15.2. Способы установления приоритетных отношений.

Реально существует 3 отличных друг от друга способов установления приоритетных отношений:

1. Цепочечный способ (дези - цепочка). Его условную схему можно изобразить следующим видом:

Если используется 1 то 2 и 3 не работают.

2. Опросный способ (полинг) – по очереди проверяются элементы на запрос.

3. Метод независимых запросов – каждое устройство выдает запрос на прерывание в устройство, которое ведет ранжирование. Есть программируемые контроллеры прерываний.

Все эти варианты реализуются как аппаратно, так и программно. Простейшим способом установления соотношения является порядок подключения линий сигналов запросов прерываний к входам системы прерывания (стандарт unibus–общая шина, использовавшийся в компьютерах СМ3, СМ4, Электроника 125,PDP11 фирмыDECи др.)

Процедура прерываний с опросом источников прерываний (флажков) имеет следующий вид. Каждому запросу прерываний соответствует триггер в регистре запросов прерываний, общий сигнал запроса прерываний инициирует программу опроса триггеров в регистрах. Ведется поиск как непосредственно по триггерам, так и по группам триггеров (по классу). Существуют различные способы реализации запросов источников сигналов прерываний.

1. Процедура с программным опросом флажков прерываний. При наличии запроса прерывания осуществляется запоминание предыдущего состояния и проверяется устройство с нулевым номером. Если с нулем (да), то сброс флажка запроса прерывания и выполнение прерывающей программы, если с единицей (нет), то проверяется устройство с единичным номером – если «да», то снова сброс флажка запроса прерывания и выполнение прерывающей программы с номером 1, и так далее.

В этой схеме порядок опроса может быть изменен. Обслуживание осуществляется от таймера, поэтому время на проверку всех устройств может быть очень большим. Достоинства данного метода: минимум аппаратных затрат. Недостатки: большое время обработки прерывания. На практике, чтобы сократить время, подобный алгоритм дополняется аппаратными средствами.

2)Системы циклического опроса.

ОСП – по этому сигналу происходит прерывание текущей программы и передача управления прерывающей программе. Номер счетчика прерывания расценивается двояко: 1) код может непосредственно указывать адрес ячейки ЗУ, где хранится непосредственно начальный адрес прерывающей программы; 2) может указывать адрес, где хранится ССП (вектор прерывания). Достоинство данного метода – простота. Недостаток – для опроса всех прерываний необходимо выполнить к=2ⁿтактов. Возникает необходимость снижения времени (числа тактов).

3). Цепочечная схема - позволяет обработать запросы прерываний за 1 такт.

На вход поступает nзапросов прерываний. Приоритет предоставляется крайне левому прерыванию (по схеме). В малых компьютерах и микро ЭВМ выставляется порог прерываний (в некоторых компьютерах даже границы прерываний), и обработке подлежат только те прерывания, которые не выходят за границы (не превышают порога прерываний). Чтобы не возникло насыщение прерываний, для каждой программы выставляется свой порог прерываний, который зависит от размера программы и быстродействия внешних устройств, выставивших запрос прерывания. Это особенно важно для управляющих ЭВМ.

В машинах IIIиIVпоколения в системе прерываний стали различать существенно важные прерывания и прерывания, которые можно исключить. Поэтому ввели маскируемые (INT) и немаскируемые (NMI) прерывания.

19. Принципы построения и функционирования оперативных запоминающих устройств. Постоянная память. Кэш-память.

• Оперативное запоминающее устройство

Операти́вная па́мять (англ. Random Access Memory, память с произвольным доступом) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти. Передача данных в/из оперативную память процессором производится непосредственно, либо через сверхбыструю память.

ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

• Постоянная память

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (Read Only Memory, ROM) — тип памяти (ЗУ), предназначенный для хранения и считывания данных, которые никогда не изменяются. Постоянная память компьютера используется для хранения программного обеспечения базовой системы ввода вывода BIOS, включающей набор программ ввода-вывода, с помощью которых операционная система и прикладные программы могут взаимодействовать как с устройствами компьютера, так и внешними устройствами.

Помимо этих программ в BIOS содержится программа тестирования - POST (Power ON Self Test), выполняющаяся каждый раз при запуске компьютера. POST проверяет общую исправность основных устройств компьютера. В случае успешного вьшолнения теста выполняется программа начальной загрузки, также находящаяся в BIOS. Программа начальной загрузки выполняет загрузку операционной системы с соответствующего накопителя. Накопитель, с которого должна загружаться операционная система, указывается в установках конфигурации, хранящихся в памяти RTC CMOS RAM.

В процессе дальнейшей работы для обслуживания стандартные периферийных устройств выполняются хранящиеся в BIOS программы обслуживания - драйверы. Для хранения программ BIOS необходима энергонезависимая память, в качестве которой могут использоваться постоянные запоминающие устройства.

Но в процессе модернизации компьютера совершенствования BIOS может возникнуть потребность изменения содержимого такой микросхемы, в связи с чем более удобно использование постоянных запоминающих устройств с возможностью перезаписи их содержимого.

• Кэш-память

Кэш-память, расположенная на кристалле центрального процессора, предназначена для согласования скорости работы процессора с более медленными устройствами, такими как динамическая память. Кэш-память — это высокоскоростная память произвольного доступа, используемая процессором компьютера для временного хранения информации. Она увеличивает производительность, поскольку хранит наиболее часто используемые данные и команды «ближе» к процессору, откуда их можно быстрее получить

20.Организация автоматической работы ЭВМ. Управляющие функции процессора. Общая организация выполнения программы на ЭВМ. Средства организации процессов обработки информации

Процессор– устройство, предназначенное для автоматического выполнения аппаратно – микропрограммным способом набора операций, составляющих его систему команд.

Система команд:

F={f_{1 ,} f_{2 ,} …f_n},

где f_i ,i=1..nвыполнимая микрооперация аппаратно – микропрограммным способом.

Все операции, входящие в в систему команд условно деляться на следующие группы:

1. Команды пересылки

• внутри микропроцессора (move)

• команды ввода/вывода (in,out)

2. Арифметические операции (*, /, -, +)

3. Логические операции

4. Операции передачи управления

• безусловная передача управления

• условная передача управления

5. Команды передачи управления

6. Команды управления (задача супервизора, выполнить асинхронные вычисления и т.д.)

7. Специальные команды (работа со списками, с цепочками данных, умножение со сложением, умножение с вычитанием)

Цикл работы процессора– действия процессора по исполнению одной команды. Он включает в себя:

1. Выборку фрагмента программы из ОП, распаковку команды и размещение ее в регистре команд.

2. Формирование исполнительного адреса операндов и проверка адреса на корректность.

3. Выбор операндов из ОП или регистровой памяти.

4. Выполнение операции указанной в операционной части команды (КОП).

5. Обработка прерывания.

6. Запись результата.

Действия по выполнению цикла работы процессора выполняются каждым процессором, но отличаются друг от друга, в зависимости от структуры и архитектуры компьютера. В отдельных процессорах составляющие цикла работы совмещены во времени.

1. Выбор команды:

зависит от длины слова ОП (L_ОП) и длины команды (L_К).

А) L_ОП =L_{К ,} то за одно обращение выбирается одна команды (машины спец. назначения).

Б) L_ОП <L_К, то необходимы несколько обращений к ОП.

В) L_ОП >L_К, выбирается за одно обращение фрагмент программы. Необходимо одно или два обращения для выборки одной команды, что снижает быстродействие. Чтобы сократить количество обращений к ОП в процессорах используют:

• буферные регистры,

• выравнивают адреса команд по целочисленной границе байтов,

• КЭШ команды. В КЭШ расположен фрагмент программы. Обращение идет не к ОП, а к КЭШ, что увеличивает быстродействие (PentiumII– 16 КБ Кэш данных, 16 КБ – КЭШ команд),

• симулятивное использование команд. Это опережающий просмотр программы, глубина просмотра Pentium– 128 команд,PentiumII– 1024 команды. Просматриваются результаты выполнения этих команд определяются условия перехода, в регистр очереди команд загружается та ветвь программы, которая подлежит исполнению с учетом результатов команд переходов условных и безусловных.

2. Формирование исполнительного адреса:

Исполнительный адрес формируется с учетом всех возможных способов адресации процессора.

В IIIпоколении процессоров исполнительный адрес равен физическому.

ЕА:=(Х) + (В) + Д

Х, В – адреса РОНов, где хранятся операнды (Х- индекс, В –база, Д - смещение). Нулевые адреса Х, В означают, что данные компоненты отсутствуют при формировании ЕА – исполнительного адреса.

В IVпоколении процессоров имеет место фрагментация памяти.

Фрагментация – наличие свободных мест между загруженными программами, устраняется программами дифрагментаторами.

Для борьбы с фрагментацией:

1. Осуществляется управление памятью через дискрипторные таблицы.

2. Вся ОП делиться на сегменты размером от 16 КБ, после i486 сегмент переменного размера (от 1 байта то всего размера ОП).

Физический адрес: ЕА формируется, используя все способы адресации микропроцессора (прямая, индексная, коственная и др.) Имея ЕА формируется линейный адрес ЛА:=ЕА + смещение

Процессоры IV поколения работают в 3 – режимах: реальный, защищенный, виртуальный. Для реального и защищенного ЛА= физическому, для виртуального вырабатываются 4 линейных адреса – виртуальные адреса, можно переключаться между 4 –мя областями памяти.

3. Выборка операндов:

Физические адреса всегда указывают только адрес начального байта операнда, с которого выбирается фиксированная единица информации (2, 4, 8, 16 байт). Сколько байтов подлежат выборке определяется полем признака команды. Отчет байтов ведется в машинах IIIпоколения слева направо, вIV- справа налево.

4. Выполнение операции:

Осуществляется по разному.

5. Обработка прерываний:

При выполнении микропрограмм возникают особые случаи: переполнение разрядной сетки, неправильная адресация, неправильная спецификация и т. д. По ним выполнение текущей команды не имеет смысла. Необходимо прервать вычислительный процесс и поскольку организуется мультипрограммная работа необходимо передать управление команде другой программы. Текущее слово состояния ССП (PSW) записывается в ОП, а из ОП выбирается новое ССП. Процесс вычисления продолжается. Сведения по прерыванию выводятся либо на печать, либо на экран монитора. Обычно вдается код прерывания. В ЭВМIVпоколения расписывается, что по этому коду случилось. Прерывания могут остановить процесс выполнения команды, если предусмотрена возможность устранения прерывания на микропрограммном уровне.