Эффективная подготовка к государственным междисциплинарным экзаменам для студентов технических специальностей (стр. 5 )

Контроллер прерывания является программируемым. Программирование означает запись в контроллер специальных параметров. В контроллер прерываний записываются:

1.  Маска. Содержит столько бит, сколько в ней прерываний;

2.  Приоритеты линий прерываний;

3.  Вектора прерываний.

Если периферийное устройство имеет аппаратную линию прерываний, то какому-то событию оно может выдать сигнал на линии прерывания. Несколько прерываний может быть передано одновременно. Все прерывания фиксируются контроллером и из них выбираются наиболее приоритетные немаскируемые. Контроллер прерываний поставляет сигнал INT центральному процессору. Если центральный процессор свободен, то идёт ответ INTA (готов обрабатывать прерывания).

Чтобы увеличить количество устройств, подключенных к контроллеру прерываний, используют 2 способа:

1. Каскадное подключение контроллера

2. К современным контроллерам на 8 выходов можно подсоединить до 64 периферийных устройств. Периферийные устройства одновременно с сигналом IRQ вырабатывают на шину адреса свой логический номер, неповторяющийся на шине.

4. Память ЭВМ. Иерархическая структура памяти. Виды памяти и их особенности. Внешние запоминающие устройства

Память ЭВМ - совокупность средств, способных воспринимать, хранить и выдавать информацию.

Память состоит из слов, состоящих из байтов.

Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня: основную (главную, оперативную, физическую) и вторичную (внешнюю) память.

Основная память представляет собой упорядоченный массив однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер). Процессор извлекает команду из основной памяти, декодирует и выполняет ее. Для выполнения команды могут потребоваться обращения еще к нескольким ячейкам основной памяти. Обычно основная память изготавливается с применением полупроводниковых технологий и теряет свое содержимое при отключении питания.

Вторичную память (это главным образом диски) также можно рассматривать как одномерное линейное адресное пространство, состоящее из последовательности байтов. В отличие от оперативной памяти, она является энергонезависимой, имеет существенно большую емкость и используется в качестве расширения основной памяти.

 

Многоуровневую схему используют следующим образом. Информация, которая находится в памяти верхнего уровня, обычно хранится также на уровнях с большими номерами. Если процессор не обнаруживает нужную информацию на i-м уровне, он начинает искать ее на следующих уровнях. Когда нужная информация найдена, она переносится в более быстрые уровни.

Основные технические характеристики

1.  емкость

2.  быстродействие, определяется временем, которое необходимо для поиска информации по заданному адресу.

По способу обращения к заданной ячейке различают адресное и ассоциативное запоминающее устройство.

В адресном запоминающем устройстве поиск осуществляется по адресу в команде.

Адресное ЗУ по признаку обращения к адресу ячейки делятся на 3 типа:

·  с циклическим доступом

·  с последовательным доступом

·  с произвольным доступом

В ассоциативном ЗУ выбирают информацию по признакам хранимой информации, которая является частью хранимого слова и используется как характеристика самой информации.

Память, сохраняющая свое содержимое при выключении питания, называется энергонезависимой. Иначе - энергозависимая.

По возможности считывания и записи память классифицирует:

1.  ПЗУ - позволяет только считывать информацию

2.  ОЗУ - память, позволяющая и чтение и запись

Иерархическая структура памяти

С точки зрения технических характеристик памяти, она может быть представлена в виде трех уровней:

1.  Внутренняя память процессора (регистры общего назначения), сверхоперативная память, которая является промежуточной между процессором и оперативной памятью (кэш память).

2.  Оперативная память.

Характеристики оперативной памяти в значительной степени влияют на оперативность системы в настоящее время ОЗУ на микросхемах (т. е. в интегральном исполнении), это позволяет значительно повысить информационную емкость памяти при том же физическом объеме и тем самым снизить стоимость хранения единицы информации. ОЗУ, как правило, строятся на ЗУ динамического типа. Эти устройства для обеспечения надежного хранения информации требуют периодического выполнения специальной процедуры над любой ячейкой памяти, которая называется регенерацией. Эта процедура заключается в переписывании (устройствами) информации, хранящейся в ячейке памяти. Основное достоинство динамической памяти - высокая информационная емкость и низкая стоимость. Основной недостаток: сравнительно низкое быстродействие. ЗУ статического типа: кэш-память ЗУ в интегральном исполнении, которые позволяют считывать, хранить и записывать информацию, при этом для хранения информации не требуется дополнительного источника питания.

3.  Внешние запоминающие устройства.

ВЗУ — это электромеханические запоминающие устройства, которые характеризуются большим объемом хранимой информации и низким (по сравнению с электронной памятью) быстродействием. К ВЗУ относятся: накопители на магнитной ленте, накопители на гибких магнитных дисках, накопители на жестких магнитных дисках, накопители на оптических дисках.  К ВЗУ можно отнести полностью электронную Flash-память. Предназначены для длительного хранения информации.

I и II уровни памяти образуют основную память ЭВМ.

5. Принцип программного управления фон Неймана. Достоинства и недостатки.

Большинство современных ЭВМ строится на базе принципов, сформулированных американским ученым, одним из отцов кибернетики Джоном фон Нейманом. Впервые эти принципы были опубликованы фон Нейманом в 1945 г. в его предложениях по машине EDVAC. Эта ЭВМ была одной из первых машин с хранимой программой, т. е. с программой, запомненной в памяти машины, а не считываемой с перфокарты или другого подобного устройства.

В основе принципа лежит представление алгоритма в форме оперативной схемы, которая задает правило вычислений, как композицию оператора двух типов, операторов обеспечивающих преобразование информации и операторов, анализирующих информацию с целью порядка выполнения операторов.

Основными блоками фон-неймановской машины являются блок управления, арифметико-логическое устройство, память и уст­ройство ввода-вывода.

Принципы ППУ Неймана:

1.  Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на единицы (элементы) информации, называемые словами.

2.  Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Разнотипные слова информации различаются по способу использования, а не способами кодирования

3.  слова информации размещаются в ячейках памяти машины и идентифицируются номерами ячеек, называемых адресами слов

4.  алгоритм представляется в форме управляющих слов, каждое из которых определяет наименование операции и слова информации, участвующие в операции. Эти управляющие слова называются командами. Алгоритм, представленный в виде машинных команд называется программой.

5.  выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится к последующему выполнению команд, однозначно выполняемых программой.

Принято считать, что машинам с архитектурой Фон Неймана присущи характеристики:

1.  Единственная последовательно адресуемая память (программы и данные хранятся в одной памяти, адреса которой составляют последовательность типа 0,1,2.. т. е. линейную последовательность)

2.  Память является линейной, она одномерна, т. е. имеет вид векторов слов.

3.  Отсутствует явное различие между командами и данными и идентифицируются неявными способами в ходе выполнения операций. Так объект адресуемый командой перехода определяется как команда ( операнд ), с которой имеет дело команда сложения, определяется как данные. Это обстоятельство позволяет обращаться с командами, как с данными (+, -, …) и наоборот. ( более строго следить за этим обстоятельством )

4.  Назначение данных не является их неотъемлемой составной частью.
Например: Нет никаких средств, позволяющих явно различить набор битов, представляется числом с плавающей точкой, от набора битов, является строкой символов. Название данных определяется логикой программы.

6. Организация защиты памяти в ЭВМ

ЭВМ, работающая в многозадачном режиме должны иметь средства, обеспечивающие защиту программ, данных от постороннего вмешательства.

В защите также нуждаются программы ОС вмешательство в которые может привести к нежелательным последствиям. Под системой защиты памяти подразумевается комплекс аппаратно-программных средств, обеспечивающих предотвращение взаимного искажения программ, одновременно хранящихся в оперативной памяти. Система защиты памяти обеспечивает контроль всех обращений к оперативной памяти и вырабатывает при необходимости сигнал сбоя при защите, свидетельствующей об обращении к запрещенной для этой программы области памяти.

Защита памяти бывает:

1.  Защита по записи

2.  Защита по считыванию

Первая предотвращает искажение информации, не относящейся к данной программе, а вторая позволяет исключить возможность использования информации посторонними пользователями.

При этом могут быть использованы разные способы защиты:

·  По границе

·  По признакам (маскам)

·  По ключам

Защита памяти по границам реализуется с помощью специально выделенных регистров, при этом предусматривается выделение пользователем участков памяти, в которых размещены и данные и программа пользователя.

Участок памяти задается начальной ячейкой, длиной от начальной и конечной ячейками в области памяти. При каждом обращении программы к области памяти все адреса автоматически сравниваются с установленными пределами.

При использовании защиты по маскам каждой странице или сегменту ставится в соответствие бит, который указывает разрешено программное обращение к этой странице или нет. Набор бит образует маску, в соответствии с которой обеспечивается доступ к разрешенной странице. Формирование маски осуществляется управляющей программой ОС. Маска может содержать дополнительные разряды для указания характера защиты.