Состав и принципы построения ЭВМ

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:

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.

 
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:

Внутренний интерфейс

Интерфейс ввода/вывода

Интерфейсы межмашинного обмена

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.

УПД

ЗУ

АЛУ

УУ

ДЗУ

ОЗУ

УВ

ВЗУ

УВС

СК

МК

УУ

СОЗУ

АЛУ

процессор

ОЗУ

КВв

КВв

УВв

УВыв

ВЗУ

ВЗУ

ВУ

ВУ

ОП

СИСТЕМНАЯ ШИНА

таймер

КПД

контроллер

ОП