Эффективная подготовка к государственным междисциплинарным экзаменам для студентов технических специальностей (стр. 4 )

C:9,13,14

И в итоге имеем отсортированный файл А:2,6,9,11,13,14,14,18,25,43,70

Метод естественного слияния выполняется аналогично, только разбиение происходит на изначально сортированные серии.

A:34|13|6,15,28|4,5|1,7,40|35|12 разбиваем на

B:34|6,15,28|1,7,40|12

C:13|4,5|35

Объединяем в A:13,34|4,5,6,15,28|1,7,35,40|12. Разбиваем на

B:13,34|1,7,35,40

C:4,5,6,15,28|12

Объединяем в A:4,5,6,13,15,28,34|1,7,12,35,40. Разбиваем на

B:4,5,6,13,15,28,34

C:1,7,12,35,40

После слияния получаем отсортированный файл A:1,4,5,6,7,12,13,15,28,34,35,40

В этих методах используется 3 файла => называется трехленточным.

Для выполнения одного прохода сортировки использовались две процедуры(фазы) - - разбиение и слияние => методы двухфазные.

Можно использовать больше файлов, это повысит эффективность, но усложнит реализацию.

Методы внешней и внутренней сортировки можно объединить - фрагменты файла считываются в ОЗУ, сортируются методами внутренней сортировки и сохраняются в файл. Далее происходит внешняя сортировка слиянием.

  II.  Организация и функционирования аппаратных и программных средств ЭВМ.

1. Центральный процессор. Назначение и структура. Архитектура процессоров фирмы INTEL на ассемблерном уровне.

Процессором называют устройство, которое непосредственно осуществляет обработку и программное управление процессом обработки. Выполнение команды процессора может быть разделено на более мелкие этапы (микрооперации), во время реализации которых выполняются определённые элементарные действия. Конкретный состав микрооперации и последовательное их выполнение определяется системой команд, логической структурой и особенностью данного процесса. Последовательность микроопераций реализуется в данную команду, образуется микропрограмма операций.

Для определения временных соотношений между различными этапами операций используется понятие машинного такта. Машинный такт определяет интервал времени, в течение которого выполняется одна или несколько микроопераций процесса. Границы такта задаются синхросигналами, которые вырабатываются генератором синхросигналов.

В состав ЦП входят:

1.  Генератор синхросигналов

2.  Устройство управления

3.  АЛУ

4.  Рабочие регистры

5.  Внутренняя и управляющая память

6.  Устройства управления шиной

1. Генератор синхросигналов. Формирует один или несколько потоков равномерно распределяющих импульсов, которые координируют все действия ЭВМ. Производительность процессора во многом определяется частотой синхронизации.

2. Устройство управления. Предназначено для выборки команд из основной памяти, их интерпретации и выполнения. В общем случае содержит в своем составе

·  Программный счетчик - регистр, содержащий адрес той ячейки основной памяти, из которой будет выбираться следующая команда.

·  Регистр флагов – отдельные биты данного регистра имеют определенное функциональное назначение и называются флагами. Эти флаги фиксируют текущее состояние процесса и важные особенности результата текущей команды.

Основные флаги

1.  С (carry) - флаг переноса

2.  Z (zero) - флаг нуля

3.  S (sign) - флаг знака

·  Указатель стека (SP) stack pointer - последовательность тактовых регистров или область основной памяти, временно запоминается важная информация, принцип FILO

3. АЛУ. Выполняет главную функцию процессора - обработка данных, их вычисления и перемещения. Через 2 входа поступают данные и сигналы о том, что необходимо с ними делать. Результат операции передается дальше через единственный выход.

4. Рабочие регистры. Предназначены для расширения возможностей программирования. Различают

·  Арифметические - служат для временного хранения данных для выполнения арифметических и логических операций

·  Адресные - используются для адресации данных и команд

·  Регистры общего назначения могут выполнять любую из этих функций

5. Управляющая память. Есть в процессорах с микропрограммным принципом управления. Может быть доступна и недоступна для программирования. В IBM не доступна.

6. Устройство управления шиной. Предназначено для координации взаимодействия центрального процессора с внешними устройствами. Некоторые управляющие функции могут быть реализованы этим устройством.

Архитектура:

386 процессор поддерживает более 170 инструкций, и на уровне ассемблера содержит примерно следующий набор команд:

Пересылка данных	MOV PUSH POP XCHG OUT IN
Арифметические операции	ADD INC SUB DEC
Логические операции	NOT AND TEST OR XOR
Обработка блоков данных	REP MOVS CMPS
Команды передачи управления	CALL JMP RET
Команды условного перехода	JA JLE JNL JS LOOP
Команды прерывания	INT INTO IRET
Управление состоянием процессора	CLС CLI HLT WAIT ESC LOCK NOP

2. Управление вводом-выводом. Основные понятия. Шинный и канальный ввод-вывод. Ввод-вывод в персональных ЭВМ.

Существуют два способа ввода-вывода:

• Шинный

• Канальный

В больших ЭВМ как правило организация I/O осуществляется посредством специальных процессоров, которые освобождая ЦП от многих рутинных операций позволяют повысить производительность вычислительной системы в целом.

Каналы I/O работают по хранимой в памяти программе; взаимодействуют с периферийными устройствами через

• стандартные сопряжения - интерфейсы

• устройства управления периферийными устройствами - контроллеры.

Интерфейс - совокупность шин для передачи электрических сигналов между блоками ЭВМ и алгоритма, описывающего порядок взаимодействия блоков.

Котроллер осуществляет управление обменом информации для группы периферийных устройств одного типа ( винчестер ) и выполняет следующие функции:

1.  преобразует специальные сигналы интерфейса в сигналы, обеспечивающие работу конкретного периферийного устройства

2.  синхронизирует работу периферийных устройств с другими устройствами

3.  обеспечивает временное хранение информации, необходимое для реализации цикла обмена

Т. О каналы I/O реализуют функции обмена информацией для всех периферийных устройств. Контроллер выполняет управление обменом для группы устройств одного типа. Интерфейс осуществляет электрическую связь между каналами и контроллерами и подготавливает сигналы I/O т. о., чтобы любое периферийное устройство могло быть подключено к каналам.

Каналы:

1.  Селекторный - обеспечивает параллельную работу ЦП и одного периферийного устройства. Имеет один канал и каждый момент времени обеспечивает только одну операцию передачи данных. Не воспринимает новые команды ЦП до завершения операции I/O.

2.  Мультиплексный канал - организует параллельную работу нескольких периферийных устройств, обслуживая каждого из них в течении короткого сеанса связи. Максимальное число подключаемых периферийных устройств определяется количеством каналов.

3.  Блок - мультиплексные - каналы объединяющие мультиплексный и селекторный каналы.

Шинный I/O

В операциях обмена данными ЦП взаимодействует не с конкретным устройством а с соответствующими регистрами контроллера. Обмен данных осуществляется с помощью программ - драйверов I/O.

Функции драйверов:

1.  Проверка состояния внешнего устройства

2.  Выдача команд внешнему устройству

3.  Передача данных

3 способа организации I/O в ЭВМ :

1.  Программный. Требует минимум аппаратных средств и осуществляется полностью под управлением микропроцессора.

2.  Ввод вывод по прерываниям. Основан на выработке внешним устройствам специального сигнала ( запрос прерывания ) в момент его готовности для обмена данными с микропроцессором.

3.  Ввод вывод в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). Предназначен для ВУ с высоким быстродействием. Передача данных происходит непосредственно между ВУ и ОП при помощи контроллера ПДП.

3. Понятие о прерывании процесса. Система прерываний и обработка прерываний. Причины прерываний, приоритет в прерывании

Основным механизмом, позволяющим совмещать работу нескольких программ, работу процессора и внешних устройств является система прерываний. Представляет собой аппаратно - программный комплекс и обеспечивает реакцию ЭВМ на некоторую совокупность событий, требующих перехода к новой последовательности команд, исполнения этих команд и возврата к прерванной программе.

Принято считать, что совокупность причин, инициирующих одну и ту же программу обработки прерываний образует уровень или класс обработки прерываний.

В процессе работы ЭВМ может возникать несколько причин. Порядок обработки этих прерываний может быть различен:

·  По мере их поступления

·  В порядке, определяемом заранее приоритетами, присвоенными каждому типу прерываний

·  Объединение прерываний по той или иной схеме

Все прерывания имеют свои процедуры обработки, которые компьютер вызывает для выполнения определенной задачи. Начальные адреса хранятся в таблице прерываний.

Существуют аппаратные и программные прерывания. Аппаратные прерывания инициируются аппаратурой и имеют высший приоритет по отношению к программным. Они могут быть вызваны сигналом микросхемы таймера, сигналом от принтера, нажатием клавиши на клавиатуре и множеством других причин. Аппаратные прерывания не координируются с работой программного обеспечения. Когда вызывается прерывание, процессор оставляет свою работу, выполняет прерывание, а затем возвращается на прежнее место. Для того чтобы иметь возможность вернуться в нужное место программы, адрес этого места (CS:IP) запоминается на стеке вместе с регистром флагов. Затем в CS:IP загружается адрес программы обработки прерывания и ей передается управление. Они всегда заканчиваются инструкцией IRET которая завершает процесс, начатый прерыванием, возвращая старые значения CS:IP и регистра флагов, давая тем самым программе возможность продолжить выполнение из того же состояния. С другой стороны, программные прерывания на самом деле ничего не прерывают. Это обычные процедуры, которые вызываются вашими программами для выполнения рутинной работы, такой как обработка нажатия клавиши на клавиатуре или вывод на экран. Эти подпрограммы содержатся не внутри вашей программы, а в операционной системе, и механизм прерываний дает вам возможность обратиться к ним. Программные прерывания могут вызываться друг из друга. Аппаратное прерывание может получить управление при выполнении программного прерывания. При этом не возникает конфликтов, так как каждая подпрограмма обработки прерывания сохраняет значения всех используемых ею регистров и затем восстанавливает их при выходе, тем самым не оставляя следов того, что она занимала процессор.