Функциональная и структурная организация ЭВМ. Функциональная организация включает в себя: - виды кодов, использованные для представления информации (аудио, видео, отображение информации, помехозащищенные коды); - система команд (CISC, RISC, система длинных команд); - алгоритмы выполнения машинных операций; - технология выполнения различных процедур и взаимодействие программного и аппаратного обеспечения; - способы использования устройств, при организации совместной работы; - структурная организация: способы реализации функций ЭВМ.
Структурные компоненты: 1. АС: - элементарная база; - функциональные узлы и устройства; 2. Программные модули (обработчики прерывания, драйвера, com, exe, bat файлы).
ЭВМ делятся на совместимые и несовместимые. В свою очередь совместимые делятся на программно совместимые и технически совместимые.
Состав микропроцессорного комплекта. - системный таймер; - микропроцессор; - сопроцессор; - контроллер прерываний; - контроллер прямого доступа к памяти (DMA); - контроллеры устройств ввода-вывода.
Устройства ЭВМ делятся на: ядро ЭВМ (полностью электронное) и периферийные устройства (электронные, электромеханические, с тепловой природой).
Нейтральные устройства связаны между собой системной магистралью.
Состав магистрали.
1. Шина данных;
2. Шина адреса;
3. Шина управления.
Интерфейс системной магистрали. - количество линий в ША, ШД, ШУ. - Порядок размещения конфликтных ситуаций (этим управляет контроллер прерываний).
В состав ядра входят: - МП - ОП - Дополнительные устройства (системный таймер, контроллеры и т.д.) Ядро размещается на системной плате.
Компиляция заключается в преобразовании исходного модуля в объектный модуль, но в нем отсутствуют дополнительные программы, необходимые для выполнения.
Редактор связи объединяет все требуемые для выполнения процедуры в объектном коде в единую программу, готовую к выполнению.
Особенности управления основной памятью ЭВМ.
Выделение памяти. Может выделяться программистом или ОС. Размещение делится на: статическое и динамическое (в процессе). В свою очередь статическое делится на больше и меньше требуемого.
Оверлейная структура программы: загружается главная часть, а остальное по очереди. Для того чтобы связывать отдельные сегменты в единую программу нужно 7 трансляций адресов.
Такая структура адресов накладывает 2 ограничения. 1. Ограничение макс сегментов. 2. Ограничивается макс смещение в сегменте.
Динамическая трансляция адресов при сегментной организации программы. Адресное пространство. |Прг.Д |Таблица |ОП | | |сегментов | | | |№ |Адрес в |0 | | |сег.|ОП |ОС | |0 |1 |75 |75 | |сег1 | | |Прг.Д | |20кБ | | |Сег1 | |0 |2 |125 |95 | |сег2 | | |Прг.А | |10кБ | | | | | | | |125 | | | | |Прг.Д | | | | |Сег2 | |0 |3 |205 |135 | |сег3 | | |Прг.В | |20кБ | | | | | | | |205 | | | | |Прг.Д | | | | |Сег3 | | | | |225 |
Начальный адрес таблицы сегментов заносится в регистр начала таблицы сегментов (РНТС). В настоящее время применяется сегменто – страничная организация памяти. Программа состоит из сегментов, размер которых может быть любым меньше максимального. А сегменты состоят из страниц, размер которых строго определен (обычно 4кБ). При такой адресации у основного адреса есть три параметра: номера сегмента и страницы, и относительный адрес.
Виртуальная память. Имитация работы машины с максимально имеющейся в ВС памятью, включая внешнюю, и называемую режимом виртуальной памяти. Теоретически доступная пользователю ОП определяется только разрядностью адресной части команды. При работе программы та часть, которая необходима для выполнения текущей команды вызывается в ОП и размещается там. Другая часть размещается в ячейках внешней страничной памяти или в слотах. Слот – это заполненная записываемая область во внешней страничной памяти. Она равна размеру страницы. ВС с двадцатиразрядным адресом может иметь 16МБ адресуемого пространства; с 32 – х разрядным – 4ГБ. Загрузка в ОП – переписывает несколько страниц из внешней памяти в ОП. Когда страница больше не нужна, она загружается во внешнюю память (ВП).
Страничная схема организации абсолютного адреса при сегменто – страничной организации памяти. Бит недоступности =1, если этой страницы нет в ОП.
Алгоритм функционирования ЭВМ при обработке команды. 1. Адрес из счетчика команд выставляется на шину адреса системной магистрали (ША СМ). И одновременно подается сигнал чтения на шину управления (ШУ). 2. Считывание адреса с шины адреса (ША) в регистр адреса (Рг.А). 3. Выставление команды на шину данных (ШД) и сигнал управления на шину управления (ШУ). 4. Процессор передает число, т.е. команду, из регистра данных в регистр команд процессора. 5. Распаковка команды, т.е. выделение кода адреса и адресной части. 6. Определение к чему относится команда (на чем выполнять и т.д.).
Устанавливается адрес устройства. 7. Если процессорная команда, то передача КОП в устройство управления процессора (УУ Пц.). 8. Адресная часть передается на ША СМ и одновременно сигнал чтения на ШУ
СМ. 9. Из ОП данные выставляются в Рг.Д., а затем на ШД. 10. С ШД на магистраль процессора и затем в АЛУ подаются данные. 11. Выполнение операции в АЛУ. 12. Запись результата из микропроцессора на ШД и одновременно адрес результата на ША, а на ШУ сигнал записи. 13. С ШД записывается на Рг.Д., ОП, а с ША на Рг.А. ОП это запись результата в ОП. 14. На ШУ сигнал «выполнено». 15. Переход к пункту 1. 7а. Центральный процессор выставляет на ША СМ адрес (№) устройства. Этот номер доступен всем устройствам. А на ШУ выставляется на ШУ сигнал отклика. 8а. Устройство, номер которого совпадает с заданным, выставляет на ШУ сигнал отклика. 9а. ЦП выставляет на ШД команду для устройства, а на ШУ сигнал о выставленной команде. 10а. Устройство, подтверждает прием команды – оно выставляет об этом сигнал на ШУ. 11а. ЦП, получив это подтверждение, переходит к следующей команде. Когда ЦП перешел к следующей команде, то может оказаться, что подтверждение еще на пришло. В мультипрограммном режиме ЦП может перейти к выполнению другой команды. Примечание к 9а. В большинстве случает этот пункт должен быть расширен – должна быть проверка готовности устройства и управление его работой: - Поиск устройства. - Определение его технического состояния. - Обмен информацией. Вся эта последовательность действий выполняется с помощью интерфейсов ввода- вывода.
Стандартные интерфейсы. - Параллельный Centronics. - Последовательный RS – 232 - Plug&Play – интерфейс сам определяет параллельный или последовательный.
Прерывания. Каждая программа в момент выполнения характеризуется словом состояния процессора (ССП). Там всегда хранятся: - Адрес следующей команды (Кд). - Состояние регистра флагов. - Дополнительные сведения. При получении сигнала прерывания программы выполняет до конца свою Кд и сохраняет ССП. Затем запускается программа обработки прерываний. После окончания программы обработки прерываний восстанавливается ССП прерываний программы, и она (программа) продолжает выполняться.
Прерывания IBM PC. 1. Прерывания BIOS (BIOS – система ввода-вывода), прерывания с адресом
00..1F. 2. Прерывания ОС (DOS или WINDOWS), адрес : 20..FF.
Типы прерываний. 1. Аппаратные прерывания. 2 – Отказ питания. 8 – Таймер. 9 – Клавиатура. 12 – Адаптер связи с другими объектами. 14 – НГМД – накопитель на гибком магнитном диске. 15 – устройство печати.
2. Логические – вырабатываются в ЦП. 0 – Деление на ноль. 4 – Перемещение результата. 1 – Пошаговый режим работы. 3 – Остановка в контрольной точке.
3. Программные – по запросу программы. Команда обработки прерываний называется обработчиком прерываний. Прерывание – это действие, когда программа прекращает временно свое выполнение и передает управление обработчику прерывания. По окончании обработки прерванная программа автоматически происходит возврат к выполнению прерванной программы с той точки, где произошло прерывание.
Система памяти ЭВМ. Задачи при разработке памяти: 1. Повышение быстродействия обмена. 2. Вся память должна восприниматься как нечто единое, целое. ЗУ предназначено для приема, хранения и выдачи информации.
Основные характеристики. 1. Время обращения к ЗУ. 2. Объем ЗУ.
Классификация ЗУ. 1. Направление обмена.
1. Односторонняя – ПЗУ, CD-ROM.
2. Двусторонняя. 2. По способу организации.
1. Ленточные ЗУ.
2. Вращающиеся – магнитные барабаны, магнитные диски, СД.
3. Матричные.
4. Лучевые.
5. Ре-циркулярные.
6. Механические – перфоленты, перфокарты. 3. По способу обращения.
1. С произвольным (прямым) доступом.
2. С последовательным доступом. 4. По назначению.
1. Регистровые ЗУ.
2. ОЗУ.
3. КЕШ – память.
4. ПЗУ.
5. Долговременная память (внешние ЗУ). 5. По возможности хранения информации при отключении питания.
1. Хранение информации без источника питания (диски, ПЗУ).
2. Сохраняющее информацию при наличии питания (ОЗУ, регистровые ЗУ, КЕШ).
3. ЗУ временно сохраняющие информацию при источнике питания. Это динамические п/п ЗУ. Им требуется регенерация.
4. ЗУ обеспечивающие сохранение информации при временном отключении ИП.
Логическая организация памяти. Разрядность шины адреса.
ХТ – процессор = 20Б - 1МБ
286й – процессор = 24Б – 16МБ 386й – процессор = 32Б – 4ГБ
Виды адресного пространства. Основная память – 1МБ (первый мегабайт)
Режимы компьютеров 386 и выше. 1.Реальный 2.Защитный 3.Вертуальный мультипрограммный Основная память доступна в любом режиме. В реальном режиме доступна только основная память (convenctention memory ). Этот 1МБ делится на следующие составные части:
- верхние 384кБ – для вычислительной системы (A0000…FFFF).
- Нижние 640кБ – для программ пользователя (00000…9FFFF).
Виды адресного пространства: 1.Основная память – 1МБ (00000…FFFFF) 2. Область верхней памяти = 384кБ (А0000…BFFFF) 3. Область старшей памяти – HMA 4. Расширенная память – Exteneted – это вся память, которая больше 1МБ и доступна в защищенном режиме. 5. Дополнительная память – Expended – аналогично расширенной памяти. 6. Видеопамять – VideoRAM 7. ПЗУ адаптеров и специальной ОЗУ 8. ПЗУ системной BIOS Внешняя память распределяется следующим образом : 1. первые 128кБ – видеопамять (A0000…BFFFF) 2. вторые 128кБ – для программ BIOS адаптеров (C0000…DFFFF) 3. третьи 128кБ – для системной BIOS (E0000…FFFFF). Здесь же расположены программы для проверки при включении (диагностики) и первичной системной загрузки.
Страницы: 1, 2, 3
