Техническая организация системы ввода-вывода
На материнской плате располагаются шина (она тянется вдоль платы) и несколько разъемов для подсоединения устройств ввода-вывода. Иногда шин бывает две: одна (шина PCI), с высокой скоростью передачи данных, предназначается для современных устройств ввода-вывода, а другая (шина ISA), с низкой скоростью передачи данных, — для устаревших устройств. Каждое устройство ввода-вывода состоит из двух частей: контроллера и самого устройства ввода-вывода, Контроллер обычно располагается на плате, которая вставляется в свободный разъем. Исключение представляют собой контроллеры устройств, являющихся неотъемлемыми составными частями компьютера.Контроллер управляет своим устройством ввода-вывода и для этого регулирует доступ к шине. Например, если программа запрашивает данные с диска, она посылает команду контроллеру диска, который затем отправляет диску команду поиска и другие команды. После нахождения соответствующей дорожки и сектора диск начинает передавать контроллеру данные в виде потока битов. Задача контроллера состоит в том, чтобы разбить поток битов на фрагменты и записывать каждый такой фрагмент по мере накопления битов для него в память. Если контроллер считывает данные из памяти или записывает их в память без участия центрального процессора, то говорят, что осуществляется прямой доступ к памяти. Когда передача данных заканчивается, контроллер вызывает прерывание, вынуждая центральный процессор приостанавливать работу текущей программы и начинать выполнение особой процедуры, программы обработки прерываний, и нужна она для того, чтобы проверить, нет ли ошибок, в случае их обнаружения произвести необходимые действия и сообщить операционной системе, что процесс ввода-вывода завершен. Когда программа обработки прерывания завершается, процессор возобновляет работу программы, которая была приостановлена в момент прерывания. Шина используется не только контроллерами ввода-вывода, но и процессором для передачи команд и данных. Если процессор и контроллер ввода-вывода хотят получить доступ к шине одновременно, то особая микросхема, которая называется арбитром шины, решает, чья очередь первая.
42.Адресное пространство ввода-вывода
Область адресов для регистров устройств ВВ и контроллеров периферийных функций образует АП ввода-вывода. Часть АП может оставаться свободной и поэтому физически не реализуется разработчиками вычислителя. Пространство в-в может входить в системное АП или быть выделено в самостоятельную адресную область. В первом случае такая область называется пространством в-в, отображенном на память, а во втором – изолированным пространством в-в.
В том случае, когда АПВВ реализовано как отображенное на память, обращение к УВВ должно выполняться обычными командами пересылок либо логических операций, адресующих операнд в памяти. Выполнение таких команд сопровождается генерацией управляющих сигналов ЧТЕНИЕ ПАМЯТИ и ЗАПИСЬ ПАМЯТИ. Соответствующие устройства в-в д.б. схемонтически подключены к линиям передачи названных сигналов.
В том случае, когда АПВВ реализовано в виде изолированного АП, для доступа к регистрам должны использоваться специальные команды ввода IN<адрс> и вывода OUT<адрес>. Выполнение этих команд сопровождается генерацией управляющих сигналов Чтение УВВ и Запись УВВ
43.Показатели производительности ЭВМ, единицы измерения производительности ЭВМ
Единицей измерения производительности компьютера является время: компьютер, выполняющий тот же объем работы за меньшее время, является более быстрым. Время выполнения любой программы измеряется в секундах. Часто производительность измеряется как скорость появления некоторого числа событий в секунду, так что меньшее время подразумевает большую производительность.Однако в зависимости от того, что мы считаем, время может быть определено различными способами. Наиболее простой способ определения времени называется астрономическим временем, временем ответа (response time), временем выполнения (execution time) или прошедшим временем (elapsed time). Это задержка выполнения задания, включающая буквально все: работу процессора, обращения к диску, обращения к памяти, ввод/вывод и накладные расходы операционной системы. Однако при работе в мультипрограммном режиме во время ожидания ввода/вывода для одной программы процессор может выполнять другую программу, и система не обязательно будет минимизировать время выполнения данной конкретной программы.FLOPS ( Floating point OPerations per Second,) —внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций сплавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система.
На быстродействие компьютера непосредственным образом влияет процессор. Его характеристикой является тактовая частота. Любая операция процессора состоит из отдельных элементарных действий – тактов. Чем чаще следуют такты, тем быстрее будет выполнена операция, состоящая из фиксированного числа тактов. Тактовая частота определяется количеством импульсов в секунду и измеряется в Герцах.
Еще одной характеристикой процессора является разрядность. Под разрядностью обычно понимают число одновременно обрабатываемых процессором битов. Первый процессор Intel-4004 имел разрядность 4 бита, сейчас современные персональные компьютеры оснащаются 64-битными процессорами. В последних моделях процессоров появилась встоенная КЭШ - память, объем и структура которой сильно влияют на быстродействие ЭВМ.
44.ОКОД (SISD) - архитектура ЭВМ
Поток команд - это последовательность команд, выполняемых ЭВМ (системой), а поток данных - последовательность данных (исходная информация и промежуточные результаты решения задачи), обрабатываемых под управлением потока команд.SISD (англ. Single Instruction, Single Data) или ОКОД (Одиночный поток Команд, Одиночный поток Данных) — архитектура компьютера, в которой один процессор выполняет один поток команд, оперируя одним потоком данных. Относится к фон-Неймановской архитектуре.
это обычные, "традиционные" последовательные компьютеры, в которых в каждый момент времени выполняется лишь одна операция над одним элементом данных (числовым или каким-либо другим значением). При работе такой системы в мультипрограммном режиме, когда совместно решаются несколько задач (программы и исходные данные по каждой из них хранятся в оперативной памяти), обеспечивается параллельная работа устройств системы, происходит разделение времени и оборудования между совместно выполняемыми программами. Но в каждый данный момент операционное устройство (АЛУ), поскольку оно является единственным, занимается обработкой информации по какой-то одной команде, т. е. одновременное преобразование информации в АЛУ по нескольким командам, принадлежащим разным участкам одной и той же программы или разным программам, невозможно. Основная масса современных ЭВМ функционирует в соответствии с принципом фон Неймана и имеет архитектуру класса SISD. Данная архитектура породила CISC, RISC и архитектуру с суперскалярной обработкой.