7. Основные характеристики и режимы работы эвм

К основным характеристикам относятся :

- системные;

- программные;

- технические.

К системным относятся:

- производительность;

- эффективность;

- надежность;

- стоимость.

К программным относятся:

- операционная система;

- пакеты прикладных программ;

- диагностические и контролирующие программы.

К техническим относятся:

- тактовая частота ( в микропроцессорах имеет порядок 32-64 МГц, в ПК – 1-3 ГГц);

- разрядная сетка (среднее значение – 32-64);

- оперативная память (в микропроцессорах 64-32 Мбайта, в ПК – Гбайт). Оперативная память энергозависима.

Режимы работы ЭВМ

Исторически режим работы – однопрограммный, т.е. загрузка процессора и оперативной памяти проходит последовательно.

Рисунок 55. Однопрограммный режим

Почти одновременно начинается создание многопользовательского режима, который предполагает наличие устройств, которые позволяют работать одновременно процессору и оперативной памяти.

Рисунок 56. Двухпрограммный режим

Появляется режим с разделением реального времени.

Рисунок 57. Режим с разделением реального времени

В течение кванта процессор может работать над определенной программой.

Пусть имеем П1, П2, .. П_N, т.е. N пользователей.

Если в течение 1-го кванта обслуживалась 1-я программа, то во время других квантов будут обслуживаться другие программы в зависимости от приоритетов. Через N начинается обработка 1-го кванта. 50мсек – очень мало, поэтому для пользователя все программы работают в режиме реального времени. В ОС есть планировщик, в котором учитываются приоритеты, составляется план, который передается в диспетчер, который в соответствии с планом отдает соответствующие кванты работы процессору.

Когда много пользователей, на процессор падает большая нагрузка. Поэтому возникают некоторые особенности при работе процессора:

Он должен уметь чувствовать паузу, а после паузы должен принимать запрос на обслуживание.

Если пользователей много, а ОП одна общая, то в многопользовательском режиме она должна быть поделена на сегменты:

Рисунок 58. Структура ОП при многопользовательском режиме

Каждый пользователь может пользоваться только своим сегментом. По адресу, по которому обращается процессор при обслуживании, например П2, должна быть установлена нижняя и верхняя границы адреса, т.е. адреса должны удовлетворять условию нГа2 А2 вГа2. если это условие нарушается, то возникает особый случай – неправильная адресация и возникает внутреннее прерывание действия процессора.

В интервале между квантами процессор не работает, проходят переходные процессы: замены П_i на П_j.

Осуществляется переходный процесс, в течение которого запоминается состояние выполнения предыдущей программы и ввод последующей программы.

Существует несколько режимов работы процессора по запросу на обслуживание. В многопользовательском режиме запросы на обслуживание поступают извне, поэтому рассмотрим режим прерывания.

Текущая программа (ТА) – та, которая выполняется процессором в данный момент.

Прерывающая программа (ПП) – та, от которой вводится запрос на обслуживание.

Рисунок 59. Обслуживание прерывающей программы по запросу

В первом случае уход в ПП детерминирован, а во втором случаен.

Главные различия работ по прерыванию состоят в том, как поступают запросы и как они обслуживаются.

Рисунок 60. Бесприоритетное обслуживание пользователей

Это вариант бесприоритетного обслуживания пользователя.

Когда выполняется ТП и ПП, то в процессоре находится вектор состояния – информационное слово определенной длины, в котором запоминаются: адрес выполняемой на данный момент команды, состояние счетчика команд, , счетчика тактов, основных регистров процессора.

В процессоре есть регистр слова состояния. Процессор работает, значит меняется слово состояния. Пришел запрос, по переходному процессу запоминается вектор состояния процессора по предшествующей программе, чтобы не возвращаться к нулю. Когда предшествующая программа заменяется на новою программу, вводится вектор прерывания, который может включать точно такое же состояние, которое мы указали, но может быть и так: в векторе прерывания указывается начальный адрес прерывающей программы. Когда процессор по нему обращается, то в начале программы в него поступает вектор прерывания. Иногда вектор состояния называется словом состояния программы; в микропроцессоре – словом состояния процессора.

Классификация запросов на прерывание.

Типы прерывания:

- внутреннее прерывание: в любом процессоре есть блок контроля и диагностики (БКД), который следит за правильностью выполнения вычислительного процесса. Если она нарушается, то БКД выдает запрос на обслуживание внутреннего прерывания;

- внешнее прерывание – оно поступает от внешних по отношению к процессору пользователей (запрос на прерывание может приходить от пультов, датчиков, и т.д.);

- по вводу/выводу;

- программное прерывание;

- прерывание при обращении к программе.

Основные характеристики системы прерывания.

Число входов в систему прерывания (сколько пользователей могут оставить свои запросы) : чаще всего 10-15, в технологических системах – сотни;

Система прерывания может быть приоритетной и бесприоритетной.

Чаще всего в ЭВМ присутствует приоритетность обслуживания: каждому пользователю присваивается в определенном порядке приоритет. Например, если П_тп<П1<П2<П3, то (переходные процессы подразумеваются; оцениваются моменты прихода запроса - t_i):

Рисунок 61. Приоритетное обслуживание пользователей

Число приоритетов носит название «глубина приоритетов» (не больше 1 байта). Число уровней около 8.

Быстродействие системы прерывания: оценивается интервалом времени. Начало совпадает с моментом прихода запроса, окончание – момент начала обеспечения прерывающей программы, т.е быстродействие определяется интервалом переходного процесса.

Прерывание может осуществляться на структурном и операционном уровнях ЭВМ.

На СУ работаем с программами, командами. Один вариант перехода на прерывающую программу – по завершению команды на СУ.

Тогда быстродействие самое маленькое, но слово состояния программы в этом случае минимально по своим размерам: надо запоминать минимум информации по предыдущей программе.

На ОУ прерывание начинает обслуживаться по завершении МК, быстродействие максимально, но вектор состояния имеет максимальный объем.

Одна из характеристик системы прерывания связана с быстродействием ( с какого момента прерывается текущая программа: после выполнения команды, или после выполнения МК).

Другая характеристика связана с тем, как осуществляется запрос на прерывание:

- процесс прерывания с поиском источника запроса;

- процесс прерывания с векторным прерыванием.

В 1-м случае выставляется импульс запроса и он запоминается в определенной ячейке, но может прийти несколько запросов. Адрес запроса сначала неизвестен (существует только факт того, что пришел общий сигнал прерывания – ОСП). Прежде чем начать обслуживание, процессор должен установить, какой источник информации послал запрос на обслуживание. Начинается процесс поиска адреса.

Во 2-м случае источник запроса на прерывание выставляет вектор прерывания и в нем помимо необходимых характеристик указывается код прерывания, который характеризует приоритет источника. Приоритет источника сравнивается с приоритетом ТП, и решается вопрос : обслуживать/не обслуживать. Возможны ситуации, что приоритеты равны, тогда предпочтение отдается ТП.

Рисунок 62. БСА прерывания

Процедура прерывания с учетом приоритетов и с поиском ИЗП (источника запроса на прерывание).

Эта процедура постоянно функционирует в процессоре. Если происходит запрос на прерывание неизвестно от кого, то формируется ОСП, и он запоминается в определенной ячейке. начинается работа. Проверяется, есть ли ОСП или нет. Если нет (0), то процессор возвращается к ТП. Если есть (1), то устанавливается номер источника информации и его код прерывания (КП). КП сравнивается с приоритетом ТП. Если КП<КП_ТП, то (1) и возвращаемся к ТП , нет – тогда (0) и устанавливается начальный адрес прерывающей программы и начинается обслуживание.