ЭВМ представляет собой совокупность устройств, выполненных на больших интегральных схемах. Все устройства ЭВМ делятся на центральные и периферийные. В центральных устройствах основным узлом, связывающим микропроцессорный комплект в единое целое, является системная магистраль. Она состоит из трех узлов, называемых шинами: шина данных (ШД), шина адреса (ША), шина управления (ШУ).
Управляющая работой ЭВМ программа перед началом выполнения загружается в основную память (ОП). Адрес первой выполняемой команды передается микропроцессору и запоминается в счетчике команд.
Начало работы процессора заключается в том, что адрес из счетчика команд выставляется на ШУ системной магистрали. Одновременно на ШУ выдается команда «Выборка из ОП». Получив команду, основная память считывает адрес с ША, находит ячейку с по этому адресу и выставляет содержимое ячейки на ШД, а на ШУ выставляет сигнал о выполнении команды. Получив который, микропроцессор вводит число с ШД в свою внутреннюю магистраль. Введенное число попадает в регистр команд.
В регистре комманд полученная каманда разделяется на 2 части: кодовую и адресную. Код команды поступает в блок управления, настраивает МП на выполнение заданной операции и определяется адрес следующей команды. Адресная часть выставляется на шину адресов и осуществляется выборка информации из основной памяти, которая поступает через внутреннюю магистраль МП в АЛУ. После чего начинается выполнения комады в АЛУ. Результаты выполнения операции выставляет МП на ШД, на ША выставляется адрес ОП, в который нужно записать результат, после чего на ШД выставляется сигнал об окончании операции. Получив этот сигнал процессор начинает выполнять обработку заного по описаному выше циклу.
В каждом цикле получив команду и выполнив код операции процессор определяет к какому устройству она относится, если команда должна выпонятся МП, то она выполняется по вышеописанному циклу. Если команда преедназначена для выполнения другим устройством, то МП выставляет на ША адрес интересующего его устройства, по ШУ передается сигнал «поиск устройств», устройство с совпавшим номером вырабатывает сигнал отлика по ШУ. МП получив сигнал отклика выставляет имеющийся у него данные на ШД и поспровождали это сигналом по ШУ. Получив отклик от устройства о приеме данных, МП переключается на другую работу.
3. Особенности управления основной памятью ЭВМ. Отображение адресного пространства программы на основную память. Виртуальная память
При выполнении программы осуществляется ее загрузка в основную память, при этом выделяется часть машинных ресурсов, эти ресурсы используются для размещения комманд данных управляющих таблицей областей и ввода данных. Если выделение ресурсов производится перед перемещением программы, то говорят о статическом перемещении, если в процессе, то говорят оо динамическом перемещении.
1) реальная память больше требуемого адресного простр-ва проги в этом случае загрузка в память происходит начиная с нулевого адреса, загруж-я прога явл-ся абсолютной.
2) реальная память меньше треб-го адресного простр-ва проги, даную проблему решает ОС, разбиением проги на две части и подкачка недостающеей части по мере необходимости (swaping).
при мультипрограммном режиме работы может возникнуть ситуация, когда между програмами образуются незанятые участки памяти(см. рис.)
сист-ма с динамическим перемещением, позволяет перемещать части програм несмежных участков, т.о. позволяя реализовать мультипрограммный режим работы.
ваиртуальная память
На реальном объеме памяти можно имитировать работу с макс-м объемом памяти. в этом случае система работает с макс-м объемом памяти хоть допустимая память которая опр-ся разрядностью систему гораздо меньше, такой режим называется режимом виртуальной памяти.
4. Особенности управления основной памятью ЭВМ. Адресная структура команд микропроцессора и планирование ресурсов
Програма разбивается на несколько связанных сегментов адреса в каждом сегменте начинается с нуля, самым эфективным способом является динамическая трансляция адресов, при ее использ-и сегменты загруж-ся в основную память без трансляции адресного простр-ва, трансляция адресов производится в процесе выполнения.
при такой системе адресная часть разбивается на две части 'эс' ' ай'. каждый сегмент проги должен иметь свой адрес, таким образом адрес будет состоять из двух частей 'эс' - номер сегмента, 'ай' - адрес внутри сегмента.
форма имени сегмента может быть любой, сумма всегда 32.
есть ограничения:структура адреса накладывает два главных огр-я:
огр-ся макс-е число сегментов, огр-ся макс-е смещ-е любого адреса в сегментеб
для динамической трансляции адресов по известным относительным, ОС строит специальные таблицы, устонавливающие соотв-я между сегментируемым адресным пространством проги и действенным адресам сегм-ов в реальной памяти. Таблицу сегментов содержит каждая выполняемая прога.
дополнение к таблицы сегментов для динамической трансляции адреса используется спец-й упр-й регистр, регистр начала таблицы сегментов, в этот регстр занесен адрес табдицы сегментов выполняемой в данный момент
динамическая трансляция при описаном подходе вып-ся автомат-ки.
Для решения проблемы фрагмегтаци водят еще одну еденицу называемою страницей.
5. Система прерываний ЭВМ.
В процесе работы цп переключает свое внимание с устройства на устройство и с функции на функцию, на что имено вс данный момент времени обращает свое внимание цп опред-ся выполняемой им прогой. Для того чтобы цп имел возможнлсмть реагировать на события которые выполняются вне зоны его венимания существует система прерываний.
Работа системы основана на том, чстобы сохранить полученые на то время правильные результаты и после устранения неисправностей восстановить их в соответст-х регистрах.
В зависимрсти от источника нахождения прерывания они могут быть разделены на внутреннии (програмные и аппаратные) и внешние поступающие от внешних источников.
Принцип действия системы прерываний заключается в следующем, при выполнени прог после каждого рабочего такта проца измениются содержимые регистров счетчиков, изменяется состояние процессора. Совокупность наиболее существенных информационных элементов называется вектором сосотояния. Вектор состояния в каждый момент времени должен содержать инфу достаточную для продолжения выполнения проги или повторного пуска ее с точки соответствующей моменту формирования данного вектора. Элементы входящие в вектор состояния для различных эвм различны. каждое событие требующее прерывания сопровождается сигналом- запросом прерывания, прога затребованая запросом прерывания называется обработчиком прерывания.
Прерывания делятся на две группы: биос, дос
Делятся на три типа: апаратные, програмные и логические.
6. Состав, устройство и принцип действия основной памяти. Постоянное запоминающее устройство, типы, назначение.
Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ).
Запоминающие устройства делятся на основную память и внешние запоминающие устройства.
Основная память включает в себя: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), сверхоперативную
память (СОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
Функциональные возможности ОЗУ шире, чем ПЗУ, но ПЗУ ялвяется энергонезависимым, имеет более высокое быстродействие, в силу ограниченности функциональных возможностей, и специализации на опреденные операциии.
Микросхемы ПЗУ бывают тоех типов: неперепрограммируемые, перепрограммируемы однократно(масоченые) и перерограммируемые многократно (с помощью уф-облучения или с помощью импулььсов напряжения).
функции биос:
1)инициализация и начальное тестирлваения аппаратных средств(пост. англ)
2)настройка и конфиг аппаратных средств и сист ресурсов(сетап)
3) загрузка ОС с сответствующего устройства
4)обслуж-е аппаратных прерыв-й
5) обработка базовыъ функций прораммных обращений к сист устройствам
программы которые содержат пзу:
1)программа сист мониторинга, организующая начальное взаимодействие узлов, периодический опрос клавы.
2)прога самотестир-я компа
3)прога определения и установки конфига
4)базовая система ввода-вывода
5)таблица прерываний
7. Оперативное запоминающее устройство, типы, способы повышения быстродействия, стандарты.
8. Сверхоперативное запоминающее устройство. Запись и чтение данных из кэш-памяти. Принстонская и Гарвардская архитектуры. Политика записи.
созу строится на регистрах и регистровых структурах, на статических тригерах.
по назначению регистры делятся на регистры хрананения и сдвига. Информация в регстры может заноситься и считаться либо паралельно, всеми разрядами сразу, либо последовательно. Если к любому регистру можно обратится для чтения и записи по его адресу, то такая регистровая структура образует созу с произвольным доступом.
безадресные регистровые структуры образуют два вида устройств памяти, магазинного типа и с выборкой по содержанию. Если запись в регистровую структуру производится через один регистр, а считыыание через другой, то тауая память работает по принципу FIFO, если все делается черз один и тот же регистр то работает принцип FILO.
кэш хранит лишь ограниченную часть памяти и кеш-коталог, в котором указан список текущего соответствия областям памяти. При каждом обращении к памяти контролер проверяет по каталогу есть ли затребованная копия данных в кеше, если есть, фиксируется кеш попадание, если нет, то фикс руется кеш промах и данные берутся из основной памяти.
существует две архиетктуры замещения:
1) Look-aside-обращение к основной памясити начсинается одновременнл с поиском в кеше, в случае кеш попадания прерывается.
2) look through-обращение к основной памяти начинается только после фиксации кеш промаха.
Lля повышения производительности, иногда используют для данных и команд различные кеши -гарвордсуая архитектура. Противоположносить ей - принстонская архитектура: использует общую память для команд и данных.
Существует две основные политики записи:
1)Write Through -сквозная запись-предусматривает выполнение каждой операции попадающий в кешированый блок одновременно и в основную память при этом процессор при каждой операции записи придется выполнять относительно длинную запись в основную память
2)Write Back -позволяет уменьшить количество операций следующим образом: если блок памяти в который должна производится запись отображен в кеше то физически запись сначала будет произведена в эту действительную строку кеша и она будет помечена как грязная- требующая выгрузки в основную память, только после выгрузки строка помечается ка чистая.
9. Кэш прямого отображения. Наборно-ассоциативный кэш. Ассоциативный кэш. Кэширование в современных процессорах.