Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







История развития вычислительной техники





Лекция № 1

 

История развития вычислительной техники

 

С тех пор как человечество осознало понятие количества, разрабатывались и применялись различные приспособления для отображения количественных эквивалентов и операций над величинами.

Первый этап.

Появление первых счетов – абак, изобретенных в древнем Вавилоне за 3000 лет до н.э., и их более «современный» вариант с косточками на проволоке, появившийся в Китае примерно за 500 лет также до н.э.

Второй этап.

Первой реально созданной машиной для выполнения арифметических действий в десятичной системе счисления можно считать счетную машину Паскаля. В 1642 г. Б. Паскаль продемонстрировал ее работу. Машина выполняла суммирование чисел (восьмиразрядных) с помощью колес, которые при добавлении единицы поворачивались на 36º и приводили в движение следующее по старшинству колесо всякий раз, когда цифра 9 должна была перейти в значение 10. Машина Паскаля получила известность во многих странах, было изготовлено более 50 экземпляров машины.

Еще до Паскаля машину, механически выполняющую арифметические операции, изобразил Леонардо да Винчи (1452 – 1519). Суммирующая машина по его эскизам выполнена в наши дни и доказала свою работоспособность.

В средние века (расцвет механики) было предложено и выполнено много различных вариантов арифметических машин: Морлэнд (1625-1695), К. Перро (1613 – 1688), Якобсон, Чебышев и др. Первую машину, с помощью которой можно было не только складывать, но и умножать и делить, разработал Г.Лейбниц (1646 – 1716). Однако большинство подобных машин изготавливались авторами в единичных экземплярах. Удачное решение инженера В.Однера, разработавшего колесо с переменным числом зубьев, позволило почти век серийно выпускать арифмометры (например, “Феликс” Курского завода “Счетмаш”), являвшиеся основным средством вычислений вплоть до эпохи ПЭВМ и калькуляторов.

Все упомянутые выше механизмы обладали одной особенностью – могли автоматически выполнять только отдельные действия над числами, но не могли хранить промежуточные результаты и выполнять последовательность действий.

Третий этап.

Первой вычислительной машиной, реализующей автоматическое выполнение последовательности действий, можно считать разностную машину Ч.Беббиджа (1792 – 1871). В 1819 г. он изготовил ее для расчета астрономических и морских таблиц. Машина обеспечивала хранение необходимых промежуточных значений и выполнение последовательности сложений для получения значений функции. В дальнейшем Беббидж предложил так называемую аналитическую машину, предназначенную для решения любых вычислительных задач. При желании а аналитической машине Беббиджа можно найти прообразы всех основных устройств ЭВМ: арифметическое устройство (“мельница”), память (“склад”), устройство управления (на перфокартах), позволяющее выбирать различные пути решения в зависимости от значений исходных данных и промежуточных результатов.

Четвертый этап.

Выпускаемые большими сериями электрические релейные машины Холлерита (1860 – 1929) – табуляторы – не произвели переворота в средствах обработки информации, хотя широко использовались для обработки статической информации вплоть до 70-х годов прошлого века.

1937 год. Джордж Стибитц (1904 – 1995) из Bell Telephone Laboratories демонстрирует первый однобитовый двоичный вычислитель на базе электромеханических реле.

1938 год. Немецкий инженер Конрад Цузе (1910 – 1995) строит механический программируемый вычислитель Z1 с памятью на 1000 битов.

1939 год. Джордж Стибитц и Сэмюэль Вильямс (1911 – 1977) представили Model I – калькулятор на базе релейной логики, управляемый с помощью модифицированного телетайпа, что позволило подключаться к калькулятору по телефонной линии.

Пятый этап.

1943 год. Группа ученых Гарвардского университета во главе с Говардом Айкеном (1900 – 1973) разрабатывает вычислитель ASCC MARK I (Automatic Sequence-Controlled Calculator MARK I) - первый программно управляемый вычислитель, получивший широкую известность. Длина устройства составила 18 м, а вес – 5т. Машина состояла из множества вычислителей, обрабатывающих свои части общей задачи под управлением единого устройства управления. Команды считывались с бумажной перфоленты и выполнялись в порядке считывания. Данные считывались с перфокарт. Вычислитель обрабатывал 23-разрядные числа, при этом сложение занимало 0,3с, умножение – 4с, а деление – 10с.

Идея создания ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer – электронный цифровой интегратор и вычислитель) была выдвинута в 1942 году Джоном Мочли из университета Пенсильвании, и была реализована им совместно с Преспером Эккертом в 1946 году. С самого начала ENIAC активно использовался в программе разработки водородной бомбы. Машина эксплуатировалась до 1955 года и применялась для генерирования случайных чисел, предсказывания погоды и проектирования аэродинамических труб. ENIAC весил 30 тонн, содержал 18 000 радиоламп, имел размеры 2,5 х 30 м и обеспечивал выполнение 5000 сложений и 360 умножений в секунду. Использовалась десятичная система счисления. Программа задавалась схемой коммутации триггеров на 40 наборных полях. Когда все лампы работали, инженерный персонал мог настроить ENIAC на новую задачу, вручную изменив подключение 6000 проводов. При пробной эксплуатации выяснилось, что надежность машины низка – поиск неисправностей занимал от нескольких часов до нескольких суток. По своей структуре ENIAC напоминал механические вычислительные машины. 10 триггеров соединялись в кольцо, образуя десятичный счетчик, который исполнял роль счетного колеса механической машины. Десять таких колец плюс два триггера для представления знака числа представляли запоминающий регистр. Всего в ENIAC было 20 таких регистров. Система переноса десятков в накопителях была аналогична предварительному переносу в машине Беббиджа.

 

Поколение ЭВМ

 

Изделия современной техники традиционно принято делить на поколения, причем основным признаком поколения ЭВМ считается ее элементная база.

 

Годы 40 г. 50 – 60 г. 60 – 70 г. 70 – 80 г.
Поколение I II III IV
Элементная база Лампы Транзисторы Интегральные схемы Гибридные интегральные схемы БИС СБИС
Типы ЭВМ ENIAC IBM 360 Минск 32 БЭСМ-6 Hoveywell EC IBM 360 PDP-11 Э-60 ДВК IBM-PC

Мощность микропроцессора

 

Под мощностью микропроцессора понимают его способность обрабатывать данные. Складывается из 3 составляющих:

  1. Длина машинного слова.
  2. Объем адресуемой памяти.
  3. Скорость выполнения команд.

 

Длина Машинного слова

Машинное слово – единица информации в процессоре, которая может рассматриваться как единичное целое. Машинное слово обычно соответствует длине разрядной сетки процессора и может занимать 8, 16, 32 и т.д. бит.

Бит – это наименьшая единица информации, занимающая один разряд машинного слова и принимающего одно значение (0 или 1).

Байт – это последовательность из 8 бит рассматриваемая как элемент памяти или часть машинного слова.

Объем адресуемой памяти

Память – хранит информацию, передаваемую из других устройств, в том числе поступающую извне через устройство ввода, и выдает во все другие устройства информацию, необходимую для протекания вычислительного процесса.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек – адреса.

Адрес – двоичное число, определяющее положение в …

 

 

Чем больше шина адреса, тем к большим ячейкам мы можем обратиться.

 

Скорость выполнения команд

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов – команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной.

Скорость во многом определяется тактовой частотой системного генератора, но также зависит от архитектурных и схемотехнических особенностей процессора (кэш, конвейер, интерливинг, гипертрининг и т.д.)

 

Классификация СОД

Однопроцессорные ЭВМ

Однопроцессорные ЭВМ строятся на базе одной ЭВМ с традиционной архитектурой. Область применения:

  1. Относительно невысокое быстродействие.
  2. Допускается простой в результате неисправности в течении нескольких часов.

Преимущества:

- значительный опыт производства и эксплуатации;

- низкая стоимость самих средств и обслуживания.

 

Вычислительные комплексы

МВК

Многомашинный вычислительный комплекс – каждая из ЭВМ, входящая в состав комплекса, работает под управление собственной системы, таким образом, возникают проблемы с синхронизацией процессов протекающих в разных ЭВМ.

МПВК

Многопроцессорные вычислительные комплексы включают в себя 2 или более процессора, работающих под управление единой операционной системой.

 

Средства коммутации обеспечивают доступ любого процессора к любому модулю ОЗУ (3) и через УВД(2) к любому периферийному устройству.

Преимущества:

- обладают наибольшей устойчивостью к отказам;

- при выходе из строя одного процессора, его задачи динамически разбираются оставшимися.

МПВК позволяют параллельно обрабатывать не только независимые и слабосвязанные задачи, но и части одной задачи.

 

Вычислительные системы

Вычислительную систему (ВС) стандарт ISO/IEC 2382/1-93 определяет как одну или несколько вычислительных машин, периферийное оборудование и программное обеспечение, которые выполняют обработку данных.

Вычислительные системы настроены на решение задач с конкретной областью применения. Именно для этого класса задач их производительность высокая и значительно снижается при изменении класса задач.

Задачи: обработка векторов и матриц, обработка графики, быстрое преобразование Фурье и т.д. Средство универсально.

Ведутся разработки универсальных систем, которые бы сами могли перенастраиваться на задачи.

 

СЕТИ

Сама идея многопроцессорной вычислительной системы предполагает обмен данными между компонентами этой ВС. Коммуникационная система ВС представляет собой сеть, узлы которой связаны трактами передачи данных – каналами. В роли узлов сети могут выступать процессоры, банки памяти, устройства ввода/вывода, коммутаторы либо несколько перечисленных элементов, объединенных в группу. Организация внутренних коммуникаций вычислительной системы называется топологией.

 

 

Лекция № 2

 

Производительность СОД

 

Производительность – характеристика вычислительной мощности системы, определяющая количество вычислительной работы в промежуток времени. Измеряется [задача / час]; [1 / час].

Различают:

- номинальную производительность;

- комплексную производительность;

- системную производительность.

Оценка производительности

Оценка производительности может происходить 2 способами.

 

Способ.

Пусть за время Т система решила n задач, тогда производительность будет равна

λ = n / T [задач / час] (1),

где λ – производительность.

Задачи поступают на вход системы в случайные моменты времени, а время решения задач зависит от их состава (сложность, ресурсы), поэтому производительность по формуле (1) определяется с погрешностью, имеющей статистическую природу, т.к. n случайная величина.

lim δ λ = 0

T→ ∞

 

Способ.

Определение производительности по среднему интервалу времени между появлениями задач на выходе системы.

n

τcр = 1 / n ∑ τi

i=1

 

λ = 1 / τcр [1 / час] (2)

 

Оценки произведенные по формулам (1) и (2) совпадают, если моменты окончания задач совпадают с интервалом времени Т для первого способа.

 

Время ответа

Время ответа - это время пребывания задачи в системе. Задачи Ιi соответствует время ответа Ui. Время ответа случайная величина и оценивается плотностью распределения случайных величин.

Время ответа для системы можно оценить как среднее время нахождения задач внутри системы

τ1
n

U = 1 / n ∑ Ui

i=1

Время ответа имеет 2 составляющие:

  1. Время решения задачи, то есть при отсутствии параллельных действий равно суммарной длительности всех этапов процесса.
  2. Время ожидания (сумма всех промежутков времени), то есть возникает при мультипрограммной обработке, когда ресурс необходимый для решения одной задачи, занят другой задачей.

 

На участке > Λ* время ответа катострафически растет и может быть сколько угодно велико. Среднее время ответа характеризует быстроту реакции системы на действия и качество системы тем выше, чем время ответа меньше.

 

Надежность СОД

Надежность – свойство системы выполнять возложенные на нее функции в заданных условиях функционирования с заданными показателями качества: достоверностью результатов, пропускной способностью, временем ответа и др. Работоспособность системы или отдельных ее частей нарушается из-за отказов аппаратуры – выхода из строя элементов или соединений.

Существуют основные показатели:

  1. Интенсивность отказов – среднее число отказов в единицу времени.

λ0 = ∑λi [1/час]

i

 

  1. Средняя наработка на отказ.

Тср = 1/ λ0 [1/час]

Наработка на отказ — технический параметр, характеризующий надёжность ремонтируемого прибора, устройства или технической системы. Средняя продолжительность работы устройства между ремонтами, т.е. показывает какая наработка в среднем приходится на один отказ. Выражается обычно в часах.

Для программных продуктов обычно подразумевается срок до полного перезапуска программы или полной перезагрузки операционной системы.

3. Вероятность отказа - вероятность возникновения сбоя в работе системы за определенный промежуток времени.

P(t) = 1 – e – λ0t = 1- e t / Tср

Q(t) = e –λt = e t / Tср

Вероятность безотказной работы (ВБР) это вероятность того, что за определенное время работы технического условия и в заданных условиях эксплуатации отказа не происходит.

 

4. Коэффициент готовности – вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.

Кг = (Т / Т + Тв) < 1

где Т – время работы системы;

Тв – выставления системы после отказов.

Коэффициент можно повысить за счет дублирования, резервирования, улучшения элементов базы.

 

Стоимость СОД

 

Стоимость СОД – это совокупность технических средств и программного обеспечения.

Стоимость программного обеспечения определяется затратами на разработку программ и их тиражированностью. Стоимость СОД влияет на стоимость решения задачи.

S = ∑ Ci θj

где С – стоимость коэффициентного ресурса;

θ – объем ресурса.

 

Режим обработки данных

Режим обработки данных – способ выполнения задач, характеризующийся порядком распределения ресурсов системы между задачами. Требуемый режим обеспечивается ОС, выделяющий задачам оперативную память и прочее.

Различают 3 режима:

  1. Мультипрограммирование или мульти программная обработка.
  2. Оперативная и пакетная обработка.
  3. Обработка в реальном масштабе времени.
  4. Телеобработка данных (уже почти никто не использует).

 

Мультипрограммирование

Режим, при котором в системах (даже с одним процессором) одновременно обрабатывается несколько задач.

Цель: повышение производительности.

В каждый момент времени центральный процессор (ЦП, CPU) может обслуживать только одну задачу, однако при работе с медленными, особенно перефе6рийными устройствами возможно квазипараллельное выполнение задач. Каждое устройство обладает собственным буфером, например принтер.

 

Структура задач

К каждой задаче, установленной в системе, соответствует свой блок управления, где записаны принципы инициирования, имя источника, потребные ресурсы, приоритет и прочее.

Может быть в двух состояниях:

  1. Активная, когда есть запрос на ее выполнение.
  2. Пассивная, когда задача установлена, но нету запроса на ее выполнение.

Активная задача готова к выполнению, если ей доступны все необходимые ресурсы, если же какой-либо ресурс недоступен, то задачу называют блокированной. Может быть выгружена на диск для освобождения места памяти. Одна из готовых задач (как правило с наивысшим приоритетом) становится текущей, то есть обслуживается центральным процессором.

 

Формула Литтла

Производительность λ и среднее время ответа U связаны между собой зависимостью

λ = М / U

которая называется формулой Литтла и является фундаментальным законом теории массового обслуживания.

 

Режим телеобработки данных

Телеобработка (удаленная обработка) – режим обработки данных при взаимодействии пользователей с СОД через линии связи. Телеобработка рассматривается в качестве самостоятельного режима обработки данных по следующим причинам. Во-первых, удаленность пользователей от СОД и наличие между ними специфического средства передачи данных – линии связи – порождает необходимость в специальных действиях пользователей при организации доступа к системе и завершении сеанса работы. Во-вторых, наличие линий связи налагает ограничения на форму и время обмена данными между пользователями и СОД. Эти ограничения приводят к необходимости специальных способов организации данных и доступа к ним, что в свою очередь отражается на структуре прикладных программ, используемых в режиме телеобработки.

 

Режим телеобработки характеризуется, прежде всего, спецификой доступа пользователя к системе и системы к данным, передаваемым через удаленные терминалы, т. е. связан в первую очередь с организацией обработки данных внутри СОД. При этом пользователи могут работать с режимах пакетном, диалоговом или «запрос–ответ». Каждый из этих режимов характеризуется специфичным способом взаимодействия пользователей с системой и соответствующим временем ответа.

 

 

Лекция № 3

Лекция № 4

Система прерываний.

Система прерываний любого компьютера является его важнейшей частью, позволяющей быстро реагировать на события, обработка которых должна выполнятся немедленно: сигналы от машинных таймеров, нажатия клавиш клавиатуры или мыши, сбои памяти и пр. Прерывания бывают внутренние (программные и аппаратные) и внешние. При возникновении события требующего вмешательство процессора он приостанавливает выполнение текущей программы (необходимые данные для возврата находятся в стеке) и переходит к программной обработке прерывания. Запросы на прерывание могут возникать из-за сбоев в работе аппаратуры, переполнение разрядной выхода программы за разрешенные области памяти, начало или завершение определенных этапов. Некоторые прерывания могут быть разрешены так и запрещены. Прерывания делятся на три типа: аппаратурные, логические и программные.

Аппаратурные прерывания вырабатываются устройствами, требующими внимания микропроцессора: прерывание № 2 - отказ питания; № 8 - от таймера; № 9 - от клавиатуры; № 12 - от адаптера связи; № 14 - от НГМД; № 15- от устройства печати и др.

Запросы на логические прерывания вырабатываются внутри микропроцессора при появлении “нештатных” ситуаций: прерывание № 0 - при попытке деления на 0; № 4 - при переполнении разрядной сетки арифметико-логического устройства; № 1 - при переводе микропроцессора в пошаговый режим работы; № 3 - при достижении программой одной из контрольных точек. Последние два прерывания используются отладчиками программ для организации пошагового режима выполнения программ (трассировки) и для остановки программы в заранее намеченных контрольных точках.

Запрос на программное прерывание формируется по команде INTn, где n — номер вызываемого прерывания. Запрос на аппаратное или логическое прерывание вырабатывается в виде специального электрического сигнала.

 

Система памяти.

Классификация памяти.

Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ). ЗУ необходимы для размещения в них команд и данных. Они обеспечивают центральному процессору доступ к программам и информации.

Запоминающие устройства делятся на:

· основную память,

· внешние запоминающие устройства.

Основная память включает в себя два типа устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM - Random Access Memory) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM - Read Only Memory).

ОЗУ предназначено для хранения переменной информации. Оно допускает изменение своего содержимого в ходе выполнения процессором вычислительных операций с данными и может работать в режимах записи, чтения, хранения. Элементарной ячейкой статического ОЗУ является тригер и связанная с ним система управления.

Общая характеристика: высокая скорость работы, высокая стоимость, т.к. для хранения одного бита используется большое количество транзисторов.

Динамическая память.

 

Для хранения одного бита используется много меньше транзисторов тогда информационная емкость кристалла намного выше.

Схема динамической памяти.

Показанный пунктиром конденсатор как элемент отсутствует, так обозначается входная емкость транзистора. Именно она играет роль запоминающего элемента. Хранение единицы двоичной информации осуществляется путем удержания заряда на этой емкости. Т.к. емкость маленькая, заряд не большой, а сопротивление транзистора не бесконечно, поэтому заряд стекает на землю за время порядка миллисекунды. Таким образом, схемы динамической памяти снабжены устройствами регенерации памяти, которые обновляют заряд на емкости с интервалом доли секунд.

Наличие конденсатора определяет, что скорость динамической памяти намного меньше, чем работа статической памяти. Для регенерации требуется дополнительное оборудование, потребляемая мощность и время. Для динамической памяти существуют следующие режимы работы:

  1. Режим чтения записи;
  2. Страничный режим чтения записи;
  3. Режим регенерации.

Режим чтения записи.

Обычно записи массива имеет матричную структуру, и адрес ячейки делится на две части: адрес строки и адрес столбца. При этом используется сигналы RAS(выбор адреса строки) и CAS(выбор адреса столбца).

Нужно два такта для обращения к ячейки.

КЭШ память

Кэш-память (КП), или кэш, представляет собой организованную в виде ассоциативного запоминающего устройства (АЗУ) быстродействующую буферную память ограниченного объема, которая располагается между регистрами процессора и относительно медленной основной памятью и хранит наиболее часто используемую информацию совместно с ее признаками (тегами), в качестве которых выступает часть адресного кода.

Кэш центрального процессора разделён на несколько уровней. В универсальном процессоре в настоящее время число уровней может достигать 3. Кэш-память уровня N+1 как правило больше по размеру и медленнее по скорости доступа и передаче данных, чем кэш-память уровня N.

Самой быстрой памятью является кэш первого уровня — L1-cache. По сути, она является неотъемлемой частью процессора, поскольку расположена на одном с ним кристалле и входит в состав функциональных блоков. В современных процессорах обычно кэш L1 разделен на два кэша, кэш команд (инструкций) и кэш данных. Большинство процессоров без L1 кэша не могут функционировать. L1 кэш работает на частоте процессора, и, в общем случае, обращение к нему может производиться каждый такт. Объём обычно невелик — не более 128 Кбайт.

Вторым по быстродействию является L2-cache — кэш второго уровня, обычно он расположен на кристалле, как и L1. В старых процессорах — набор микросхем на системной плате. Объём L2 кэша от 128 Кбайт до 1−12 Мбайт. В современных многоядерных процессорах кэш второго уровня, находясь на том же кристалле, является памятью раздельного пользования — при общем объёме кэша в nM Мбайт на каждое ядро приходится по nM/nC Мбайта, где nC количество ядер процессора. Обычно латентность L2 кэша, расположенного на кристалле ядра, составляет от 8 до 20 тактов ядра.

Кэш третьего уровня наименее быстродействующий, но он может быть более 24 Мбайт. L3 кэш медленнее предыдущих кэшей, но всё равно значительно быстрее, чем оперативная память. В многопроцессорных системах находится в общем пользовании и предназначен для синхронизации данных различных L2.

Основной показатель эффективности работы в кэше является вероятность попаданий. Вероятность попаданий зависит от размера кэша. При размере 2 Кб вероятность попадания 60%, при размере 256Кб -90%.

Время доступа:

T=Pудtкэш+Pнеуд (tкэш+tОЗУ)

Pнеуд=1-Pуд

Кэш со­сто­ит из соб­ствен­но кэш-па­мя­ти, и кэш-кон­т­рол­ле­ра (ри­су­нок 2). Кэш-кон­т­рол­лер управ­ля­ет кэш-па­мя­тью: за­гру­жа­ет в неё нуж­ные дан­ные из опе­ра­тив­ной па­мя­ти, и воз­вра­ща­ет, ко­гда нуж­но, мо­дифи­ци­ро­ван­ные про­цес­со­ром дан­ные в опе­ра­тив­ную па­мять.

Ко­гда про­цес­сор хо­чет про­честь (или за­пи­сать) дан­ные по ка­ко­му-ли­бо ад­ре­су опе­ра­тив­ной па­мя­ти, он пе­ре­да­ёт этот ад­рес в кон­т­рол­лер кэш-па­мя­ти. Кон­т­рол­лер по не­ко­то­ро­му ал­го­рит­му (смот­ри­те да­лее) опре­де­ля­ет, со­дер­жат­ся ли в кэш-па­мя­ти дан­ные, со­от­вет­ствую­щие по­лу­чен­но­му от про­цес­со­ра ад­ре­су. Ес­ли дан­ные най­де­ны (это со­бы­тие на­зы­ва­ет­ся по­па­да­ни­ем в кэш), то кэш-кон­т­рол­лер вы­да­ёт тре­буе­мые дан­ные про­цес­со­ру (в слу­чае чте­ния), ли­бо пе­ре­за­пи­сы­ва­ет их по­лу­чен­ны­ми от про­цес­со­ра дан­ны­ми (в слу­чае за­пи­си). Ес­ли же дан­ные не най­де­ны (про­мах кэ­ша), то про­из­во­дит­ся об­ра­ще­ние к опе­ра­тив­ной па­мя­ти, и про­цес­сор вы­нуж­ден ждать.

 

ПЗУ на 4 байта

Дешифратор 2х4 в зависимости от адресов А1– А0 выбирает первую активную строку, на которую подается низкий уровень сигнала, а на все остальные высокий – 1. При подаче напряжения питания на тех вертикальных столбцах, в пересечении которых с активной строкой установлены диоды - 0, а где их нет будет установлен высокий уровень – 1.

Лекция № 5

Организация плоской памяти

Пример.

PDP-11 — серия 16-разрядных мини-ЭВМ компании DEC, серийно производимых и продаваемых в 1970—80-х годах. Развитие серии PDP-8 из общей линейки компьютеров PDP. В PDP-11 появилось несколько уникальных технологических инноваций, эта серия была проще в программировании, чем её предшественники. Но, несмотря на её всеобщее признание со стороны программистов, PDP-11 со временем была вытеснена персональными компьютерами, включая IBM PC и Apple II.

Система команд ряда PDP-11 оказала сильное влияние на язык программирования С.

 

Особенности PDP-11

Система команд

Программисты полюбили PDP-11 за её «ортогональную» систему команд: можно было отдельно запоминать команды, и отдельно — методы доступа к операндам. Можно было считать, что любой метод доступа (режим адресации) будет работать с любой операцией; не нужно было запоминать список исключений и особых случаев, в которых операция имеет ограниченный набор режимов адресации, все регистры были универсальными и могли использоваться с любой командой. На самом деле исключения и особые случаи были, но всего в нескольких довольно редко применяемых командах.

В некотором смысле, набор режимов адресации образовывал «базис», а набор операций — другой базис. Каждая двухоперандная инструкция состояла из двух 6-битных идентификаторов операндов (каждый из них содержал три бита на номер регистра и три бита на режим адресации), а также из 4-битного кода операции; однооперандная инструкция содержала один 6-битный идентификатор операнда и 10-битный код операции. Из восьми регистров (с номерами от 0 до 7), шесть были регистрами общего назначения; регистр 6 особо выделялся в качестве указателя стека; регистр 7 был указателем текущей инструкции. Однако все эти регистры могли использоваться как операнды в арифметико-логических операциях или использоваться при формировании адресов операндов.

Организация памяти IBM – PC

16-разрядный процессор.

Шина адреса – 20 разрядов.

Общий объем памяти 1 Мбайт.

Адресное пространство разделено на 16 блоков по 64 Кбайт каждый.

Так как процессор 16-разрядный, а шина адреса 20 разрядов, то полный адрес ячейки определяется путем сложения 16-разрядного адреса сегмента с 16-разрядным относительным смещением внутреннего сегмента.

Сегментный регистр (DS)

Индексный IP.

Если адрес сегмента сдвинуть влево на 4 разряда, дополнив справа нулями, то получим 20-разрядный адрес начала сегмента. Сложив его с 16-разрядным относительным смещением, получим полный 20-разрядный адрес ячейки.

 

 

 

Виды организации памяти

 

В общем случае память строится по 3 основным принципам:

1. Запоминающее устройство с произвольной выборкой (ЗУПВ).

2. Память типа FIFO (буферная память).

3. LIFO или стек.

 

Буферная память (FIFO)

Буферной памятью называется – объект памяти, которым владеют одновременно два объекта, не связанные между собой.

Используется для согласования работы устройств с различным быстродействием, а так же при мультипрограммной обработке.

 

Стек (LIFO) [Память магазинного типа]

Стек (англ. stack — стопка) — структура данных с методом доступа к элементам LIFO (англ. Last In — First Out, «последним пришёл — первым вышел»). Чаще всего принцип работы стека сравнивают со стопкой тарелок: чтобы взять вторую сверху, нужно снять верхнюю.

Стек используется при переходе к подпрограммам и обработке прерываний. В нем сохраняется состояния прерванной программы, необходимые для успешного возврата (пример патроны).

При выходе из стека подпрограммы в обратной последовательности извлекаются данные.

Стек является разделом основной памяти. Адресуется с помощью специального регистра в составе центрального процессора, который называется указатель стека, который содержит адрес верхушки стека. При занесении данных в стек значения указателя стека автономно изменяются (обычно увеличиваются) таким образом, что он содержит адрес следующей свободной ячейки.

 

Лекция № 6

Упрощенный алгоритм обмена.

 

Кто выполняет:

 

 

Окончание циклов ПДП может осуществляться:

  1. По количеству переданных байт.
  2. По исчерпанию памяти, предназначенной для ПДП.
  3. По таймеру.

Обычно используются комбинации 1 и 2.

 

НМЛ

Используется для больших резервных объемов хранения информации. Запись единицы двоичной информации достигается двумя противоположными состояниями насыщения магнитного носителя, создаваемыми импульсами тока той или иной полярности, протекающими в магнитной головке.

Идет без предварительного стирания. Головка является комбинированной, так как осуществляется чтение и запись. Информация заносится на DVD – дорожечную линию блоком из 9 головок – 1 байт + бит контроля паритета четности или нечетности.

 

Недостатки:

- не застрахован от двойных ошибок;

- на 8 байт с данными нужен 1 байт для хранения памяти.

Существует вертикальный и горизонтальный контроллер для устранения двойных ошибок.

 

FAT

Кластер – единица записи информации на диск, занимает 2 или более секторов в пределе одной дорожки.

Даже если записали 1 бит информации, то считается, что кластер весь занят, а то что не заполнено в кластере называют хвостовиком.

 

Таблица FAT – это таблица, в которой помечен каждый участок (кластер диска):

- свободен;

- занят;

- поврежден.

 

Разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом (англ.) в 1976—1977 годах. Использовалась в качестве основной файловой системы в операционных системах семейств DOS и Windows (до версии Windows ME).

 

Структура FAT следует стандарту ECMA-107 и подробно определяется официальной спецификацией от Microsoft, известной под названием FATGEN.

 

Версии системы FAT

 

Существует три версии FAT — FAT12, FAT16 и FAT32. Они отличаются разрядностью записей в дисковой структуре, т.е. количеством бит, отведённых для хранения номера кластера. FAT12 применяется в основном для дискет, FAT16 — для дисков малого объёма. На основе FAT была разработана новая файловая система exFAT (extended FAT), используемая преимущественно для флеш-накопителей.

Изначально FAT не поддерживала иерархическую систему каталогов. Все файлы располагались в корневом каталоге. Это оказалось неудобно и к тому же малый размер корневого каталога ограничивал количество файлов на диске. Каталоги были введены с выходом MS-DOS 2.0.

В различных операционных системах также были внедрены различные расширения FAT. Например, в DR-DOS имеются дополнительные атрибуты доступа к файлам; в Windows 95, Linux и Proolix — поддержка длинных имён файлов (LFN) в формате Unicode (Virtual FAT — VFAT); в OS/2 — расширенные атрибуты всех файлов.

 

VFAT

VFAT — это расширение FAT, появившееся в Windows 95. В FAT имена файлов имеют формат 8.3 и состоят только из символов кодировки ASCII. В VFAT была добавлена поддержка длинных (до 255 символов) имён файлов (англ. Long File Name, LFN) в кодировке UTF-16LE, при этом LFN хранятся одновременно с именами в формате 8.3, ретроспективно называемыми SFN (англ. Short File Name). LFN нечувствительны к регистру при поиске, однако, в отличие от SFN, которые хранятся в верхнем регис<







ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.