Идеологию функционирования ЭВМ можно реализовать  разными способами:

1).Аппаратурными

2).Программно-аппаратурными

3).Программными  средствами.

      Таким образом, реализация функций ЭВМ  дополняет ее структурную организацию. Сопоставление структур ЭВМ дополненных функциональной структурой приводит к понятию совместимых и не совместимых ЭВМ. 

Организация функционирования ЭВМ  с могестральной  структурой

 

      ЭВМ – это совокупность устройств  выполненных на больших интегральных схемах имеющих функционированное назначение.

      Комплект  интегральных схем называют микропроцессорным  комплектом.

      В состав микропроцессорного комплекта  входят:

• системный таймер
• микропроцессор
• сопроцессоры (организация математических процессов)
• контроллер прерываний
• контроллер прямого доступа к памяти
• контроллеры устройств ввода/вывода.

Все устройства ЭВМ делятся на:

1).Центральные  (полностью электронные БИС).

2).Периферийные (частично-электронные, частично-электромеханические  с электронным управлением).

      В центральных устройствах основным устройством является системная  шина (системная магистраль).

      Системная магистраль состоит из трех узлов:

1).Шина данных (ШД)

2).Шина адреса (ША)

3).Шина управления (ШУ).

      В состав системной магистрали входят также: регистры защелки, шинные арбитры.

      Интерфейс системной шины – это логика работы системной магистрали, количество линий (разрядов) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций.

      В состав центральных устройств ЭВМ  входят:

• центральный процессор
• основная память
• ряд дополнительных узлов выполняющих служебные функции
• контроллер прерываний
• контроллер прямого доступа к памяти
• таймер.

Периферийные  устройства делятся на:

• внешнее запоминающее устройство (НЖМД – носитель жесткий магнитный диск, НГМД – носитель гибкий магнитный диск)
• УВв
• ???
• ?????
• ???

Организация работы ЭВМ при  выполнении задания  пользователя

 

      Один  из «прозрачных» процессов машины –  это организация ввода, преобразование и отображение результатов работы системного программного обеспечения. Программа задания, написанная программистом на алгоритмическом языке называется исходным модулем.

      Перевод исходной программы на машинный язык осуществляет программа translator. Он делится на: компилятор и интерпретатор.

      Интерпретатор – после перевода на язык машины каждого оператора исходного модуля немедленно его исполняет.

      Компилятор  – сначала полностью переводит всю программу исходного модуля на машинный язык, затем его исполняет.

      Объектный модуль – машинный язык.

      Полученный  объектный модуль записывается в библиотеку объектных модулей или сразу исполняется.

      Для исполнения отлаженного объектного модуля к нему могут быть добавлены  недостающие программы из библиотеки компиляторов. Такую связь выполняет  программа редактор связи. В результате образуется загрузочный модуль.

 Исполнение загрузочного модуля осуществляется программой – загрузчиком.

      Операционная  система (ОС) – выполняет функцию  управления. 
 

СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРОГРАММЫ НА ОСНОВНУЮ ПАМЯТЬ 

      Для выполнении программы при ее загрузки в оперативную память (ОП) ей выделяется часть машинных ресурсов. Выделение  ресурсов может быть осуществлено самим  программистом, но может производиться  и ОС. Выделение ресурсов перед  выполнением программы называется статическим перемещением, в результате, которого программа привязывается к определенному месту памяти.

      Если  ресурсы машины выделяются в процессе выполнения программы, то это называется динамическим перемещением, здесь программа не привязана к определенному месту.

      При статическом перемещении возможны два случая:

1).Реальная память  больше требуемого адресного  пространства программы. В этом  случае загрузка программы в  реальную память производится, начиная  с нулевого адреса. Эта загружаемая  программа называется абсолютной программой.

2).Реальная память  меньше требуемого адресного  пространства. В этом случае возникает  проблема организации выполнения  программ.

      Существует  несколько методов решения этой проблемы:

• метод оверлейной структуры, в котором программа разбивается на части вызываемые ОП по мере необходимости.
• Метод рентабельных модулей, в котором программа разбивается на временные модули доступными к исполнению по нескольким обращениям.

В мультипрограммном  режиме имеются программы. А, В, С. При  работе в мультипрограммном режиме может сложиться в ситуации, когда между программами остаются промежутки свободной памяти. Для того чтобы этого не было, применяют программу дефрагментации диска. 
 

Виртуальная память

      Реальную  память можно «увеличить» имитируя работу с максимальной памятью. Программист предполагает, что ему предоставлена «реальная» память максимально доступная для ЭВМ. Такой режим называют режим виртуальной памяти.

 Виртуальной памятью называется теоретически доступная ОП объем, которой  определяется только адресной частью команды.

      Виртуальная память имеет сигментоно-страничную организацию и реализована в  иерархической системе ЭВМ. Часть  ее размещается в блоках основной памяти, а часть в ячейках внешней  памяти. Записываемая область во внешней  страничке памяти называется ячейкой или слотом. Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти.

      Загрузить программу в виртуальную  память – это, значит, перезаписать несколько страниц из внешней страничной памяти в основную. 
 

Система прерываний ЭВМ 

      ЭВМ – это комплекс автономных устройств каждое, из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимого от других устройств.

      Включает  в работу центральный процессор (ЦП), передавая устройству команды и необходимые параметры. Таким образом, ЦП переключает свое «внимание» поочередно с устройства на устройство. Для того чтобы ЦП работал, создана система прерываний.

      Принцип действия системы прерываний заключается  в том, что при выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяется содержание регистра.

      Прерывания  делят на три типа:

• аппаратурные
• логические
• программные

 
 

ЦЕНТРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ 

Основная  память и состав устройства 

      Запоминающими устройствами (ЗУ) называются комплекс программных средств, реализующих функции памяти.

      ЗУ  делят на:

1).Основную память (ОП)

2).Сверх оперативная  память (СОЗУ)

3).Внешняя память (ВЗУ)

      ОП  включает в себя два типа устройств:

• ОЗУ (RAM – random aces memory)
• ПЗУ (ROM – read only memory)

ОЗУ – предназначено  для хранения переменной информации.

ПЗУ – содержит информацию, которая  не должна изменяться в ходе выполнения процессором вычислений.

      Функциональные  возможности ОЗУ шире ПЗУ, но ПЗУ  – энергонезависимо и имеет большее  быстродействие.

      В современных ЭВМ микросхемы памяти изготовляют из кремния по полупроводниковой  технологии, с высокой интеграцией  элементов на кристалле.

      Основной  составной частью микропроцессора  является массив элементов памяти объединенных в матрицу накопителя. Каждый элемент  памяти может хранить 1 бит памяти. Каждый бит имеет свой адрес в  ЗУ, позволяющий обращаться по адресу к любому элементу памяти – называется ЗУ с произвольным доступом.

      2 байта - полуслово 

 4 байта – слово 

      8 байт – двойное слово

      переменной  длины 
 

      При матричной ориентации памяти реализуется  координатный принцип адресации  элементов памяти, когда адрес делится на X и Y. На пересечении этих элементов находятся элементы памяти, которые должны быть прочитаны.

      Микросхемы  памяти могут строиться на SRAM (статических) и DRAM (динамических).

      В качестве статического элемента памяти (ЭП) обычно выступает статический триггер, а в качестве динамического ЭП используется электрический конденсатор внутри кремневого кристалла.

      ОЗУ характеризуется объемом и быстродействием. ОЗУ в современных ЭВМ имеет  модульную структуру. Сменные модули имеют различное конструктивное строение: SIM, ZIM, SIMM, DIMM. Увеличение объема ОЗУ связано с установкой дополнительных модулей, которые выпускаются в 30-контактном (30 pin) или 72-конктактном (72 pin) на 1,4,8,16,32,64 Мбайта. Время доступа к DRAM составляет 60-70 н.сек.

      На  производительность ЭВМ влияет тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали (СМ). Если тактовая частота не достаточно высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения и наоборот.

      Харак4теристикой производительности ОЗУ является пропускная способность, измеряемая в Мбайт/сек.

 Микросхемы ПЗУ построены по принципу матричной структуры, но функции  элементов памяти выполняют перемычки  в виде полупроводниковых диодов. Процесс занесения информации в  микросхемы ПЗУ называют программированием, а устройство – программатор.

      СОЗУ  пользуются для хранения не больших  объемов информации, в результате скорость считывания уменьшается в 10-20 раз. СОЗУ строят на регистрах, они  бывают адресные и без адресные. Регисторные структуры делятся  на память магазинного типа и память с выборкой по содержанию. 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Структурная схема ОЗУ 
 

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР ЭВМ 

Структура базового микропроцессора 

      Микропроцессор (МП) составляет основу центрального процессора ПВМ. Это обрабатываемое устройство служит для арифметических и логических преобразований данных, для организации обращения к основной памяти, внешним устройствам и для управления хода вычислительных процессов.

 Существует большое число МП различающихся: названием, функциональными возможностями, структурой, исполнением. Основное различие – количество разрядов обрабатываемой информации.

      К группе 8-битовых процессоров относятся: