Шпаргалка по "Вычислительным системам, сетям и телекоммуникациям"

Любая информация, обрабатываемая в ЭВМ, должна быть представлена двоичными цифрами (0, 1), то есть должна быть закодирована комбинацией этих цифр. Обработка информации осуществляется компьютерами или конечными автоматами.

В  ЭВМ  используют три вида чисел:

•с фиксированной  точкой (запятой);•с плавающей точкой (запятой);•двоично

По скорости изменения обрабатываемых цифровых данных информация может быть условно  разделена на два вида: статический и  динамический, например видеоинформация. 

Способы представления  информации в ЭВМ, ее кодирование  и преобразование имеют большое  значение в информационных системах. Все современные ЭВМ имеют достаточно развитую систему команд, включающую десятки и сотни команд. Однако выполнение любой операции основано на использовании простейших микроопераций типа сложения и сдвига. Во всех без исключения ЭВМ все операции выполняются под числами, представленными специальными машинными кодами. Код (code) – совокупность правил и символов представления ин формации.

Различают прямой код (П), обратный код (ОК) и дополнительный код (ДК) двоичных чисел.

При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды, где представление логических единиц и нулей осуществляется либо значением потенциала сигнала, либо импульсами определенной полярности.

Для анализа  и синтеза схем в ЭВМ при  алгоритмизации и программировании решения задач широко используется математический аппарат алгебры логики.

Операции (и, или, не) реализуются компонентами интегральной схемы: триггерами, счетчиками, сумматорами, компараторами, шифраторами, дешифраторами и др. 

4.

Процессор – это центральное устройство компьютера. Он выполняет находящиеся  в оперативной памяти команды  программы и «общается» с внешними устройствами благодаря шинам адреса, данных и управления, выведенными  на специальные контакты корпуса  микросхемы. К  обязательным компонентам процессора относятся арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ).

Выполнение  процессором команды предусматривает: •арифметические действия; •логические операции; •передачу управления (условную и безусловную); •перемещение данных из одного места памяти в другое; •координацию взаимодействия различных устройств ЭВМ.

Выделяют  четыре этапа обработки команды процессором: выборка, декодирование, выполнение и запись результата. В ряде случаев, пока первая команда выполняется, вторая может декодироваться, а третья – выбираться.

Функции процессора:

1.  обработка данных по заданной программе путем выполнения арифметических и логических операций;

2.  программное управление работой устройств компьютера. Процессор состоит из ячеек. В ячейках процессора данные не хранятся, а обрабатываются. Во время обработки они могут изме няться самыми разными способами. Ячейки процессора называются регистрами. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа

или команды. Основным элементом регистра является электронная схема, называемая  триггером, которая способна хранить одну двоичную цифру (разряд).

Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

• сумматор – регистр АЛУ, участвующий в выполнении каждой операции; • счетчик команд – регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды – служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти; • регистр команд – регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные – для хранения кодов адресов операндов.

Микропроцессоры различаются рядом важных характеристик: •тактовой частотой обработки информации;

•разрядностью;•интерфейсом с системной шиной;•адресным  пространством (адресацией памяти).

Тактовая  частота обработки информации. Тактом называют интервал времени между началом подачи двух последовательных импульсов электрического тока, синхронизирующих работу раз личных устройств компьютера. Специальные импульсы для отсчета времени для всех электронных устройств вырабатывает тактовый генератор частоты, расположенный на системной плате. Тактовая частота определяется как количество тактов в секунду и измеряется в мегагерцах (1 МГц = 1 млн тактов/с).

Разрядность процессора. Это число одновременно обрабатываемых процессором битов, то есть количество внутренних битовых (двоичных) разрядов – важнейший  фактор производительности МП. Процессор  может быть 8 16 32 64 разрядным. Вместе с быстродействием разрядность характеризует объем информации, перерабатываемый процессором компьютера за единицу времени.

Интерфейс с системной шиной.  Разрядность внутренней шины данных МП может не совпадать с количеством внешних выводов для линии данных. Выполнение процессором команды предусматривает наряду с арифметическими действиями и логическими операциями передачу управления и перемещение данных из одного места памяти в другое. Адресное пространство  (адресация памяти).  Одна из функций процессора состоит в перемещении данных, в организации их обмена с внешними устройствами и оперативной памятью. При этом процессор формирует код устройства, а для ОЗУ – адрес ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине. Объем физически адресуемой микропроцессором оперативной памяти называется его  адресным пространством. Он определяется разрядностью внешней шины адреса

Основная  память

подразделяется  на внутреннюю  и внешнюю. В  состав внутренней памяти входят постоянная память, оперативная память  и кэш. Постоянная память, или постоянное запоминающее устройство – ПЗУ. Постоянная память – энергонезависимая, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом «зашивается» в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать. В ПЗУ находятся загрузочные программы операционной системы в оперативную память, совокупность про грамм, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера  BIOS.

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM) – это быстрое запоминающее устройство, непосредственно связанное с  процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами. В  ОЗУ происходит вся текущая деятельность компьютера.

 Чаще ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памяти DRAM (Dynamic RAM – динамическое ОЗУ).

Кэш, или сверхоперативная память, – очень быстрое ЗУ небольшого объема, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и  несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память - кэш первого уровня. На системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня. 

5.

Каналы ввода-вывода (англ. IOC - input-output channel), и интерфейсы обеспечивают взаимодействие центральных устройств машины и периферийных устройств.

КВВ — самостоятельные  в логическом отношении устройства, которые работают под управлением  собственных программ, находящихся  в памяти.

В современных  машинах КВВ называют периферийными  процессорами или процессорами ввода-вывода. КВВ и интерфейсы выполняют следующие функции:

Позволяют иметь машины с переменным составом периферийных устройств. Обеспечивают параллельную работу периферийных устройств как между собой, так и по отношению к процессору. Обеспечивают автоматическое распознавание и реакцию процессора на различные ситуации, возникающие в периферийных устройствах.

Существует 3 вида КВВ

Мультиплексный  канал. Сам канал быстродействующий, но обслуживает медленное периферийное устройство. При этом, подключившись к одному устройству, подаёт одно машинное слово, и после этого подключается к другому.

Селекторный канал. Канал быстродействующий и обслуживает быстрые устройства. При этом подключившись к одному устройству, передаёт всю информацию, и после этого подключается к другому устройству.

Блок-мультиплексорный канал. Подключившись к одному устройству, передаёт часть информации. После этого подключается к другому устройству. 

Передача  информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ЭВМ в ПУ – операцией  вывода. При разработке систем ввода-вывода внимание обращается на решение следующих проблем:

•должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования, в первую очередь с различным  набором периферийных устройств; •в ЭВМ должны реализовываться одновременная работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода •необходимо упростить и стандартизировать программирование операций ввода; •необходимо обеспечить автоматическое распознавание и ре акцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в  периферийных устройствах.

Комплекс линий и шин, сигналов, электронных схем, алгоритмов и программ, предназначенный для осуществления обмена информацией, называется интерфейсом. В зависимости от типа соединяемых устройств различают:

 

•внутренний интерфейс (например, интерфейс системной шины, НМД), предназначенный для сопряжения элементов внутри системного блока ЭВМ; •интерфейс ввода с  системным блоком (клавиатурой, принтером, сканером, мышью, дисплеем и др.); •интерфейс межмашинного обмена (для обмена между разны ми машинами) – для сопряжения различных ЭВМ (например, при образовании вычислительных сетей); •интерфейсы «человек между человеком и ЭВМ.

Если интерфейс  обеспечивает обмен одновременно всеми разрядами передаваемой информационной единицы (чаще всего байта или машинного слова), он называется параллельным интерфейсом.

 В  зависимости от степени участия центрального процессора

в  обмене данными в интерфейсах могут  использоваться три способа управления обменом:

•режим  сканирования (так называемый «асинхронный»  обмен); •синхронный обмен; •прямой доступ к памяти.

 

Для быстрого ввода-вывода данных от управления операциями ввода-вывода доступ к памяти (DMA – Direct Memory Access). Прямой доступ к памяти (ПДП) разгружает процессор от обслуживания операций ввода производительности ЭВМ, дает возможность машине более приспособленно работать в системах реального времени. 

К периферии  относятся все внешние дополнительные устройства, подключаемые к системному блоку компьютера через специальные  стандартные разъемы. Это компьютерное оборудование, физически отделенное от системного блока вычислительной системы, имеет собственное управление и действует как по командам ее центрального процессора, так и оснащается собственным процессором и даже операционной системой. Предназначено для внешней подготовки и модификации данных, ввода, хранения, защиты, вывода, управления и передачи данных по каналам связи. Периферийные устройства компьютера делятся по назначению: ввод данных, вывод данных, хранение данных, обмен данными. 

6.

Real Mode (RМ) – режим реальной адресации, используется только в MS DOS. Область адресов, доступных системе (1 Мбайт), не защищена. Реализованы двадцать адресных линий, режим однопользовательский. Однако при этом работают 32-битовые регистры CPU. По умолчанию используются все имеющиеся команды, длина операндов 16 бит. Для работы с 32-разрядными операндами и использования дополнительных режимов адресации применяют специальный префикс переадресации. Исполнительный адрес всегда соответствует физическому, страничный механизм отключен. Все сегменты могут находиться в состоянии записи, считывания или выполнения.

Protected Mode (РМ) – режим виртуальной адресации (защищенный режим).

Виртуальная адресация – это способ организации  доступа к информации, при котором  большая ее часть располагаются  не в физическом ОЗУ, а в устройствах  внешней памяти (УВП), откуда она  периодически подкачивается в ОЗУ (swapping), что создает иллюзию расширения его размеров.