Экзамен,чтоб тебя

17. Устройства ввода/вывода

Вопросы организации ввода/вывода в вычислительной системе иногда оказываются вне внимания потребителей. Это привело к тому, что при оценке производительности системы часто используются только оценки производительности процессора, а оценкой системы ввода/вывода пренебрегают. Такое отношение к системам ввода/вывода, как к некоторым не очень важным понятиям, проистекает также из термина "периферия", который применяется к устройствам ввода/вывода.

Однако это противоречит здравому смыслу. Компьютер без устройств ввода/вывода - как автомобиль без колес - на таком автомобиле далеко не уедешь. Очевидно одной из наиболее правильных оценок производительности системы является время ответа (время между моментом ввода пользователем задания и получения им результата), которое учитывает все накладные расходы, связанные с выполнением задания в системе, включая ввод/вывод.

Кроме того, важность системы ввода/вывода определяется еще и тем, что быстрое увеличение производительности процессоров настолько изменило принципы классификации компьютеров, что именно по организации ввода/вывода мы можем как-то грубо их отличать: разница между мейнфреймом и миникомпьютером заключается в том, что мейнфрейм может поддерживать намного больше терминалов и дисков; разница между миникомпьютером и рабочей станцией заключается в том, что рабочая станция имеет экран, клавиатуру и мышь; разница между файл-сервером и рабочей станцией заключается в том, что файл-сервер имеет диски и ленточные устройства, а экран, клавиатура и мышь отсутствуют; разница между рабочей станцией и персональным компьютером заключается лишь в том, что рабочие станции всегда соединены друг с другом с помощью локальной сети.

Уже сейчас мы можем наблюдать, что в компьютерах различного ценового класса от рабочих станций до суперкомпьютеров (суперсерверов) используется один и тот же тип микропроцессора. Различия в стоимости и производительности определяются практически только организацией систем памяти и ввода/вывода (а также количеством процессоров).

Как уже отмечалось, производительность процессоров растет со скоростью 50-100% в год. Если одновременно не улучшались бы характеристики систем ввод/вывода, то, очевидно, разработка новых систем зашла бы в тупик. Важность оценки работы систем ввода/вывода была осознана многими пользователями компьютеров. Были разработаны специальные тестовые программы, позволяющие оценить эффективность систем ввода/вывода. В частности, такие тесты применяются для оценки суперкомпьютеров, систем обработки транзакций и файл-серверов.

аппаратным средствам без изменения содержимого счетчика адреса команд, после чего процесс решения команды восстанавливается.

Система прерывания программ (СПП, контроллер прерываний).

Это совокупность аппаратных и программных средств обеспечивающих с высоким быстродействием прерывания, не требующих больших усилий от программиста.

Функции системы прерываний:

1)Само прерывание заключается в том, чтобы запомнить состояние прерываемой программы и осуществить переход к прерывающей программы при условии, что приоритет прерывающей программы выше.

2)Восстановление или возврат – восстановить состояние прерываемой программы и осуществить переход к ней.

Приоритетные соотношения – это установленный порядок в обслуживании поступающих запросов. Приоритетные соотношения определяют, какой из поступивших запросов на прерывание подлежит обработке в первую очередь и имеет ли он право прервать ту или иную программу.

Организация перехода к прерывающей программе.

Приоритет обслуживания запросов прерываний.

Вектор прерывания – это вектор начала состояния прерывающей программы (частный случай - ССП). Он содержит всю необходимую информацию. В простейшем случае вектор прерывания – это начальный адрес прерывающей программы.

В микро и персональных ЭВМ классы прерываний не выделены и каждому запросу на прерывание соответствует свой вектор. Вектора прерываний находятся в специально выделенных ячейках ЗУ.

Для совмещения выбора данных и обработки прерываний во многих компьютерах на системной плате есть специальные буферные ЗУ (регистровые) хранения векторов прерываний для совмещения по времени запросов.

Процедура обработки запроса на прерывание заключается в передаче управления программе соответствующей запросу на прерывание, имеющему наивысший приоритет. Различают абсолютный и относительный приоритеты.

Абсолютный приоритет – запрос на прерывание всегда прерывает текущую программу. Относительный приоритет – поступивший запрос на прерывание является кандидатом на обслуживание после выполнения текущей команды.

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:

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, PDP 11 фирмы DEC и

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.

Вэтой 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.

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=2n тактов. Возникает необходимость снижения времени (числа тактов).

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

На вход поступает n запросов 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 III и IV поколения 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

Оперативная память (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.Основные режимы работы: запись, хранения и считывание.

Класс-ия:

1.по технологии изготовления:

-магнитные;

-полупроводниковые.

2. по способу хранения:

-статические;

-динамические.

3.по способу обращения к массиву элемента:

- адресные; - ассоциативные.

4.по числу входов выборки:

-с одним входом;

-с двумя входами.

В статических ОЗУ используются тригерры на биполярных транзисторах, которые легко изменяют состояние с 0 на 1, и наоборот, обеспечивая при этом высокое быстродействие.

Недостатком статического ОЗУ явл. Необходимость построения триггера на большом числе транзисторов для устойчивой работы, поэтому ЗЭ занимает на кристалле много места и такая память оказывается дорогой. В динамическом ОЗУ ЗЭ явл. Конденсатор. Для записи инфо транзитный ключ открывает шину для заряда ёмкости. При чтении через открытый ключ ёмкость разряжается в разрядную шину.

Недостатки: - низкое быстродействие от заряда или разряда конденсатора;

-разрушающее чтение;

-необходимость периодической регенерации, даже без чтения (утечка разряда).

Достоинства: малая площадь ЗЭ на кристалле, а значит высокая ёмкость инфо, и низкая удельная стоимость.

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

По gi указывается пусковой адрес микропрограммы цикла работы процессора. Затем микропрограммы выполняются друг за другом. По мере исполнения микроопераций и микрокоманд формируются особые случаи или осведомительные сигналы: перенос из старшего разряда, переполнение разрядной сетки, равенство нулю результата операции, знак результата и т.д. Часть осведомительных сигналов поступает в УА для изменения естественного порядка выполнения микрокоманд (ветвление, циклы); формируются внешние осведомительные сигналы; сигналя для центрального устройства управления по которым прерывается выполнение текущей программы, осуществляется обращение к периферийным устройствам и т.д.

ЦУУ в машинах III поколения представлено явно, в IV поколении - реализовано на программном уровне. В IV поколении ОП вынесено за пределы процессора.

В современных процессорах Тцикла=(12) Ттакта; Ттакта=(24)Т0 , где Т0- импульсы синхронизирующих последовательностей. Т0=1/F0, где F0- частота тактирования CPU.

Операционный автомат процессора.

Операционный автомат (ОА) состоит из основных частей: 1) запоминающая часть(регистры, счетчики,

запоминающие элементы); 2) комбинационная часть (мультиплексоры, сдвигатели, АЛУ, сумматоры, дешифраторы,

шифраторы, логические схемы); 3) Линии связей между элементами или устройствами (магистрального типа, с

21.Структура и принципы построения ЛВС. Архитектура одноранговых сетей и сетей "клиент-сервер".

Локальные вычислительные сети.

Под Локальной вычислительной сетью (ЛВС, LAN - Lokal Area Network) понимают совместное подключение отдельных компьютеров (рабочих станций) к каналу передачи данных. Понятие ЛВС относится к географически ограниченным реализациям, в которых несколько рабочих станций связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. ЛВС включает в себя кабельную локальную сеть ЛВС или СКС, активное сетевое оборудование и компьютеры различного назначения.

Основные принципы построения ЛВС.

Архитектура взаимодействия компьютеров в локальной вычислительной сети строится на стандарте Open Systems Interconnection (OSI), разработанного Международной организацией по стандартизации (англ. ISO - International Standards Organization). Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная специализированная задача. Соглашения для связи одного уровня с другим называют протоколом. Так вкраце выглядит работа локальной сети или работа ЛВС.

Базовая модель OSI содержит семь отдельных уровней:

Уровень 1: физический – физические параметры среды передачи;

Уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде;

Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных;

Уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процессов;

Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами;

Уровень 6: представлении данных - интерпретация передаваемых данных;

Уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными.

Взависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, сетевые операционные системы, а следовательно, и сети делятся на два класса: одноранговые и двухранговые, которые чаще называют сетями с выделенными серверами.

Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим пользователям сети, то он играет роль сервера. При этом компьютер, обращающийся к ресурсам другой машины, является клиентом. Компьютер, работающий в сети, может выполнять функции либо клиента, либо сервера, либо совмещать обе функции.

Если выполнение серверных функций является основным назначением компьютера, то такой компьютер называется выделенным сервером. В зависимости от того, какой ресурс сервера является разделяемым, он называется файл-сервером, факс-сервером, принт-сервером, сервером приложений и т.д. Выделенный сервер не принято использовать в качестве компьютера для выполнения текущих задач, не связанных с его основным назначением, так как это может уменьшить производительность его работы как сервера.

На выделенных серверах желательно устанавливать ОС, специально оптимизированные для выполнения определенных серверных функций. Поэтому в подобных сетях с чаще всего используются сетевые операционные системы, в состав которых входит нескольких вариантов ОС, отличающихся возможностями серверных частей. Например, сетевая ОС Novell NetWare имеет серверный вариант, оптимизированный для работы в качестве файл-сервера.

Водноранговых сетях все компьютеры равны в правах доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут его использовать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается одна и та же ОС.