Реферат: Состав и принципы построения ЭВМ
Объектный модуль – машинный язык.
Полученный объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.
Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены недостающие программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняет программа редактор связи. В результате образуется загрузочный модуль.
|
Операционная система (ОС) – выполняет функцию управления.
СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ
Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть машинных ресурсов. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом, но может производиться и ОС. Выделение ресурсов перед выполнением программы называется статическим перемещением, в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.
Если ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называется динамическим перемещением , здесь программа не привязана к определенному месту.
При статическом перемещении возможны два случая:
1).Реальная память больше требуемого адресного пространства программы. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса. Эта загружаемая программа называется абсолютной программой.
2).Реальная память меньше требуемого адресного пространства. В этом случае возникает проблема организации выполнения программ.
Существует несколько методов решения этой проблемы:
- метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере необходимости.
- Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к исполнению по нескольким обращениям.
В мультипрограммном режиме имеются программы. А, В, С. При работе в мультипрограммном режиме может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска.
Виртуальная память
Реальную память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режим виртуальной памяти.
|
Виртуальная память имеет сигментоно-страничную организацию и реализована в иерархической системе ЭВМ. Часть ее размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней памяти. Записываемая область во внешней страничке памяти называется ячейкой или слотом . Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти.
Загрузить программу в виртуальную память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в основную.
Система прерываний ЭВМ
ЭВМ – это комплекс автономных устройств каждое, из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимого от других устройств.
Включает в работу центральный процессор (ЦП), передавая устройству команды и необходимые параметры. Таким образом, ЦП переключает свое «внимание» поочередно с устройства на устройство. Для того чтобы ЦП работал, создана система прерываний.
Принцип действия системы прерываний заключается в том, что при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержание регистра.
Прерывания делят на три типа:
- аппаратурные
- логические
- программные
ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ
Основная память и состав устройства
Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих функции памяти.
ЗУ делят на:
1).Основную память (ОП)
2).Сверх оперативная память (СОЗУ)
3).Внешняя память (ВЗУ)
ОП включает в себя два типа устройств:
- ОЗУ (RAM – random aces memory)
- ПЗУ (ROM – read only memory)
ОЗУ – предназначено для хранения переменной информации.
|
Функциональные возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ – энергонезависимо и имеет большее быстродействие.
В современных ЭВМ микросхемы памяти изготовляют из кремния по полупроводниковой технологии, с высокой интеграцией элементов на кристалле.
Основной составной частью микропроцессора является массив элементов памяти объединенных в матрицу накопителя. Каждый элемент памяти может хранить 1 бит памяти. Каждый бит имеет свой адрес в ЗУ, позволяющий обращаться по адресу к любому элементу памяти – называется ЗУ с произвольным доступом.
 |
2 байта - полуслово
4 байта – слово
 |
8 байт – двойное слово
 |
переменной длины
При матричной ориентации памяти реализуется координатный принцип адресации элементов памяти, когда адрес делится на X и Y. На пересечении этих элементов находятся элементы памяти, которые должны быть прочитаны.
Микросхемы памяти могут строиться на SRAM (статических) и DRAM (динамических).
В качестве статического элемента памяти (ЭП) обычно выступает статический триггер, а в качестве динамического ЭП используется электрический конденсатор внутри кремневого кристалла.
ОЗУ характеризуется объемом и быстродействием. ОЗУ в современных ЭВМ имеет модульную структуру. Сменные модули имеют различное конструктивное строение: SIM, ZIM, SIMM, DIMM. Увеличение объема ОЗУ связано с установкой дополнительных модулей, которые выпускаются в 30-контактном (30 pin) или 72-конктактном (72 pin) на 1,4,8,16,32,64 Мбайта. Время доступа к DRAM составляет 60-70 н.сек.
На производительность ЭВМ влияет тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали (СМ). Если тактовая частота не достаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения и наоборот.
Харак4теристикой производительности ОЗУ является пропускная способность, измеряемая в Мбайт/сек.
|
СОЗУ пользуются для хранения не больших объемов информации, в результате скорость считывания уменьшается в 10-20 раз. СОЗУ строят на регистрах, они бывают адресные и без адресные. Регисторные структуры делятся на память магазинного типа и память с выборкой по содержанию.
Структурная схема ОЗУ
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР ЭВМ
Структура базового микропроцессора
Микропроцессор (МП) составляет основу центрального процессора ПВМ. Это обрабатываемое устройство служит для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к основной памяти, внешним устройствам и для управления хода вычислительных процессов.
|
К группе 8-битовых процессоров относятся:
- I 8080 (INTEL) – Integrated Electonus
- I 8085
- фирма Zelog (z)
Наибольшее распространение получили:
- I 80386
- I 80486
Каждая следующая модификация имеет более расширенную систему команд и архитектурное строение (Например, в I 80486 появился встроенный сопроцессор). Все усовершенствования ставят с целью сделать ПЭВМ многофункциональными.
Характеристика микропроцессора
Каждый МП имеет свое наименование, тактовую частоту, ICOMP – показывает стандарт, разрядность шины данных, адресуемая память, т.е. разрядность шины адреса, наличие сопроцессора, потребляемая энергия, различные примечания.
Персональным ЭВМ фирмы INTEL аналогов МП (clone) являются фирмы:
1).Cyrix
2).AMD
Условно МП можно разделить на две части:
1).EU – исполнительный блок
2).BIU – устройство сопряжения СМ
В исполнительном блоке находятся арифметический блок и регистр общего назначения.
Во втором составляет адресные регистры.
Семейство МП фирмы INTEL имеет базовую систему команд, в которую входит:
1. Команды пересылки данных.
2. Арифметические данные.
3. Логические команды.
4. Команды обработки строковых данных.
5. Команды передачи управления.
6. Команды управления.
Работой МП управляет программа, записанная в ОП ЭВМ. Особое место занимает организация прерываний. Программа оболочки прерываний могут находиться в различных частях ОП, и имеет разное управление для разных DOS.
|
Принципы управления
Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операция ввода , а передача из ЭВМ – операция вывода .
При разработке системы ввода/вывода решают проблемы:
1).Обеспечить возможность реализации машин с переменным составом оборудования.
2).Необходимо реализовать одновременную работу процессора над программой и выполнения процедур ввода/вывода.
3).Упростить для пользователя работу с устройствами ввода/вывода.
Первый шаг в решении этих проблем был сделан при разработки ЭВМ второго поколения, когда впервые была обеспеченность автономной работе внешних устройств (интерфейс).
Интерфейс – устройство соединения центральных и периферийных устройств (устр. сопряжения).
Стандартизация интерфейса привела к возможности гибко изменять структуру ЭВМ. Затем появилась концепция виртуальных устройств позволяющая совмещать различных типов ЭВМ ОС. Дальнейшее развитие интерфейсов потребовало созданию новых устройств (сканер) и как следствие возникла необходимость распознавания, идентификации, преобразования из графического вида в символьный. Анализ снимков из космоса потребовал автоматической системы наблюдаемых объектов. Все это привело к тому, что во внешнее устройство встраивали память. В машинах 5-поколения заложено интеллектуализация и общение.
Все это легло в основу совершенствования систем сопряжения. Для создания такого интерфейса требуется:
1).Специальные управляющие сигналы и их последовательность.
2).Устройство сопряжения
3).Линии связи.
4).Программа, реализующая обмен.
Интерфейсом называется комплекс линий и шин, сигналов, электрических схем, алгоритмов и программ, предназначенных для осуществления обмена информации.
В зависимости от типов соединительных устройств различают:
1. Внутренний интерфейс
2. Интерфейс ввода/вывода
3. Интерфейсы межмашинного обмена
4. Интерфейс человек-машина.
Для каждого интерфейса характерно наличие специального комплекса.
 |
Внутренний интерфейс делается параллельным или последовательно-параллельным.
При использовании программно-технических средств интерфейсы ввода/вывода делятся на:
- физические
- логические.
 |
В зависимости от степени участия ЦП в управлении, различают:
1).Режим сканирования (асинхронный)
2).Синхронный режим
3).Прямой доступ к памяти.
Режим сканирования предусматривает опрос ЦП периферийного устройства. Режим сканирования прост, но имеет недостатки:
-
|
- при большом быстродействии периферийных устройств, процессор не успевает обработать информацию.
В синхронном режиме ЦП запрашивает периферийные устройства, но не ждет ответа, а выполняет другую работу.