1. Что из перечисленного входит в понятие интерфейса?
Интерфейс – это совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для передачи информации между компонентами ЭВМ и включающих в себя:
· электронные схемы;
· линии;
· шины;
· сигналы адресов, данных и управления;
· алгоритмы передачи сигналов;
· правила интерпретации сигналов устройствами.
2. Какими параметрами характеризуется интерфейс?
· пропускная способность – количество информации, которая может быть передана через интерфейс в единицу времени (имеет диапазон от десятков байт до сотен мегабайт);
· максимальная частота передачи информационных сигналов через интерфейс (от десятков герц до сотен мегагерц);
· максимально допустимое расстояние между соединяемыми устройствами (имеет диапазон от десятков сантиметров до нескольких километров при использовании оптоволоконных линий);
· общее число проводов (линий) в интерфейсе;
· информационная ширина интерфейса – число бит или байт данных, передаваемых параллельно через интерфейс. Различные интерфейсы имеют ширину 1, 8, 16, 32, 64, 128 или 256 бит;
· динамические параметры интерфейса – время передачи отдельного слова и блока данных с учетом продолжительности процедур подготовки и завершения передачи;
· связность интерфейса: интерфейс может быть односвязным, когда существует лишь единственный путь передачи информации между парой устройств машины, и многосвязным, позволяющим устройствам обмениваться информацией по нескольким независимым путям. Многосвязность интерфейсов требует дополнительной аппаратуры, но повышает надежность и живучесть вычислительной машины, обеспечивает возможность автоматической реконфигурации вычислительного комплекса при выходе из строя отдельных устройств.
3. Какие задачи возлагаются на интерфейсные схемы устройств ввода-вывода?
· обеспечение функциональной и электрической совместимости сигналов и протоколов обмена модуля и системной магистрали;
· преобразование внутреннего формата данных модуля в формат данных системной магистрали и обратно;
· обеспечение восприятия единых команд обмена информацией и преобразование их в последовательность внутренних управляющих сигналов.
4. Какие проблемы должны быть решены при разработке систем ввода-вывода информации?
· необходимо обеспечить возможность реализации ЭВМ с переменным составом оборудования, в первую очередь, с различным набором устройств ввода-вывода, с тем чтобы пользователь мог выбирать конфигурацию машины в соответствии с ее назначением, легко добавлять новые устройства и отключать те, в использовании которых отпала необходимость;
· для эффективного и высокопроизводительного использования оборудования компьютера необходимо реализовывать параллельную во времени работу процессора над вычислительной частью программы и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода;
· необходимо упростить для пользователя и стандартизовать программирование операций ввода-вывода, обеспечить независимость программирования ввода-вывода от особенностей того или иного периферийного устройства;
· обеспечить автоматическое распознавание и реакцию процессора на многообразие ситуаций, возникающих в УВВ (готовность устройства, отсутствие носителя, различные нарушения нормальной работы и др.).
5. Каков основной недостаток магистрально-модульного способа организации ЭВМ?
· невозможность одновременного взаимодействия более двух модулей, что ставит ограничение на производительность компьютера. Поэтому он, в основном, используется в ЭВМ, к характеристикам которых не предъявляется очень высоких требований, например в персональных ЭВМ.
6. Каков основной недостаток программно-управляемого способа передачи информации?
· нерациональное использование мощности микропроцессора, который вынужден выполнять большое количество относительно простых операций, приостанавливая работу над основной программой. При этом действия, связанные с обращением к оперативной памяти и к периферийному устройству, обычно требуют удлиненного цикла работы микропроцессора из-за их более медленной работы по сравнению с микропроцессором, что приводит к еще более существенным потерям производительности ЭВМ.
7. В каких случаях программно-управляемый обмен между памятью и устройством ввода-вывода эффективнее обмена в режиме прямого доступа к памяти?
· программно-управляемый обмен используется в ЭВМ для операций ввода-вывода отдельных байт (слов), которые выполняются быстрее, чем при ПДП, так как исключаются потери времени на инициализацию контроллера ПДП, а в качестве основного способа осуществления операций ввода-вывода используют ПДП.
8. Какие из сигналов на шине ISA используются при обмене информации в режиме прямого доступа к памяти?
· A 0- A 23 – шина адреса;
· D 0- D 15 – двунаправленная шина данных, допускает обмен как байтами, так и словами (2 байта);
· CLK – шинный тактовый сигнал, синхронизирует работу процессора, ОП и УВВ;
· MR – управляющий сигнал чтения из ОП;
· MW – управляющий сигнал записи в ОП;
· IOR – управляющий сигнал чтения из УВВ;
· IOW – управляющий сигнал записи в УВВ;
· IRQi – запрос прерывания от i -го источника;
· DRQi – запрос прямого доступа к памяти по i –му каналу контроллера ПДП;
· DACKi – разрешение прямого доступа к памяти i –му каналу контроллера ПДП;
· AEN – сигнал занятости шин обменом в режиме ПДП,
· READY – сигнал готовности УВВ к обмену.
9. Какая информация должна быть занесена в контроллер прямого доступа к памяти при его инициализации?
· При инициировании операции ввода-вывода в счетчик подлежащих передаче данных заносится размер передаваемого блока (число байт или слов), а в счетчик текущего адреса - начальный адрес области памяти, используемой при передаче. При передаче каждого байта содержимое счетчика адреса увеличивается на 1, при этом формируется адрес очередной ячейки памяти, участвующей в передаче. Одновременно уменьшается на 1 содержимое счетчика подлежащих передаче данных; обнуление этого счетчика указывает на завершение передачи.
История развития ЭВМ
- Когда была создана первая электронная вычислительная машина?
· расчетно-механическая машина ≪Марк-1≫ (США, 1944 г.).
Проект первой ЭВМ ЭНИАК был разработан Дж.Моугли (США, 1942 г.); в 1946 г машина вступила в строй. В этой машине 18.000 электрических ламп, 1500 электромеханических реле. Применение ламп повысило скорость выполнения операций в 1000 раз по сравнению с устройством ≪Марк-1≫.
За точку отсчета эры ЭВМ принимают сеансы опытной эксплуатации машины ЭНИАК, которые начались в Пенсильванском университете в 1946 г.
- Какая элементная база у ЭВМ различных поколений?
· 1-ое (1946-1955): реле, электронные лампы; ЭНИАК 1946, МЭСМ, БЭСМ-1, «Стрела»
· 2-ое (1955-1965): полупроводниковые приборы; «Наири», «Мир», «Раздан», БЭСМ-4,6
· 3-е (1965-1970): ИС, (после 70г.): БИС; ЕС ЭВМ
· 4-ое (после 80г.): СБИС. «Эльбрус»
- Какая ЭВМ в СССР первой достигла производительности 1 млн операций в сек?
· Машина 2-ого поколения БЭСМ-6.
Прерывания
1. В какой момент в современных ЭВМ проводится проверка наличия запроса прерывания?
· после завершения выполнения очередного этапа команды (например, считывание команды, считывание первого операнда и т.д.);
· по окончании каждой команды программы.
2. Чем отличается обработка прерывания от выполнения подпрограммы?
· вызов обработчика прерывания связан с необходимостью реакции системы на особую ситуацию, сложившейся при выполнении программы, или на сигнал от внешнего устройства, а вызов подпрограммы запланирован программистом в программе.
3. Какие из действий по обработке прерывания выполняются процессором автоматически?
· определение наиболее приоритетного незамаскированного запроса на прерывание (если одновременно поступило несколько запросов);
· определение типа выбранного запроса;
· сохранение текущего состояния счетчика команд и регистра флагов;
· определение адреса обработчика прерывания по типу прерывания и передача управления первой команде этого обработчика;
· восстановление сохраненных значений счетчика команд и регистра флагов прерванной программы;
· продолжение выполнения прерванной программы. (под вопросом)
4. В чем состоит преимущество определения наличия запроса прерывания по окончании команды перед определением наличия запроса по окончании этапа выполнения команды?
· В первом случае время реакции может быть достаточно большим. Однако при переходе к обработчику прерывания требуется запоминание минимального контекста прерываемой программы (обычно это счетчик команд и регистр флагов). Второй подход обеспечивает более быструю реакцию, но при этом необходимо за минимальное время сохранять большой объем информации о прерываемой программе, включающей состояние буферных регистров процессора; при возврате из обработчика прерывания также необходимо выполнить большой объем работы по восстановлению состояния процессора.
5. Какими средствами реализуется механизм обработки прерываний?
· Аппаратно-программными.
6. Какими средствами можно запретить все аппаратные маскируемые прерывания?
· Для запросов маскируемых прерываний используется вход INT микропроцессора. Обработка запроса прерывания по данному входу может быть заблокирована сбросом бита IF в регистре флагов микропроцессора.
7. Каковы достоинства дейзи-цепочки определения приоритета запроса прерывания?
· позволяет быстро анализировать наличие сигнала запроса прерывания
· позволяет определять наиболее приоритетный запрос из нескольких присутствующих в данный момент.
8. Чем определяется глубина прерывания?
· максимальным числом программ, которые могут прерывать друг друга. Глубина прерывания обычно совпадает с числом уровней приоритетов, распознаваемых системой прерываний.
9. Что такое "тип прерывания"?
· 8-разрядный код, используемый для определения адреса обработчика прерывания.
10. Что такое "вектор прерывания"?
· Элемент таблицы векторов прерываний. Содержит адрес программы-обработчика прерывания.
11. Какая информация содержится в таблице векторов прерывания?
· Значения сегментного регистра команд (CS) и указателя команд (IP) для 256 обработчиков прерываний.
12. Каким образом микропроцессор определяет адрес программы – обработчика прерывания поступившего запроса?
· Посредством таблицы векторов прерываний.
13. Каково назначение контроллера приоритетных прерываний?
· Подключение к одному входу INT микропроцессора сигналов запросов от большого числа различных внешних устройств, которые входят в состав современного компьютера: таймера, клавиатуры, мыши, принтера, сетевой карты и т.д.
14. От какого количества источников может воспринимать запросы контроллер приоритетных прерываний?
· до 8 запросов прерываний (IRQ0 - IRQ7), поступающих по внешним входам, при каскадном подключении ещё + 7 (причем ведомый КПП подключен к входу IRQ2 ведущего).
15. Какую информацию сохраняет микропроцессор при переходе от основной программы к обработчику прерывания?
· сохранение текущего состояния счетчика команд (СК) и регистра флагов.
Конвейер
1. Какие преимущества обеспечивает конвейерный принцип обработки информации (при идеальном конвейере)?
· Уменьшение времени выполнения программы;
· Повышение скорости загрузки блоков микропроцессора.
2. Как изменяется длительность такта при переходе от последовательного выполнения команд к конвейерному?
· Увеличивается
3. Чем определяется длительность такта работы микропроцессора при конвейерной обработке информации?
· Длительностью самого длинного этапа выполнения команды при последовательной обработке;
· Имеющимися на данный момент технологическими возможностями производства микропроцессорных БИС.
4. Какие из действий не выделяются в пятиступенчатом конвейере в отдельный этап?
· Формирование признака результата;
· Формирование адреса следующей команды.
5. Какими средствами при конвейерной обработке информации обеспечивается повышение производительности работы микропроцессора?
· Совмещением выполнения различных этапов различных команд в различных блоках микропроцессора.
6. Чем характеризуется идеальный конвейер?
· Отсутствием конфликтов.
7. Какова длительность выполнения 20 команд в идеальном 5‑ступенчатом конвейере при длительности такта 10 нс?
· 240 нс
8. Каковы причины возникновения структурных конфликтов в конвейере?
· Недостаточное дублирование некоторых ресурсов;
· Некоторые ступени отдельных команд выполняются более одного такта.
9. Как называются конфликты в конвейере, возникающие при конвейеризации команд переходов?
· По управлению
10. Как называются конфликты в конвейере, возникающие в случаях, когда выполнение одной команды зависит от результата выполнения предыдущей команды? 3
· По данным
11. Как называются конфликты в конвейере, возникающие в том случае, когда аппаратные средства микропроцессора не могут поддерживать все возможные комбинации команд в режиме одновременного выполнения с совмещением?
· Структурные
Мультипрограммирование
1. Чем характеризуется мультипрограммный режим работы ЭВМ?
· Возможность перехода от выполнения одной задачи к другой;
· В памяти ЭВМ одновременно содержатся программы и данные для выполнения нескольких задач;
· Взаимная защита программ и данных, относящихся к различным задачам.
2. Что такое "процесс" в мультипрограммной ЭВМ?
· Процесс - это система действий, реализующая определенную функцию в вычислительной системе и оформленная так, что управляющая программа вычислительной системы может перераспределять ресурсы этой системы в целях обеспечения мультипрограммирования. То есть процесс – это некоторая деятельность, связанная с исполнением программы на процессоре.
3. Чем отличается состояние готовности процесса от состояния ожидания?
· В состоянии готовности процессу для исполнения необходим только центральный процессор, а в состоянии ожидания процесс не исполняется по причине занятости какого-либо ресурса помимо процессора.
4. Что характеризует коэффициент мультипрограммирования мультипрограммной ЭВМ?
· Максимальное количество программ, которое может одновременно обрабатываться в мультипрограммном режиме.
5. В каком случае увеличение коэффициента мультипрограммирования увеличивает пропускную способность ЭВМ?
· Когда устройства ЭВМ недогружены.
6. Какое из соотношений между последовательностями состояний процесса является верным?
· Порождение всегда предшествует активному состоянию;
· Активное состояние всегда предшествует окончанию.
7. Какие показатели характеризуются использование аппаратных ресурсов ЭВМ при мультипрограммном режиме работы?
· Коэффициент загрузки устройства;
· Средняя длина очереди к устройству.
8. Каким образом можно обеспечить повышение пропускной способности мультипрограммной ЭВМ в случае, когда к одному из ресурсов образуется большая очередь?
· Заменой данного ресурса на более производительный;
· Переформированием пакета задач.
9. Как вычисляется интервал существования процесса?
· Это время между порождением и окончанием процесса.
10. Как изменит повышение приоритета одной из программ пропускную способность мультипрограммной ЭВМ?
· Может привести как к повышению, так и к понижению пропускной способности.
11. Как в общем случае изменяется время выполнения программы при увеличении коэффициента мультипрограммирования?
· Увеличивается
12. Как в общем случае изменяется время выполнения пакета программ при увеличении коэффициента мультипрограммирования?
· Уменьшается
13. В каких случаях статическое распределение ресурсов предпочтительнее динамического?
· Когда необходимо обеспечить исполнение отдельной программы за минимальное время
14. Какие характеристики ресурса порождают конфликты?
· Исчерпаемость ресурса
15. Какие характеристики соответствуют виртуальному ресурсу?
· Виртуальный ресурс имеет расширенные функциональные возможности по отношению к физическому ресурсу, на базе которого он создан;
· Виртуальный ресурс обладает некоторыми дополнительными свойствами, которых физический ресурс не имеет.
16. Укажите основные режимы работы мультипрограммной ЭВМ.
· Пакетный;
· Разделения времени;
· Реального времени.
17. Укажите основные одноочередные дисциплины распределения ресурсов.
· LIFO;
· FIFO;
· Круговой циклический алгоритм.
18. В какой из одноочередных дисциплин распределения ресурсов время нахождения в очереди длинных и коротких запросов зависит только от момента их поступления?
· FIFO
19. Какая из одноочередных дисциплин распределения ресурсов наиболее благоприятствует выполнению коротких запросов?
· Круговой циклический алгоритм
20. Какие из дисциплин распределения ресурсов относятся к многоочередным?
· Дисциплина с динамическим изменением приоритетов программ;
· Дисциплина со статическим указанием приоритетов программ.
21. Какие недостатки имеет существенное сокращение длительности кванта времени, выделяемого программе на владение ресурсом?
· Длинные программы тратят на выполнение недопустимо большое время;
· Значительно возрастает время, необходимое для переключения программ.
22. На основе какой одноочередной дисциплины распределения ресурсов обычно строятся многоочередные дисциплины?
· Круговой циклический алгоритм.
23. Какая из многоочередных дисциплин учитывает длину программы при распределении ресурсов?
· Со статическим указанием приоритетов программ.
Считается, что продолжительность выполнения программы приблизительно пропорциональна ее длине. По крайней мере, от длины программы прямо зависит время, затрачиваемое на передачу программы между ОЗУ и внешним ЗУ при ее активизации.
24. Для каких целей в мультипрограммной ЭВМ используется алгоритм планирования Корбато?
· для определения номера очереди, в которую помещается новая программа при многоочередной дисциплине распределения ресурсов.
25. При какой дисциплине распределения ресурсов вновь поступивший запрос с максимальным уровнем приоритета будет быстрее принят к обслуживанию?
· В системе с абсолютными приоритетами запросов
26. Какая из модификаций многоочередной дисциплины распределения ресурсов предназначена для того, чтобы устранить недопустимо большое время выполнения длинных запросов?
· Система с динамическим изменением приоритетов программ.
27. Какой из режимов работы мультипрограммной ЭВМ используется в системах управления?
· Режим реального времени.
28. Какой из режимов работы ориентирован на обеспечение максимальной пропускной способности мультипрограммной ЭВМ?
· Пакетный.
29. Для каких программ эффективен пакетный режим работы мультипрограммной ЭВМ?
· Для больших отлаженных программ.
Определение номера очереди, в которую поступает программа при первоначальной загрузке, осуществляется по алгоритму планирования Корбато: программа сразу поступает в очередь i = [log2 lp/ltk + 1], где lp - длина программы в байтах; ltk - число байт, которые могут быть переданы между ОЗУ и внешней памятью за время.
30. Какой порядок учета приоритета вновь поступивших запросов возможен в базовом варианте многоочередной дисциплины распределения ресурсов (со временем кванта, не зависящим от номера очереди)?
· Учет приоритетов невозможен.
31. Какой основной показатель используется при оценке эффективности ЭВМ, работающей в режиме реального времени?
· Выполнение задания за время, не превышающее максимально допустимого для данного задания.
32. Какой основной показатель используется при оценке эффективности ЭВМ, работающей в пакетном режиме?
· Выполнение задания за время, не превышающее максимально допустимого для данного задания;
· Пропускная способность ЭВМ. (под вопросом)
При пакетном режиме основным показателем эффективности служит пропускная способность ЭВМ - число задач, выполненных в единицу времени.
Управление памятью
1. Какие основные функции выполняет система управления памятью?
· Учет и модернизация состояния свободных и уже распределенных областей памяти;
· Определение потребностей каждой задачи в оперативной памяти (распределение памяти для выполнения задач);
· Непосредственное выделение задаче оперативной памяти.
2. Каковы основные системные требования при распределении памяти?
· Увеличение степени использования оперативной памяти при параллельном развитии нескольких процессов в мультипрограммном режиме;
· Обеспечение защиты информации при параллельном развитии нескольких процессов в мультипрограммном режиме;
· Обеспечение взаимодействия между процессами в мультипрограммном режиме.
3. Каковы основные требования пользователей к распределению памяти?
· Получение оперативной памяти в размерах, превышающих физически существующую;
· Обеспечение быстрого выполнения коротких программ;
· Легкость и простота взаимодействия между программами при использовании общих процедур.
4. Какая часть программного обеспечения всегда располагается в оперативной памяти?
· Ядро операционной системы
5. Что такое виртуальная память?
· Память, объем которой равен сумме объемов ОЗУ и внешних запоминающих устройств данного компьютера;
· Память, используемая программистом при написании программ, и имеющая объем, равный максимально возможному при заданной разрядности адресной шины.
6. Почему концепция виртуальной памяти базируется на ее страничном разбиении?
· При страничном разбиении памяти объемы физической и виртуальной страниц совпадают, что позволяет заменять страницу оперативной памяти новой страницей из внешней памяти без возникновения проблем фрагментации памяти.
7. Каким образом виртуальный адрес преобразуется в физический?
· Номер виртуальной страницы заменяется номером физической. Смещение в странице не меняется.
8. Какие адреса использует программист при составлении программ?
· Виртуальные
9. Каковы особенности статического распределения памяти?
· Вся необходимая оперативная память выделяется процессу в момент его порождения;
· Выделение памяти единым блоком необходимой длины;
· Возникновение свободных участков памяти, которые невозможно без предварительного преобразования использовать для вычислительного процесса, вследствие наличия программ различной длины.
10. Каковы предпосылки динамического распределения памяти?
· При каждом конкретном исполнении в зависимости от исходных данных некоторые части программы вообще не используются;
· Исполнение программы характеризуется принципом локальности ссылок.
11. Как преобразуется смещение в странице при переводе виртуальных адресов в физические?
· Не изменяется
12. Почему виртуальная память строится на основе страничного, а не сегментного представления памяти?
· Фиксированная длина страницы обеспечивает эффективное заполнение оперативной памяти в процессе выполнения программ;
· Отсутствует фрагментация оперативной памяти при обменен информацией между внешней и оперативной памятью.
13. Каковы основные недостатки сегментного распределения памяти?
· Образования фрагментации оперативной памяти при выполнении программ;
· Сложность обмена между оперативной и внешней памятью при выделении оперативной памяти пользователю.
14. Каковы преимущества статического распределения памяти?
· Быстрое время выполнения программы, которой выделена память.
15. Какой принцип логической организации памяти используется в персональной ЭВМ?
· Сегментно-страничный.
16. Для каких целей используется селектор в персональной ЭВМ?
· Для выбора дескриптора из таблицы дескрипторов.
17. В какой последовательности проводится преобразование логического адреса в физический в персональной ЭВМ?
· 1. селектор из сегментного регистра à дескриптор сегмента из GDT или LDT à базовый адрес сегмента (из дескриптора) + смещение (из регистра EIP) = линейный адрес.
· 2. (если страничная адресация) линейный адрес à номер виртуальной страницы (ст. 20 разр.) и смещение в странце (мл. 12 разр.) à из КТС выбирается ЭКТС, содержащий
адрес ЭТС в ТС à ТС содержит базовый адрес физической страницы; сумма его со смещением в странице даёт физический адрес ячейки памяти.
18. Где располагаются селекторы дескрипторов?
· В сегментных регистрах.
19. Где содержится начальный адрес сегмента информации персональной ЭВМ?
· В дескрипторе.
20. Какая информация содержится в дескрипторе сегмента персональной ЭВМ?
· Дескриптор содержит сведения о сегменте. В одном из его полей содержится базовый адрес сегмента. В остальных полях записана дополнительная информация о сегменте: длина, допустимый уровень прав доступа к данному сегменту с целью защиты находящейся в нем информации, тип сегмента (сегмент кода, сегмент данных, специальный системный сегмент и т.д.) и некоторые другие атрибуты.
21. Какая информация содержится в буфере ассоциативной трансляции?
· При страничном преобразовании номера виртуальной страницы в номер физической страницы используется кэш-буфер ассоциативной трансляции (TLB), содержащий физические адреса 32-х наиболее активно используемых страниц (рис. 16.5) и расположенный непосредственно в микропроцессоре.
22. Как определяется номер виртуальной страницы при сегментно-страничном преобразовании адреса?
· Содержится в старших разрядах линейного адреса, полученного после сегментного преобразования
23. Из каких частей состоит логический адрес, используемый для получения физического адреса в персональной ЭВМ?
· из селектора и смещения в сегменте
24. Какое минимальное количество обращений к оперативной памяти выполняется в персональной ЭВМ при вычислении физического адреса в сегментированном адресном пространстве без использования средств сокращения времени преобразования адреса?
· 1
25. Какое минимальное количество обращений к оперативной памяти выполняется в персональной ЭВМ при страничном преобразовании адреса без использования средств сокращения времени преобразования?
· 2
26. Какое минимальное количество обращений к оперативной памяти выполняется в персональной ЭВМ при вычислении физического адреса в сегментно-страничном адресном пространстве без использования средств сокращения времени преобразования?
· 3
27. Какие средства используются в персональной ЭВМ для сокращения времени получения физического адреса памяти в сегментно-страничном адресном пространстве?
· сохранение базового адреса сегмента, полученного после первого обращения к данному сегменту, в "теневом" регистре микропроцессора;
· сохранение базового адреса страницы, полученного после первого обращения к данной странице, в буфере ассоциативной трансляции адресов страниц.
28. Для каких целей в персональной ЭВМ используется буфер ассоциативной трансляции адреса страницы?
· для сокращения времени страничного преобразования адреса.