Функциональная и структурная организация ЭВМ
Структурно-функциональная организация ЭВМ
Лекция 3. Структурная организация эвм и процессора
Структура ЭВМ и принцип ее работы 4. Физические характеристики компонентов ЭВМ. Персональный компьютер ПК или персональная ЭВМ ПЭВМ — электронная вычислительная машина, с которой может работать пользователь, не являющийся профессиональным программистом. Она характеризуется развитым дружественным человеко-машинным интерфейсом, малыми габаритами, массой, относительно невысокой стоимостью и многофункциональностью универсальностью применения. Одним из основных достоинств ПЭВМ, обеспечивших им потрясающий успех, явился принцип открытой архитектуры, заключающийся в том, что при проектировании ПЭВМ регламентируются и стандартизируются только принцип действия компьютера и его конфигурация определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними. Построение ПЭВМ не единым неразъемным устройством, а на основе принципа открытой архитектуры модульности построения обеспечивает возможность их сборки из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями. Кроме того, такой компьютер легко расширяется и модернизируется за счет наличия внутренних расширительных разъемов, позволяющих пользователю добавлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей ЭВМ в соответствии со своими личными предпочтениями. Специалисты часто называют такие операции upgrade расширить, обновить. Цель данной работы рассмотреть функционально-структурную организацию ЭВМ. Рассмотреть состав и назначение основных блоков компьютера. Рассмотреть основные характеристики компонентов ЭВМ центрального процессора и памяти. Методологической и теоретической основой при написании работы послужила учебная литература и труды отечественных и зарубежных авторов. Структура ЭВМ и принцип ее работы. Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался электронной вычислительной машиной — ЭВМ. Структура такого устройства была описана знаменитым математиком Джоном фон Нейманом в г. Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов. Структура современного персонального компьютера представлена на рисунке ниже. Рассмотрим принцип взаимодействия основных устройств. Материнская системная плата — важнейший элемент ПК, на ней размещаются устройства непосредственно осуществляющие процесс обработки информации вычислений , как правило это микропроцессор, внутренняя память, системная шина, контроллер клавиатуры, генератор тактовой частоты, контроллер прерываний, таймер и др. Схемы, управляющие другими внешними устройствами компьютера, как правило, находятся на отдельных платах, вставляемых в унифицированные разъемы слоты на материнской плате. Через эти разъемы контроллеры устройств подключаются непосредственно к системной магистрали передачи данных в компьютере — шине. Иногда эти контроллеры могут располагаться на системной плате. Наборы микросхем, на основе которых исполняются системные платы, называют чипсетами. Материнские платы различаются по типу процессоров, которые могут быть установлены на них, и названия фирм, их выпускающих. На материнских платах находятся специальные перемычки — джамперы , позволяющие подстроить ее под тип процессора и других устройств, устанавливаемых на ней. Все дополнительные устройства взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных — шину. Виды слотов расширения различаются по типу шины. Данные могут передаваться между внешними устройствами и процессором, оперативной памятью и процессором, внешними устройствами и оперативной памятью или между устройствами ввода-вывода. Шина характеризуется типом, разрядностью, частотой и количеством подключаемых внешних устройств. При работе с оперативной памятью шина проводит поиск нужного участка памяти и обменивается информацией с найденным участком. Эти задачи выполняют две части системной шины: Аппаратно-логические устройства, отвечающие за совместное функционирование различных компонентов, называют интерфейсами. Современный компьютер заполнен разными интерфейсами, обеспечивающими всеобщее взаимодействие. На интерфейсы существуют стандарты. Совокупность интерфейсов, реализованных в компьютере, образует то, что называют архитектурой компьютера. Для добавления в ПК нового дополнительного устройства необходим контроллер — устройство, аппаратно согласовывающее работу системы и дополнительного устройства. Кроме того, необходим драйвер этого устройства — программа, позволяющая программно связать это устройство с системой в целом. Центральной частью компьютера является системный блок, с присоединенными к нему клавиатурой, монитором и мышью. Системный блок и монитор независимо друг от друга подключаются к источнику питания — сети переменного тока. В современных компьютерах дисплей и системный блок иногда монтируются в едином корпусе. В системном блоке располагаются все основные устройства компьютера:. Все компоненты ПК по их функциональному отношению к работе с информацией можно условно разделить на:. Central Processing Unit — основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины. Частота генератора тактовых импульсов является одной из основных характеристик персонального компьютера и во многом определяет скорость его работы, ибо каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой. Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы стыки подключаются к шине единообразно: Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему — контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII -кодов. Память внутренняя — системная, включающая ОЗУ и ПЗУ и внешняя дисковая. ROM , Read Only Memory — память только для чтения служит для хранения неизменяемой постоянной программной и справочной информации. Дисковая память относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач, в ней, в частности, хранится все программное обеспечение компьютера. В качестве устройств внешней памяти размещаемых в системном блоке, используются накопители на жестких НЖМД и гибких НГМД магнитных дисках, накопители на оптических дисках НОД и др;. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд. Таймер подключается к автономному источнику питания — аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать. Это важнейшая составная часть любого вычислительного комплекса. ВУ ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой: ВУ весьма разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков. Так, по назначению можно выделить следующие виды ВУ:. Монитор — устройство для отображения вводимой и выводимой из ПК информации. Устройства речевого ввода-вывода относятся к быстроразвивающимся средствам мультимедиа. Устройства речевого ввода — это различные микрофонные акустаческие системы, "звуковые мыши", например, со сложным программным обеспечением, позволяющим распознавать произносимые человеком буквы и слова, идентифицировать их и закодировать. Устройства речевого вывода — это различные синтезаторы звука, выполняющие преобразование цифровых кодов в буквы и слова, воспроизводимые через громкоговорители динамики или звуковые колонки, подсоединенные к компьютеру. К устройствам ввода информации относятся:. К устройствам вывода информации относятся:. Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т. К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные платы с интегральными микросхемами, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора: Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических, функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно совмещенно во времени с основным МП, но под управлением последнего. Ускорение операций происходит в десятки раз. Сопроцессор ввода-вывода за счет параллельной работы с МП значительно ускоряет выполнение процедур ввода-вывода при обслуживании нескольких внешних устройств монитор, принтер, НЖМД, НГМД и др. Важнейшую роль играет в ПК контроллер прерываний. Прерывание — временный останов выполнения одной программы в целях оперативного выполнения другой, в данный момент более важной приоритетной программы. Прерывания возникают при работе компьютера постоянно. Достаточно сказать, что все процедуры ввода-вывода информации выполняются по прерываниям. Контроллер прерываний обслуживает процедуры прерывания, принимает запрос на прерывание от внешних устройств, определяет уровень приоритета этого запроса и выдает сигнал прерывания в МП. После завершения программы обслуживания восстанавливается выполнение прерванной программы. Контроллер прерываний является программируемым. Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины для выполнения арифметических и логических операций над информацией. В состав микропроцессора входят:. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память ОП не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Интерфейс interface — совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Процессоры классифицируются по базовому типу, называющемуся семейством. Существует большое количество различных семейств процессоров, среди которых можно выделить семейство Intel и совместимых с ними AMD и Cyrix , на которых базируется значительная часть ПК. Фирмой Intel был создан процессор Pentium и его модификации Pentium Pro , Pentium II , Pentium III , Pentium IV. Процессоры фирмы Motorola , применяемые в компьютерах фирмы Apple , относятся к другому семейству. Основными характеристиками процессора являются:. Каждая последующая модель имеет более высокую производительность по сравнению с предыдущей. Современные процессоры обладают расширением ММХ MultiMedia eXtention — расширение мультимедиа ;. Процессор Pentium и его модификации имеют тактовые частоты от 60 МГц до 1,5 ГГц 1,5 миллиарда операций в секунду ;. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет разрядную шину данных, то есть за один такт он обрабатывает 64 бита. Оперативная память RAM — random access memory , ОЗУ — устройство, предназначенное для хранения обрабатываемой информации данных и программ, управляющих процессом обработки информации. Конструктивно представляет собой набор микросхем, размещенных на одной небольшой плате модуль, планка. Модуль модули оперативной памяти вставляется в соответствующий разъем материнской платы, позволяя таким образом связываться с другими устройствами ПК. Основными характеристиками памяти являются объем, время доступа и плотность записи информации. Объем памяти определяется максимальным количеством информации, которая может быть помещена в эту память, и выражается в килобайтах, мегабайтах, гигабайтах. Время доступа к памяти секунды представляет собой минимальное время, достаточное для размещения в памяти единицы информации. Важнейшей характеристикой компьютера в целом является его производительность, то есть возможность обрабатывать большие объемы информации. Производительность ПК во многом определяется быстродействием процессора, а также объемом оперативной памяти и скоростью доступа к ней. Оперативная память изготавливается в виде небольших печатных плат с рядами контактов, на которых размещаются интегральные схемы памяти модули памяти. Модули памяти различаются по размеру и количеству контактов SIMM или DIMM , по быстродействию, по объему. Важнейшей характеристикой модулей оперативной памяти является быстродействие — частота, с которой считывается или записывается информация в ячейки памяти. Современные модули памяти имеют частоту МГц и выше. Оперативная память состоит из огромного количества ячеек десятки миллионов , в каждой из которых хранится определенная информация. От объема оперативной памяти зависит, сможет ли компьютер работать с той или иной программой. При недостаточном количестве памяти программы либо совсем не будут работать, либо будут работать медленно. Типичный современный компьютер имеет или Мб оперативной памяти. Оперативная память энергозависима — при выключении электропитания информация, помещенная в оперативную память, исчезает безвозвратно. Для ускорения доступа к оперативной памяти используется кэш-память cache — запас. Это сверхбыстрая оперативная память, предназначенная для временного хранения текущих данных и помещенная между оперативной памятью и процессором. Объем кэш-памяти до 1Мб. Специальные программно-аппаратные средства обеспечивают опережающее копирование данных из оперативной памяти в кэш и обратное копирование данных по окончании их обработки. Обработка данных в кэш-памяти производится быстрее, что приводит к увеличению производительности ПК. Непосредственного доступа из программы в кэш-память нет. CMOS -память изготовленная по технологии CMOS — complementary metal — oxide semiconductor предназначена для длительного хранения данных о конфигурации и настройке компьютера дата, время, пароль , в том числе и когда питание компьютера выключено. Для этого используют специальные электронные схемы со средним быстродействием, но очень малым энергопотреблением, питаемые от специального аккумулятора, установленного на материнской плате. Данные записываются и считываются под управлением команд, содержащихся в другом виде памяти — BIOS. BIOS — постоянная память, то есть память, хранящая информацию при отключенном питании теоретически сколь угодно долго, в которую данные занесены при ее изготовлении. Жесткий магнитный диск винчестер, HDD — Hard Disk Drive — постоянная память, предназначена для долговременного хранения всей имеющейся в компьютере информации. Операционная система, постоянно используемые программы загружаются с жесткого диска, на нем хранится большинство документов. Жесткий диск представляет собой герметичную коробочку, внутри которой спрятано несколько дисков, покрытых магнитным слоем. Над ними очень быстро движутся несколько головок чтения-записи. Практически все современные жесткие диски выпускаются по технологии, использующей магниторезистивный эффект. Благодаря этому емкость дисков растет быстрыми темпами за счет повышения плотности записи информации. Появление в г. Основные параметры жесткого диска:. Емкость — винчестер имеет объем от 40 Гб до Гб и более. Измеряется в миллисекундах и обозначает то время, которое необходимо диску для доступа к любому выбранному вами участку. Средний показатель — 9 мс. Показатель, напрямую связанный со скоростью доступа и скоростью чтения данных. Скорость вращения жесткого диска в основном влияет на сокращение среднего времени доступа. Повышение общей производительности особенно заметно при выборке большого числа файлов. Размер кэш-памяти — быстрой буферной памяти небольшого объема, в которую компьютер помещает наиболее часто используемые данные. У винчестера есть своя кэш-память размером до 8 Мбайт. Освоить современные технологии могут только крупнейшие производители, потому что организация изготовления сложнейших головок, пластин, контроллеров требует крупных финансовых и интеллектуальных затрат. Жесткие диски производят семь основных компаний: Fujitsu , IBM - Hitachi , Maxtor , Samsung , Seagate , Toshiba и Western Digital. При этом каждая модель одного производителя имеет свои, только ей присущие особенности. Проблема емких и надежных накопителей, являющихся внешними для компьютерной системы, стоит сегодня достаточно остро. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращается с постоянной угловой скоростью. В настоящее время распространенными накопителями можно назвать дисководы CD - ROM и CD - RW Compact Disc - ReWritable. С помощью специальных программ на чистый CD возможна запись информации в домашних условиях. Запись производится мощным лазером, под воздействием которого материал CD частично теряет прозрачность. По внешнему виду как сами дисководы, так и диски для CD - RW практически не отличаются от CD - ROM , DVD - ROM. Однако из-за меньшей прозрачности CD требуют лучшего отражающего покрытия. В целях сохранения информации CD необходимо предохранять от механических повреждений царапин, сколов , а также от загрязнения. Накопители управляются контроллерами, размещенными на системной плате либо на мультикарте. Устройства, выполненные на одной микросхеме кристалле и не имеющие подвижных частей, основаны на кристаллах электрически перепрограммируемой флэш-памяти. Физический принцип организации ячеек флэш-памяти можно считать одинаковым для всех выпускаемых устройств, как бы они ни назывались. Различаются такие устройства по интерфейсу и применяемому контроллеру, что обусловливает разницу в емкости, скорости передачи данных и энергопотреблении. В данной работе была раскрыта структурная схема ЭВМ. Описаны основные компоненты ЭВМ: Рассмотрен принцип взаимодействия основных устройств. А также описаны состав центрального процессора и его основные характеристики, такие как быстродействие, тактовая частота и разрядность. Разобраны основные виды памяти и их основные характеристики, такие как емкость, скорость чтения данных и среднее время доступа к данным. Оперативная память — устройство, предназначенное для хранения обрабатываемой информации данных и программ, управляющих процессом обработки информации. CMOS -память предназначена для длительного хранения данных о конфигурации и настройке компьютера дата, время, пароль , в том числе и когда питание компьютера выключено. Жесткий магнитный диск — постоянная память, предназначена для долговременного хранения всей имеющейся в компьютере информации. В настоящее время распространенными накопителями можно назвать дисководы CD - ROM и CD - RW. Толковый словарь современной компьютерной лексики. Финансы и статистика, Информатика и информационные технологии. Вопросы к контрольной работе. Классическая структура ЭВМ 1-го поколения, ее характерные черты и Развитие структуры ЭВМ в машинах 2-го поколения. Характерные черты ЭВМ 2-го поколения. Структура ЭВМ 3-го поколения Область применения эвм ……………………….. Структура эвм Исторически компьютер появился как Организация функционирования ЭВМ с могестральной структурой ЭВМ Более тесной становится связь структуры машины и ее программного В-третьих, изучил развитие внутренней структуры ЭВМ. Внутренняя структура вычислительной техники Возможность наращивания структуры ЭВМ и уменьшения уязвимости к отказам обеспечена ПК, так и программно — математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними Архитектура ЭВМ — организация ЭВМ.
Все устройства ЭВМ делятся на центральные и периферийные. Центральные устройства - полностью электронные, периферийные устройства могут быть либо электронными, либо электромеханическими с электронным управлением. В центральных устройствах основным узлом, связывающим микропроцессорный комплект в единое целое, является системная магистраль. Она состоит из трех узлов, называемых шинами: В состав системной магистрали входят регистры защелки, в которых запоминается передаваемая инфор-мация, шинные формирователи, шинные арбитры, определяющие очередность доступа к системной магистрали, и др. Логика работы системной магистрали, количество разрядов линий в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций, возникающих при одновременном обращении различных устройств ЭВМ к системной магистрали, образуют интерфейс системной шины. В состав центральных устройств ЭВМ входят: Периферийные устройства делятся на два вида: Управляющая работой ЭВМ программа перед началом выполнения загружается операционной системой в основную память. Адрес первой выполняемой команды передается микропроцессору и запоминается в счетчике команд. Начало работы процессора заключается в том, что адрес из счетчика команд в котором всегда хранится адрес очередной команды выставляется на шину адреса системной магистрали. Одновременно на шину управления выдается команда: Получив с шины управления системной магистрали команду, основная память считывает адрес с шины адреса, находит ячейку с этим номером и ее содержимое выставляет на шину данных, а на шину управления выставляет сигнал о выполнении команды. Процессор, получив по шине управления сигнал об окончании работы ОП, вводит число с шины данных на внутреннюю магистраль МП и через нее пересылает введенную информацию в регистр команд. В регистре команд полученная команда разделяется на кодовую и адресную части. Код команды поступает в блок управления для выработки сигналов, настраивающих МП на выполнение заданной операции, и для определения адреса следующей команды который сразу заносится в счетчик команд. Адресная часть команды выставляется на шину адреса системной магистрали СМ и сопровождается сигналом выборки из ОП на шине управления. Выбранная из ОП информация через шину данных поступает на внутреннюю магистраль МП, с которой вводится в арифметико-логическое устройство АЛУ. На этом заканчивается подготовка МП к выполнению операции и начинается ее выполнение в АЛУ. Результат выполнения операции выставляется микропроцессором на шину данных, на шину адреса ставится адрес ОП, по которому этот результат необходимо записать, а на шину управления - команда запись в ОП. Получив с шины управления команду, ОП считывает адрес и данные с системной магистрали, организует запись данных по указанному адресу и после выполнения команды выставляет на шину управления сигнал, обозначающий, что число записано. Процессор, получив этот сигнал, начинает выборку очередной команды: В каждом цикле, получив команду в регистр команд и выделив код операции , процессор определяет, к какому устройству она относится. Если команда должна выполняться процессором, организуется ее выполнение по описанному циклу. Если же команда предназначена для выполнения в другом устройстве ЭВМ, центральный процессор ЦП передает ее соответствующему устройству. Процесс передачи команды другому устройству предусматривает следующие действия: ЦП выставляет на шину адреса СМ адрес интересующего его устройства. По шинам управления передается сигнал поиска устройства. Все устройства, подключенные к системной магистрали, получив этот сигнал, читают номер устройства с шины адреса и сравнивают его со своим номером. Устройства, для которых эти номера не совпадают, на эту команду не реагируют. Устройство с совпавшим номером вырабатывает сигнал отклика по шине управления. ЦП, получив сигнал отклика, в простейшем случае выставляет имеющуюся у него команду на шину данных и сопровождает ее по шине управления сигналом "передаю команду". Получив сигнал о приеме команды, ЦП переходит к выполнению очередной своей команды, выставляя на шину адреса содержимое счетчика команд. В более сложных случаях, получив сигнал, что устройство откликнулось, прежде чем передавать команду, ЦП запрашивает устройство о его состоянии. Текущее состояние устройства закодировано в байте состояния, который откликнувшееся устройство передает процессору через ШД системной магистрали. Если устройство включено и готово к работе, то байт состояния - нулевой. Наличие в нем единиц свидетельствует о нештатной ситуации, которую ЦП пытается проанализировать и в необходимых случаях извещает оператора о сложившейся ситуации. Взаимодействие МП с внешними устройствами предусматривает выполнение логической последовательности действий, связанных с поиском устройства, определением его технического состояния, обменом командами и информацией. Эта логическая последовательность действий вместе с устройствами, реализующими ее, получила название " интерфейс ввода -вывода". Для различных устройств могут использоваться разные логические последовательности действий, поэтому интерфейсов ввода-вывода может в одной и той же ЭВМ использоваться несколько. Если их удается свести к одному, универсальному, то такой интерфейс называется стандартным. В IBM PC есть три стандартных интерфейса для связи ЦП с внешними устройствами: Интерфейсы постоянно совершенствуются, поэтому с появлением новых ЭВМ, новых внешних устройств и даже нового программного обеспечения появляются и новые интерфейсы. Так, в программном обеспечении, разработанном ведущими фирмами в том числе фирмой Microsoft все шире используется новый интерфейс " Plug and Play " "Включи и играй" , который предназначен для облегчения системной настройки ЭВМ при подключении новых устройств к машине. Этот интерфейс позволяет подключить с помощью кабеля новое устройство, а после включения ЭВМ ее программное обеспечение автоматически определяет состав подключенных устройств, их типы и настраивает машину на работу с ними без вмешательства системного оператора. Если при обращении ЦП к внешнему устройству продолжение выполнения основной программы ЦП возможно только после завершения операции ввода-вывода, то ЦП, запустив внешнее устройство, переходит в состояние ожидания и находится в нем до тех пор, пока внешнее устройство не сообщит ему об окончании обмена данными. Это приводит к простою большинства устройств ЭВМ, так как в каждый момент времени может работать только одно из них. Такой режим работы получил название однопрограммного - в каждый момент времени все устройства находятся в состоянии ожидания, и только одно устройство выполняет основную и единственную программу. Для ликвидации таких простоев и повышения эффективности работы оборудования внешние устройства сделаны автономными: Процессор же, запустив внешнее устройство, пытается продолжить выполнение программы. При необходимости если встретятся соответствующие команды он может запустить в работу несколько других устройств так как внешние устройства работают значительно медленнее процессора. Если же ему приходится переходить в режим ожидания , то, пользуясь тем, что в ОП может одновременно находиться не одна, а несколько программ, ЦП переходит к выполнению очередной программы. При этом создается ситуация, когда в один и тот же момент времени различные устройства ЭВМ выполняют либо разные программы, либо разные части одной и той же программы. Такой режим работы ЭВМ называется многопрограммным. Организация процессов ввода, преобразования и отображения результатов в ЭВМ относится к сфере системного программного обеспечения. Это сложные процессы, которые чаще всего делаются "прозрачными", то есть незаметными для пользователя. Один из них - реализация задания пользователя: Написанное задание программа представляет собой исходный модуль, сопровождаемый управляющими предложениями, указывающими операционной системе ЭВМ, на каком языке написана программа и что с ней надо делать. Если программа пишется на алгоритмическом языке, то управляющие предложения - на языке управления операционной системой в Windows всех версий это скрипты, оформляемые в виде командных файлов. Исходный модуль перед исполнением должен быть переведен на внутренний язык машины. Эта операция выполняется специальной программой - транслятором. В качестве транслятора может выступать компилятор, или интерпретатор рис. Результат работы компилятора может быть записан в библиотеку объектных модулей БОМ или передан другим программам для дальнейшей обработки, поскольку полученная машинная программа не готова к исполнению по двум причинам. Во-первых, она содержит неразрешенные внешние ссылки то есть обращение к программам, которые не содержатся в исходном модуле, но необходимы для работы основной программы - например, к стандартным программам алгоритмического языка , таким как извлечение корня квадратного, вычисление тригонометрических функций и т. Во-вторых, объектный модуль представляет собой машинную программу в условных адресах: Недостающие программы должны быть взяты из библиотек компилятора которые могут быть написаны в виде исходных либо в виде объектных модулей и добавлены к основной программе. Эту операцию выполняет редактор связей. В результате работы редактора связей образуется загрузочный модуль ЗМ , который помещается в соответствующую библиотеку программ - библиотеку загрузочных модулей БЗМ. В загрузочном модуле все ссылки разрешены, то есть он содержит все необходимые стандартные программы, но привязки к памяти у загрузочного модуля нет. Привязка к памяти загрузочного модуля производится программой выборки, которая переносит загрузочный модуль из библиотеки загрузочных модулей обычно хранящейся на магнитном носителе в основную память и во время этого переноса корректирует адреса, учитывая, с какого адреса основной памяти размещается загрузочный модуль. После перемещения загрузочного модуля в основную память программа выборки инициирует ее выполнение. Представление машинной программы в виде исходных, объектных и загрузочных модулей позволяет реализовать наиболее эффективные программные комплексы. Например, если по одной и той же программе необходимо много раз производить расчеты, то неэффективно тратить каждый раз время на трансляцию и редактирование программы - ее нужно оформить в виде загрузочного модуля и хранить в соответствующей библиотеке. При обращении к такой программе сразу будет вызываться программа выборки для загрузки соответствующего модуля а этапы компиляции и редактирования связей будут опускаться , и время на выполнение программы существенно сократится. Если же программа только отлаживается или после каждого просчета ее нужно будет модернизировать, то получение загрузочного модуля и обращение к программе выборки будут лишними операциями. Для их обхода вместо редактора связей может быть применен загрузчик - программа, сочетающая в себе функции редактирования связей и загрузки полученной машинной программы в основную память для исполнения. Но при использовании загрузчика многократные просчеты по программе проводить невыгодно, так как каждый раз приходится выполнять лишние операции редактирования связей. Алгоритмы распределения, использования, освобождения ресурсов и представления к ним доступа предназначены для наиболее эффективной организации работы всего комплекса устройств ЭВМ. Рассмотрим их на примере управления основной памятью. Для выполнения программы при ее загрузке в основную память ей выделяется часть машинных ресурсов - они необходимы для размещения команд, данных, управляющих таблиц и областей ввода-вывода, т. Выделение ресурсов может быть осуществлено самим программистом особенно если он работает на языке, близком машинному , но может производиться и операционной системой. Если выделение ресурсов производится перед выполнением программы, такой процесс называется статическим перемещением, в результате которого программа "привязывается" к определенному месту в памяти вычислительной машины. Если же ресурсы выделяются в процессе выполнения программы, это называется динамическим перемещением, в этом случае программа не привязана к определенному месту в реальной памяти. Динамический режим можно реализовать только с помощью операционной системы. При статическом перемещении могут встретиться два случая. Реальная память больше требуемого адресного пространства программы рис. В этом случае загрузка программы в реальную память производится, начиная с нулевого адреса. Загружаемая программа А является абсолютной программой, так как никакого изменения адресов в адресном пространстве, подготовленном компилятором, при загрузке в основную память не происходит - программа располагается с адреса реальной памяти 0h. Реальная память меньше требуемого адресного пространства программы рис. В этом случае программист или операционная система вынужден решать проблему, как организовать выполнение программы. Методов решения проблемы существует несколько: В некоторых операционных системах адреса откомпилированной с адреса 0h программы могут быть преобразованы в адреса реальной памяти, отличные от 0h. При этом создается абсолютный модуль, который требует размещения его в памяти всегда с одного и того же адреса. Тогда, при мультипрограммном режиме, если имеем программы А, В и С, для которых известно, что программа А выполняется при размещении в памяти с адреса 60 Кбайт до 90 Кбайт, В - с 60 Кбайт до 90 Кбайт, С - с 50 Кбайт до Кбайт, организовать их совместное выполнение невозможно, так как им необходим один и тот же участок реальной памяти. Эти программы будут ждать друг друга, либо их нужно заново редактировать с другого адреса. При работе в мультипрограммном режиме может сложиться ситуация, когда между программами образуются незанятые участки памяти. Такое состояние называется фрагментацией реальной памяти. Оно характерно для систем со статическим перемещением рис. В системах с динамическим перемещением программ перемещающий загрузчик размещает программу в свободной части памяти и допускает использование несмежных ее участков рис. В этом случае имеется больше возможностей для организации мультипрограммной работы, а следовательно, и для более эффективного использования временных ресурсов ЭВМ. При больших размерах реализуемых программ возникают некоторые противоречия в организации мультипрограммного режима работы и трудности динамического распределения ресурсов. В настоящее время разработано несколько способов решения этих противоречий. Например, для борьбы с фрагментацией основной памяти адресное пространство программы может быть разбито на отдельные сегменты, слабо связанные между собой. Тогда программа, которая имеет длину, превышающую размеры свободных участков памяти, может быть представлена в виде ряда сегментов, загружаемых в различные области ОП. Это позволяет использовать реальную память, теряемую из-за фрагментации. Адреса в каждом сегменте начинаются с 0h. При статическом перемещении программы в процессе загрузки ее в основную память адреса должны быть привязаны к конкретному месту в памяти, на это уходит много времени, отвлекаются вычислительные ресурсы. Более эффективной является динамическая трансляция адресов ДТА , которая заключается в том, что сегменты загружаются в основную память без трансляции адресного пространства то есть без изменения адресов в программе с учетом физического размещения в памяти команд и данных , а трансляция адресов каждой команды производится в процессе ее выполнения. Этот тип трансляции называется динамическим перемещением и осуществляется специальными аппаратными средствами ДТА рис. Для динамической трансляции адресов то есть при определении абсолютных адресов по известным относительным, содержащим номер сегмента и смещение операционная система строит специальные таблицы, устанавливающие соответствие между сегментируемым адресным пространством программы и действительными адресами сегментов в реальной памяти рис. Каждая строка таблицы сегментов содержит адрес начала сегмента в реальной памяти. Для каждого сегмента имеется одна строка таблицы. Таблицу сегментов содержит каждая выполняемая программа. В дополнение к таблице сегментов для динамической трансляции адреса применяется специальный управляющий регистр, называемый регистром начала таблицы сегментов РНТС , или STOR segment table origin register. В этот регистр занесен адрес таблицы сегментов выполняемой в данный момент программы. В МП Pentium в качестве РНТС используются 3 регистра: GDTR, LDTR и IDTR. Использованием сегментации программ достигается уменьшение фрагментации основной памяти, но полностью фрагментация не устраняется - остаются фрагменты, длина которых меньше длины сегментов программы. Если сегменты разделить на одну или несколько единиц, называемых страницами, которые имеют фиксированный размер, то, поскольку размер страницы достаточно мал по сравнению с обычным размером сегментов, неиспользуемые фрагменты ОП значительно сокращаются в объеме, будет происходить так называемая фрагментация внутри страниц. Следовательно, потери все-таки останутся, но они будут существенно меньше. Такая организация использования ресурсов называется сегментно-страничной. Формирование сегментно-страничной структуры выполняется автоматически с помощью операционной системы. Все преимущества динамического перемещения с применением сегментации и страничной организации достигаются благодаря аппаратуре и программному обеспечению, а не пользователям системы. Специальные программы во время загрузки разбивают адресное пространство программы на сегменты и страницы, строят таблицы сегментов и страниц. Средства ДТА автоматически транслируют адрес в процессе выполнения программы. Мы ищем курсы, покупаем и публикуем их для вас бесплатно. Учеба Академии Учителя Рейтинг Вопросы Магазин. Курсы Школа Высшее образование Мини-МБА Профессиональная переподготовка Повышение квалификации Сертификации. Информация Глоссарий Дипломы Вопросы и ответы Студенты Рейтинг выпускников Мнения Литература Учебные программы. Национальный исследовательский университет "Высшая Школа Экономики". Программное обеспечение , Образование. ЭВМ представляет собой совокупность устройств, выполненных на больших интегральных схемах, каждая из которых имеет свое функциональное назначение. Комплект интегральных схем чипсет , из которых состоит ЭВМ, называется микропроцессорным комплектом. В состав микропроцессорных комплектов входят микросхемы, обеспечивающие совместную работу всех функциональных узлов ЭВМ. Хочу пройти тест но не получается. Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности Реклама на сайте Напишите нам.
Ibooks ru электронная библиотека
Как приготовить сухарики как в магазине
История городского сада
Пинетки кедики вязать
Способы посадки земляники садовой