Методи запобігання виникненню конфліктів, які виникають при використанні ресурсів

Міністерство освіти і  науки України

Тернопільський національний педагогічний університет Ім. В. Гнатюка

Інженерно-педагогічного  факультету

 

 

 

 

 

 

Кафедра комп’ютерних технологій

 

 

 

ІНДЗ

на тему:

«Методи запобігання  виникненню конфліктів, які виникають  при використанні ресурсів»

 

 

 

 

 

 

Виконав:

Студент групи КТ-45

Чиж Д. В.

Перевірив:

Франко Ю. П.

 

 

 

 

 

 

 

 

Тернопіль 2013

 

План

1. Формфактори і запобігання  конфліктів, які виникають при  використанні ресурсів.  
2. Компоненти системної плати.

3. Системні ресурси.

4. Переривання.

5. Конфлікти переривань.

6. Запобігання конфліктам, що виникають при використанні ресурсів.

. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

IRQ (Interrupt ReQuest - запит переривання) - сигнал від одного з вузлів комп'ютера, що вимагає уваги процесора до цього вузла. Виникає при настанні якої-небудь події (наприклад, натисканні клавіші, завершенні операції читання/запису на диску й ін.). На PC AT передбачено 15 (на XT - 8) ліній IRQ, частина яких використовується внутрішніми контролерами системної плати, а інші зайняті стандартними адаптерами або не використовуються:

0 - системний таймер

1 - контролер клавіатури

2 - сигнал повернення по  кадру (EGA/VGA), на AT з'єднаний з IRQ 9

3 - звичайно COM2/COM4

4 - звичайно COM1/COM3

5 - контролер HDD (XT), звичайно  вільний на AT

6 - контролер FDD

7 - LPT1, багатьма LPT-Контролерами  не використовується

8 - годинники реального  часу з автономним живленням  (RTC)

9 - паралельна IRQ 2

10 - не використовується

11 - не використовується

12 - звичайно контролер  миші типу PS/2

13 - математичний співпроцесор

14 - звичайно контролер  IDE HDD (перший канал)

15 - звичайно контролер  IDE HDD (другий канал)

На AT і всіх сучасних платах сигнал IRq 2 схемно надходить на вхід, що відповідає IRq 9 і викликає запуск обробника переривань, пов'язаного з IRq 9, що програмно емулює переривання по IRq 2. Таким чином, програми, що працюють із IRq 9, будуть працювати завжди, а ті що використовують IRq 2 - можуть не працювати, якщо не встановлений правильний обробник IRq 9.

DMA (Direct Memory Access - прямий доступ до пам'яті) - спосіб обміну даними між зовнішнім пристроєм і пам'яттю без участі процесора, що може помітно знизити навантаження на процесор і підвищити загальну продуктивність системи. Режим DMA дозволяє звільнити процесор від рутинного пересилання даних між зовнішніми пристроями й пам'яттю, віддавши цю роботу контролеру DMA; процесор у цей час може обробляти інші дані або інше завдання в багатозадачній системі. На PC AT є 7 (на XT - 4) незалежних каналів контролера DMA:

0 - регенерація пам'яті  на деяких платах

1 - не використовується

2 - контролер FDD

3 - контролер HDD на XT, на AT не використовується

5 - не використовується

6 - не використовується

7 - не використовується

Канали 0-3 - восьми розрядні, канали 5-7 - шістнадцяти розрядні.

З врахуванням цього, нові адаптери варто набудовувати насамперед на повністю вільні канали IRQ (10, 11) і DMA (1, 5-7), а потім - на вільні в конкретній системі (наприклад, IRQ 5 або 12, DMA 3). Можливість використання одного IRQ декількома адаптерами залежить від типу шини й вимагає  підтримки з боку драйверів цих  адаптерів.

Використання різними  адаптерами одного каналу DMA у принципі можливо, але пов’язане з безліччю проблем і тому не рекомендується.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Формфактори і запобігання конфліктів, які виникають при використанні ресурсів

Специфікація формфактора NLX і пов'язана з ним інформація може бути отримана нг Web-Вузлі Desktop Form Factor за адресою: http://formfactors.org. Формфактори АТХ mini-ATX, micro-ATX, flex-ATX і NLX стануть найбільш використовуваними практично для всіх майбутніх систем. Ці формфактори є сучасними стандартами комп'ютерного ринку, тому варто уникати більше ранніх, застарілих формфакторів (наприклад, Baby-AT). Рекомендую також відмовитися від використання LPX і інших оригінальних систем, можливість розширюваності яких досить проблематична. Наприклад, система LPX відрізняється не тільки складністю заміни системної плати, але й відсутністю слотов розширення й додаткових відсіків для установки дисководів. Загалом, плата АТХ є найбільш прийнятним варіантом для сучасних систем, у яких втілені принципи розширюваності, можливості відновлення, низької вартості й простоти обслуговування.

WTX

Формфактор систем і системних  плат WTX розроблявся для робочих  станцій середнього рівня. WTX по своїх  параметрах ненабагато відставав від  АТХ і визначав розмір/форму системної  плати, а також інтерфейс плати  й корпуси, розроблений відповідно до особливостей формфактора.

Формфактор WTX версії 1.0 був  представлений у вересні 1998 року, а в лютому 1999 року з'явилася його наступна версія (1.1). Специфікація формфактора WTX і пов'язана з ним інформація перебувала на Web-Вузлі http: //www.wtx.org. На жаль, на даний момент ця інформація недоступна, тому що цей вузол закритий. Я  не впевнений у тім, що ці дані коли-або  ще з'являться. 
Деякі із представлених систем формфактора WTX розроблялися як сервери. На мал. 4.16 показана типова система WTX зі знятою кришкою. Зверніть увагу, що вільний доступ до внутрішніх компонентів системи забезпечується за рахунок висування складальних модулів і можливості відкривати бічні панелі.

Системні плати WTX, максимальна  ширина яких досягає 14 дюймів (356 мм), а  максимальна довжина 16,75 дюйма (425 мм), набагато більше плат АТХ. Мінімальні розміри плати не обмежені, що дозволяє виробникам зменшувати розміри плат відповідно до монтажних критеріїв.

Офіційні вимоги по установці  й розташуванню системної плати WTX не визначені, що дозволяє забезпечити  необхідну гнучкість конструкції. Точне розташування й розмір кріпильних отворів також не вказується; замість  цього системна плата WTX установлюється на стандартній монтажній платі, що повинна бути поставлена в комплекті  із системною платою. Конструкція  корпуса WTX дозволяє встановити монтажну плату із приєднаної до неї системною  платою.

Системні плати  оригінальної розробки

Системні плати, які не володіють одним зі стандартних  формфакторів (полноразмерный AT, Baby-AT, ATX, mini-ATX, micro-ATX або NLX), називаються системними платами оригінальної розробки. Не рекомендується купувати комп'ютер із системними платами нестандартних конструкцій, оскільки в них не передбачена умова заміни системної плати, джерела харчування або корпуса, що істотно обмежує можливості модернізації. Комп'ютери з такими платами також важко ремонтувати. Проблема полягає в тому, що комплектуючі для заміни можна дістати тільки у виготовлювача системи й вони звичайно в багато разів дорожче стандартних.

Якщо системна плата вийде  з ладу, дешевше купити нову стандартну систему цілком, оскільки така плата  в п'ять разів дорожче нової  стандартної системної плати. Крім того, нова системна плата зі стандартним  формфактором, швидше за все, буде мати більше високу швидкодію, чим замінна.

Варто помітити, що існує  можливість обмеженої модифікації  систем ранніх версій, що містять системні плати оригінальних конструкцій. Це можливо завдяки заміні нестандартного процесора підключеним до нього  регулятором напруги, що звичайно називається  мікросхемою "перепорушення" ("overdrive") або прискореного режиму ("turbo"). На жаль, подібна модифікація далеко не завжди дозволяє сполучити більше дешевий новий процесор і системну плату. Як правило, варто обновляти системну плати разом із процесором, що неможливо виконати в оригінальній системі.

Конструкція розповсюдженої системної плати LPX була основою  більшості оригінальних систем. Подібні  системи продавалися в основному  по каналах роздрібної торгівлі. У  системах цього класу традиційно домінували компанії Compaq, Hewlett-Packard (серія Vectra) і Packard Bell (яка вже припинила своє існування). У цілому всім перерахованим системам властиві проблеми, характерні для будь-яких систем оригінальних конструкцій.

Якщо, наприклад, вийде з  ладу системна плата в комп'ютері  класу АТХ, можна знайти скільки  завгодно системних плат підходящої конструкції з різними процесорами  й швидкодією по цілком прийнятних цінах. При бажанні можна знайти заміну й для плат Baby-AT, однак цей  формфактор не підтримує нові технології й не використовується в останніх моделях комп'ютерів от уже кілька років. Якщо ж вийде з ладу системна плата унікальної конструкції, то прийде звертатися до її виробника. При цьому  практично не буде можливості підібрати  плату з більше якісним процесором, чим той, який був у вас. Інакше кажучи, здійснювати модернізацію й  ремонт подібних комп'ютерів складно  й, як правило, невигідно.

Комп'ютери, продавані такими провідними компаніями, як Dell, Gateway і Micron, мають стандартний формфактор ATX, micro-ATX і NLX, тому з їхньою модернізацією не виникне проблем у майбутньому. Ці формфактори дозволяють легко замінити системну плату, джерело харчування й інші компоненти, причому знайти нові компоненти ви зможете не тільки у виробників первісної системи.

 

2. Компоненти системної плати 

У сучасну системну плату  убудовані такі компоненти, як гнізда процесорів, рознімання й мікросхеми.

Найсучасніші  системні плати містять наступні компоненти: 
- гніздо для процесора 
- набір мікросхем системної логіки (компоненти North/South Bridge або Hub); 
- мікросхема Super : базова система уведення-висновку (ROM BIOS/Flash BIOS); 
- гнізда модулів пам'яті SIMM/DIMM/RIMM; 
- рознімання шин ISA/PCI/AGP 
- перетворювач напруги для центрального процесора; 
- батарея.

Крім цього, деякі системні плати містять у собі інтегровані  аудио- і відеоадаптери, мережний і SCSI-Інтерфейс, рознімання AMR (Audio Modem Riser) і CNR (Communications and Networking Riser), а також інші елементи, залежно від типу системної плати.

Всі стандартні компоненти обговорюються далі в главі.

Гнізда для  процесорів

Процесори можна встановлювати  в гнізда типу Socket або Slot. Процесори, розроблювальні Intel (починаючи з 486-го), користувач може встановлювати й заміняти самостійно. Були розроблені стандарти для гнізд типу Socket, у які можна встановити різні моделі конкретного процесора. Кожний тип гнізда Socket або Slot має свій номер. Будь-яка системна плата містить гніздо типу Socket або Slot; по номері можна точно визначити, які типи процесорів можуть бути встановлені в дане гніздо. Більш докладно гнізда процесорів описуються в главі 3, "Типи й специфікації мікропроцесорів".

 

3. Системні ресурси 

Системними ресурсами  називаються комунікаційні канали, адреси й сигнали, використовувані  вузлами комп'ютера для обміну даними за допомогою шин.

Звичайно під  системними ресурсами мають на увазі: 
- адреси пам'яті; 
- канали запитів переривань (IRQ); 
- канали прямого доступу до пам'яті (DMA); 
- адреси портів вводу-висновку.

У наведеному списку системні ресурси розміщені в порядку  зменшення ймовірності виникнення через них конфліктних ситуацій у комп'ютері. Найпоширеніші проблеми пов'язані з ресурсами пам'яті, іноді розібратися в них і  усунути причини їхнього виникнення досить складно. Більш докладно ці проблеми розглядаються в главі 6, "Оперативна пам'ять". У даній главі мова йде про інші види перерахованих  вище ресурсів. Так, виникає значно більше конфліктів, пов'язаних з ресурсами IRQ, чим з ресурсами DMA, оскільки переривання запитуються частіше. Практично у всіх платах використовуються канали IRQ. Канали DMA застосовуються рідше, тому звичайно їх цілком достатньо. Порти уведення-висновку використовуються у всіх підключені до шини пристроях, але 64 Кбайт пам'яті, відведеної під порти, звичайно вистачає, щоб уникнути конфліктних ситуацій. Загальним для всіх видів ресурсів є те, що будь-яка встановлена в комп'ютері плата (або пристрій) повинна використовувати унікальний системний ресурс, інакше окремі компоненти комп'ютера не зможуть розділити ресурси між собою й відбудеться конфлікт.

Всі ці ресурси необхідні  для різних компонентів комп'ютера. Плати адаптерів використовують ресурси для взаємодії з усією  системою й для виконання специфічних  функцій. Кожній платі адаптера потрібний  свій набір ресурсів. Так, послідовним  портам для роботи необхідні канали IRQ і унікальні адреси портів уведення-висновку, для аудиоус-тройств потрібно ще хоча б один канал DMA. Більшістю мережних плат використовується блок пам'яті ємністю 16 Кбайт, канал IRQ і адреса порту виводу-вводу-висновку.

У міру установки додаткових плат у комп'ютері росте ймовірність  конфліктів, пов'язаних з використанням  ресурсів. Конфлікт виникає при установці  двох або більше плат, кожної з яких потрібна лінія IRQ або адреса порту  виводу-вводу-висновку. Для предот- ' обертання конфліктів на більшості плат установлюються перемички або перемикачі, за допомогою яких можна змінити адресу порту уведення-висновку, номер IRQ і т.д. А в сучасних операційних системах Windovvs&r, що задовольняє специфікації Plug and Play, установка правильних параметрів здійснюється на етапі інсталяції встаткування. На щастя, знайти вихід з конфліктних ситуацій можна майже завжди, для цього потрібно лише знать правила гри.

 

4. Переривання

Канали запитів переривання (IRQ), або апаратні переривання, використовуються різними пристроями для повідомлення системній платі (процесору) про  необхідність обробки певного запиту.

Канали переривань являють  собою проводники на системній платі й відповідні контакти в розніманнях. Після одержання IRQ комп'ютер приступає до виконання спеціальної процедури його обробки, першим кроком якої є збереження в стеці вмісту регістрів процесора. Потім відбувається звертання до таблиці векторів переривань, у якій утримується список адрес пам'яті, що відповідають певним номерам (каналам) переривань. Залежно від номера отриманого переривання, запускається програма, що ставиться до даного каналу.

Покажчики в таблиці векторів визначають адреси пам'яті, по яких записані програми-драйвери для обслуговування плати, що послала запит. Наприклад, для мережної плати вектор переривання  містить адреса мережних драйверів, призначених для роботи з нею; для контролера жорсткого диска  вектор указує на програмний код BIOS, що обслуговує контролер. 
Після виконання необхідних дій по обслуговуванню пристрою, що послав запит, процедура обробки переривання відновлює вміст регістрів процесора (витягаючи його зі стека) і повертає керування комп'ютером тій програмі, що виконувалася до виникнення переривання.

Завдяки перериванням комп'ютер може вчасно реагувати на зовнішні події. Щораз, коли послідовний порт передає байт даних системі, генерується  відповідне переривання, завдяки якому  система повинна обробити байт даних  до надходження наступних даних. Урахуйте, що в деяких випадках пристрій, що підключається до порту (наприклад, модем з мікросхемою UART 16550 або  вище), може містити спеціальний  буфер, що дозволяє зберігати кілька символів перед генеруванням переривання.