.Каждый элементпамяти можетхранить 1 битпамяти. Каждыйбит имеет свойадрес в ЗУ,позволяющийобращатьсяпо адресу клюбому элементупамяти – называетсяЗУ с произвольнымдоступом.
2 байта - полуслово
4байта – слово
8 байт – двойноеслово
переменнойдлины
Приматричнойориентациипамяти реализуетсякоординатныйпринцип адресацииэлементовпамяти, когдаадрес делитсяна Xи Y.На пересеченииэтих элементовнаходятсяэлементы памяти,которые должныбыть прочитаны.
Микросхемыпамяти могутстроиться наSRAM(статических)и DRAM(динамических).
В качествестатическогоэлемента памяти(ЭП) обычновыступаетстатическийтриггер, а вкачествединамическогоЭП используетсяэлектрическийконденсаторвнутри кремневогокристалла.
ОЗУхарактеризуетсяобъемом ибыстродействием.ОЗУ в современныхЭВМ имеет модульнуюструктуру.Сменные модулиимеют различноеконструктивноестроение: SIM,ZIM,SIMM,DIMM.Увеличениеобъема ОЗУсвязано с установкойдополнительныхмодулей, которыевыпускаютсяв 30-контактном(30 pin)или 72-конктактном(72 pin)на 1,4,8,16,32,64 Мбайта.Время доступак DRAMсоставляет60-70 н.сек.
НапроизводительностьЭВМ влияеттактовая частотаи разрядностьшины данныхсистемноймагистрали(СМ). Если тактоваячастота недостаточновысока, то ОЗУпростаиваетв ожиданииобращения инаоборот.
Харак4теристикойпроизводительностиОЗУ являетсяпропускнаяспособность,измеряемаяв Мбайт/сек.
Автор Паша_Ш
МикросхемыПЗУ построеныпо принципуматричнойструктуры, нофункции элементовпамяти выполняютперемычки ввиде полупроводниковыхдиодов. Процессзанесенияинформациив микросхемыПЗУ называютпрограммированием,а устройство– программатор.СОЗУ пользуютсядля храненияне большихобъемов информации,в результатескорость считыванияуменьшаетсяв 10-20 раз. СОЗУстроят на регистрах,они бываютадресные и безадресные.Регисторныеструктурыделятся напамять магазинноготипа и памятьс выборкой посодержанию.
Регистр X
Дешифратор
Блок элементовпамяти
Регистр данных
Регистр управления
Регистр адреса
Шина данныхСМ
ШинауправленияСМ
Шина адреса
СМ
Структурнаясхема ОЗУ
ЦЕНТРАЛЬНЫЙПРОЦЕССОР ЭВМ
Структурабазовогомикропроцессора
Микропроцессор(МП) составляетоснову центральногопроцессораПВМ. Это обрабатываемоеустройствослужит дляарифметическихи логическихпреобразованийданных, дляорганизацииобращения косновной памяти,внешним устройствами для управленияхода вычислительныхпроцессов.
Автор Паша_Ш
Существуетбольшое числоМП различающихся:названием,функциональнымивозможностями,структурой,исполнением.Основное различие– количестворазрядовобрабатываемойинформации.К группе 8-битовыхпроцессоровотносятся:
I8080 (INTEL) – Integrated Electonus
I8085
фирмаZelog(z)
Наибольшеераспространениеполучили:
I80386
I80486
Каждаяследующаямодификацияимеет болеерасширеннуюсистему команди архитектурноестроение (Например,в I80486 появилсявстроенныйсопроцессор).Все усовершенствованияставят с цельюсделать ПЭВМмногофункциональными.
Характеристикамикропроцессора
КаждыйМП имеет своенаименование,тактовую частоту,ICOMP– показываетстандарт,разрядностьшины данных,адресуемаяпамять, т.е.разрядностьшины адреса,наличие сопроцессора,потребляемаяэнергия, различныепримечания.
ПерсональнымЭВМ фирмы INTELаналогов МП(clone)являются фирмы:
1).Cyrix
2).AMD
Условно МПможно разделитьна две части:
1).EU– исполнительныйблок
2).BIU– устройствосопряженияСМ
В исполнительномблоке находятсяарифметическийблок и регистробщего назначения.
Во второмсоставляетадресные регистры.
СемействоМП фирмы INTELимеет базовуюсистему команд,в которую входит:
Команды пересылкиданных.
Арифметическиеданные.
Логическиекоманды.
Команды обработкистроковыхданных.
Команды передачиуправления.
Команды управления.
РаботойМП управляетпрограмма,записаннаяв ОП ЭВМ. Особоеместо занимаеторганизацияпрерываний.Программаоболочки прерываниймогут находитьсяв различныхчастях ОП, иимеет разноеуправлениедля разныхDOS.
У
Автор Паша_Ш
ПРАВЛЕНИЕВНЕШНИМИУСТРОЙСТВАМИПринципыуправления
Передачаинформациис периферийногоустройствав ЭВМ называетсяоперацияввода,а передача изЭВМ – операциявывода.
При разработкесистемы ввода/выводарешают проблемы:
1).Обеспечитьвозможностьреализациимашин с переменнымсоставомоборудования.
2).Необходимореализоватьодновременнуюработу процессоранад программойи выполненияпроцедурввода/вывода.
3).Упроститьдля пользователяработу с устройствамиввода/вывода.
Первый шаг врешении этихпроблем былсделан приразработкиЭВМ второгопоколения,когда впервыебыла обеспеченностьавтономнойработе внешнихустройств(интерфейс).
Интерфейс –устройствосоединенияцентральныхи периферийныхустройств(устр. сопряжения).
Стандартизацияинтерфейсапривела квозможностигибко изменятьструктуру ЭВМ.Затем появиласьконцепциявиртуальныхустройствпозволяющаясовмещатьразличныхтипов ЭВМ ОС.Дальнейшееразвитие интерфейсовпотребовалосозданию новыхустройств(сканер) и какследствиевозникланеобходимостьраспознавания,идентификации,преобразованияиз графическоговида в символьный.Анализ снимковиз космосапотребовалавтоматическойсистемы наблюдаемыхобъектов. Всеэто привелок тому, что вовнешнее устройствовстраивалипамять. В машинах5-поколениязаложеноинтеллектуализацияи общение.
Все это леглов основу совершенствованиясистем сопряжения.Для созданиятакого интерфейсатребуется:
1).Специальныеуправляющиесигналы и ихпоследовательность.
2).Устройствосопряжения
3).Линии связи.
4).Программа,реализующаяобмен.
Интерфейсомназываетсякомплекс линийи шин, сигналов,электрическихсхем, алгоритмови программ,предназначенныхдля осуществленияобмена информации.
В зависимостиот типов соединительныхустройствразличают:
Внутреннийинтерфейс
Интерфейсввода/вывода
Интерфейсымежмашинногообмена
Интерфейсчеловек-машина.
Для каждогоинтерфейсахарактерноналичие специальногокомплекса.
устройство
передатчик
приемник
устройство
интерфейс
Внутреннийинтерфейсделаетсяпараллельнымили последовательно-параллельным.
При использованиипрограммно-техническихсредств интерфейсыввода/выводаделятся на:
физические
логические.
АЯВУ
АЯВУ – алгоритмическиеязыки высшихпорядков
Драйверы
ввода/вывода
Программа DOS
ПрограммаBIOS
Обмен черезпорты IN/OUT
Логическийуровень
Физическийуровень
В зависимостиот степениучастия ЦП вуправлении,различают:
1).Режим сканирования(асинхронный)
2).Синхронныйрежим
3).Прямой доступк памяти.
Режим сканированияпредусматриваетопрос ЦП периферийногоустройства.Режим сканированияпрост, но имеетнедостатки:
п
Автор Паша_Ш
роцессор постоянно занят и не может выполнять другую работупри большомбыстродействиипериферийныхустройств,процессор неуспевает обработатьинформацию.
В синхронномрежиме ЦПзапрашиваетпериферийныеустройства,но не ждет ответа,а выполняетдругую работу.
www.litsoch.ru
