Лекция 2. Принципы построения и организации ЭВМ, систем и сетей

Лекция 1. Ведение

 

План: 1. Основные характеристики ЭВМ.

2. Поколения ЭВМ.

 

Дисциплина «Организация вычислительных систем и сетей» изучает программно – аппаратные и арифметические основы построения ЭВМ, то есть функциональную структуру, принцип действия, состав основных устройств, принципы управления ЭВМ, назначение, состав и структуру программного обеспечения, а также основные представления о числах, операциях над числами и способах реализации операций посредством технических устройств.

Компьютер (ЭВМ) - это техническое устройство, предназначенное для обработки больших объёмов информации.

Под техническим устройством подразумевается объект искусственного происхождения, изготовленный специально с вполне определённым функциональным назначением.

Информацией называется совокупность данных произвольной природы, которые несут для пользователя вполне определённые сведения.

Данными называются материальные объекты, обладающие свойством отображать и нести на себе информацию. Их основное назначение заключается в том, чтобы материализовать информацию.

Обработка информации – её целенаправленное преобразования, то есть такое воздействие на информацию, которое оставляет различимые следы её преобразования. Автоматическая обработка информации характеризуется тем, что она выполняется в полном объеме без какого-либо участия человека.

Основные характеристики ЭВМ определяются характеристиками его компонентов. Каждый компонент представляет собой отдельное устройство, которое может как само по себе, так может и во взаимодействии с другими устройствами и определяет характеристики ЭВМ.

К основным компонентам ЭВМ относятся: центральный процессор, системная плата, основная память, монитор, жесткий диск, графическая карта, дисковод для компакт-дисков.

Вычислительная техника прошла в своем развитии 4 стадии:

· компьютеры 1 поколения строились на электронных лампах;

· компьютеры 2 поколения изготавливались с использованием транзисторов;

· компьютеры 3 поколения использовали интегральные микросхемы (интегральная схема - это специальный кристалл кремния или германия, на котором сформированы участки со свойствами полупроводниковых электронных элементов (транзисторов, диодов, конденсаторов и т.п.; использование интегральных схем позволило существенно снизить размеры компьютеров, их стоимость и энергопотребление, увеличить быстродействие и объем памяти);

· компьютеры 4 поколения - используют микропроцессор

Первое поколение (1955-1960 гг.) строилось на дискретных элементах и вакуумных лампах, имели большие габариты, вес, мощность, обладая при этом малой надежностью. Они использовались в основном для решения научно-технических задач атомной промышленности, реактивной авиации и ракетостроения.

Увеличению количества решаемых задач препятствовали низкая надежность и производительность, а также чрезвычайно трудоемкий процесс подготовки, ввода и отладки программы, написанной на языке машинных команд, т.е. в форме двоичных кодов.

Машины этого поколения имели быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду и ОП порядка 1К (1024 слова). В этот же период появились первые простые языки для автоматизированного программирования.

Второе поколение (1960-1965 гг.) использовали дискретные полупроводниковые приборы и миниатюрные дискретные детали, а в качестве технологической - печатный монтаж. По сравнению с предыдущим поколением резко уменьшились габариты и энергозатраты, возросла надежность. Возросли также быстродействие (приблизительно 500 тысяч оп/сек) и объем оперативной памяти (16-32К слов). Это сразу расширило круг пользователей, а, следовательно, и решаемых задач. Появились языки высокого уровня (Фортран, Алгол, Кобол) и соответствующие им трансляторы.

Совершенствование аппаратного обеспечения, построенного на полупроводниковой базе, привело к тому, что появилась возможность строить в ЭВМ помимо центрального (основного) процессора еще ряд вспомогательных процессоров. Эти процессоры управляли всей периферией, в частности устройствами ввода/вывода, избавляли от вспомогательной работы центральный процессор. Одновременно совершенствовались и ОС. Это позволило на ЭВМ второго поколения реализовать режим пакетной обработки программ, а также режим разделенного времени, необходимый для параллельного решения нескольких задач управления производством. На машинах второго поколения были впервые опробованы ОП на ферритовых кольцах (так называемые кубы памяти). Все это позволило поднять производство ЭВМ и привлечь к ней массу новых пользователей.

В ЭВМ третьего поколения (1965-1970 гг.) в качестве элементной базы использовались интегральные схемы малой интеграции с десятками активных элементов на кристалл, а также гибридные микросхемы из дискретных элементов. Это позволило сократить габариты и мощность, повысить быстродействие, снизить стоимость универсальных (больших) ЭВМ. Но самое главное - появилась возможность создания малогабаритных, надежных, дешевых машин - мини-ЭВМ.

Четвертое поколение (с 1970 г.). Успехи микроэлектроники позволили создать БИС и СБИС, содержащие десятки тысяч активных элементов. Это позволило разработать более дешевые ЭВМ с большой ОП. Стоимость одного байта памяти и одной машинной операции резко снизилась. Но затраты на программирование почти не сократились. Поэтому на первый план вышла задача экономии человеческих, а не машинных ресурсов.

Для этого разрабатывались новые ОС, позволяющие пользователю вести диалог с ЭВМ. Это облегчало работу пользователя и ускоряло разработку программ. Это потребовало, в свою очередь, организовать одновременный доступ к ЭВМ целого ряда пользователей, работающих с терминалов.

В 70-е же годы появились первые микро-ЭВМ - универсальные вычислительные системы, состоящие из процессора, памяти, схем сопряжения с устройствами ввода/вывода и тактового генератора, размещенные в одной БИС (однокристальная ЭВМ) или в нескольких БИС, установленных на одной печатной плате (одноплатные ЭВМ).

Совершенствование технологии позволило изготовить СБИС, содержащие сотни тысяч активных элементов, и сделать их достаточно дешевыми. Это привело к созданию небольшого настольного прибора, в котором размещалась микро-ЭВМ, клавиатура, экран, магнитный накопитель (кассетный или дисковый), а также схема сопряжения с малогабаритным печатающим устройством, измерительной аппаратурой, другими ЭВМ и т.д. Этот прибор получил название персональный компьютер.

В 1976г. была зарегистрирована компания Apple Comp (Стив Джекоб и Стефан Возняк), которая и начала выпуск первых в мире персональных компьютеров "Макинтош".

Благодаря ОС, обеспечивающей простоту общения с этой ЭВМ больших библиотечных прикладных программ, а также низкой стоимости, персональный компьютер начал стремительно внедрятся в различные сферы человеческой деятельности во всем мире. Об областях и целях его использования можно прочитать в многочисленных литературных источниках. По данным на 1985 год общий объем мирового производства уже составил 200×10⁶ микропроцессоров и 10×10⁶ персональных компьютеров в год.

Пятое поколение Характерной особенностью пятого поколения ЭВМ является то, что основные концепции этого поколения были заранее формулированы в явном виде. Задача разработки принципиально новых компьютеров впервые поставлена в 1979 году японскими специалистами, объединившими свои усилия под эгидой научно-исследовательского центра по обработке информации - JIPDEC. В 1981 г. JIPDEC опубликовал предварительный отчет, содержащий детальный план развертывания научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с целью создания к 1991 г. прототипа ЭВМ нового поколения/

Первые локальные сети. В начале 70-х годов произошел технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов - появились большие интегральные схемы. Их сравнительно невысокая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Закон Гроша перестал соответствовать действительности, так как десяток мини-компьютеров выполнял некоторые задачи (как правило, хорошо распараллеливаемые) быстрее одного мэйнфрейма, а стоимость такой мини-компьютерной системы была меньше.

Но шло время, потребности пользователей вычислительной техники росли, им стало недостаточно собственных компьютеров, им уже хотелось получить возможность обмена данными с другими близко расположенными компьютерами. В ответ на эту потребность предприятия и организации стали соединять свои мини-компьютеры вместе и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые локальные вычислительные сети. Они еще во многом отличались от современных локальных сетей, в первую очередь - своими устройствами сопряжения. На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались самые разнообразные нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т. п. Эти устройства могли соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны

Создание стандартных технологий локальных сетей.В середине 80-х годов утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть - Ethernet, Arcnet, Token Ring. Мощным стимулом для их развития послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты явились идеальными элементами для построения сетей - с одной стороны, они были достаточно мощными для работы сетевого программного обеспечения, а с другой - явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов. Поэтому персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях, причем не только в качестве клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.

Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из искусства в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, стандартный кабель, присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например, NetWare. После этого сеть начинала работать и присоединение каждого нового компьютера не вызывало никаких проблем - естественно, если на нем был установлен сетевой адаптер той же технологии.

Локальные сети в сравнении с глобальными сетями внесли много нового в способы организации работы пользователей. Доступ к разделяемым ресурсам стал гораздо удобнее - пользователь мог просто просматривать списки имеющихся ресурсов, а не запоминать их идентификаторы или имена. После соединения с удаленным ресурсом можно было работать с ним с помощью уже знакомых пользователю по работе с локальными ресурсами команд.

Последствием и одновременно движущей силой такого прогресса стало появление огромного числа непрофессиональных пользователей, которым совершенно не нужно было изучать специальные (и достаточно сложные) команды для сетевой работы. А возможность реализовать все эти удобства разработчики локальных сетей получили в результате появления качественных кабельных линий связи, на которых даже сетевые адаптеры первого поколения обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с.

 

Литература:

1. А.П. Пятибратов и др. Вычислительные машины, системы и сети. -М:Статистика, 1991-400с.

2. Тыныбаев С.Т. Вычислительные машины, системы, комплексы и сети. Учебник для вузов. 2-е издание.- Алматы.:Рауан, 1997-366с.

3. В.Г. Олифер., Н.А. Олифер. Компьютерные сети, принципы, технологии, протоколы.-СПб.:Питер, 2000.

 

 

Таблица соответствия основных десятиричных чисел двоичным числам

 

Дес. система	Дв. Система
	10000 B

Литература:

1. А.М. Ларионов, С.А. Майоров, Г.И. Новиков. Вычислительные комплексы, системы и сети.-Л.: Энергоатомиздат, 1987.

2. К. Хамахер, З. Вранешич, С. Захи. Организация ЭВМ. СПб.: Питер, 2003-848 с.

3. Э. Таненбаум. Архитектура компьютера.-СПб.:Питер, 2003-704с.

План: 1. Арифметика двоичных чисел.

2. Правила межсистемных преобразований.

 

Арифметика двоичных чисел. Выполнение арифметических операций над двоичными числами выполняется в соответствии со следующими значениями результатов операций:

0+0=0 0-0=0 0*0=0 0:0=н/о

0+1=1 1-0=1 1*0=0 1:0=н/о

1+0=1 0-1=н/о 0*1=0 0:1=0

1+1=10 B 1-1=0 1*1=1 1:1=1

10-1=1

Двоичное дополнение до двух. Запись всякого числа в любой системе счисления по существу можно расценивать как кодирование числа. Существуют различные способы такого кодирования. В вычислительной технике, в особенности, при работе с двоичными числами широко используется представление числа в виде прямого кода, обратного кода и дополнительного кода.

Прямой код числа характеризуется тем, что число представляется способом с фиксированной точкой. В случае обратного кода – в записи числа цифра 0 заменяется на 1 и наоборот – 1 на 0. Дополнительный код числа образуется путем добавления единицы в младший разряд обратного кода числа.

С использованием дополнительного кода числа можно организовать операцию вычитания чисел в форме операции сложения. Для этого оба числа, участвующие в операции вычитания, преобразуются эквивалентным образом к дробному значению с нулевой целой частью и приводятся к одному формату по длине. Недостающие цифровые разряды в вычитаемом заполняются нулями. Затем для вычитаемого образуется дополнительный код, который складывается с уменьшаемым. Результат операции отсчитывается на тех же цифровых разрядах, что и числа, участвующие в операции. Значение целой части в результате операции отбрасывается. Полученное дробное число преобразуется в исходный формат.

Кодированные вычисления могут производиться с использованием вспомогательных систем счисления, в частности восьмеричной и шестнадцатиричной позиционных систем.

Восьмеричная система исчисления. Перевод чисел из десятеричной системы в двоичную требует выполнения достаточно большого объёма вычислений. Вместе с тем, программирование вычислительной техники на практике требует организации вычислений всех видов только в двоичной системе. Кроме того, адресация памяти ЭВМ также выполняется только в двоичных кодах. Работа с такими кодами, вследствие их большой длины, обычно затруднена для запоминания значений данных. В связи с этим широкое применение находит восьмеричная система исчисления, которая позволяет выполнять двоично-восьмеричные преобразования без промежуточных вычислений и таким образом облегчает запоминание длинных двоичных кодов. При этом вычислительные операции над двоичными числами могут быть заменены операциями над эквивалентными восьмеричными числами.

Преобразование восьмеричных чисел в двоичные выполняется путём прямого кодирования каждой восьмеричной цифры в составе числа двоичным кодом длиной в три разряда.

Преобразование двоичного числа в восьмеричное выполняется путём разбиения двоичного числа на группы по 3 разряда влево и вправо от десятичной точки с последующим переводом каждого трёхразрядного кода в восьмеричную цифру.

Базовый цифровой ряд восьмеричной системы включает цифры: 0,1,2,3,4,5,6,7. Соответственно, основанием системы исчисления является число 8.

Таблица соответствия между десятеричными и восьмеричными числами

Дес. сист.

Восм. Сист.

 

Преобразование восьмеричного числа в десятеричное выполняется путём вычисления истинного значения восьмеричного числа.

Арифметика восьмеричных чисел. Арифметические операции над восьмеричными числами выполняются также как и над десятичными числами с той лишь разницей, что результат операции оценивается в абсолютных значениях с последующим переводом этих значений в восьмеричный код.

Представление чисел в восьмеричной системе способом с фиксированной и плавающей точкой выполняется по общим правилам для позиционных чисел. Для того, чтобы получить число с фиксированной точкой, достаточно заменить десятичную запятую символом точка. В случае записи числа представленного способом с плавающей точкой, мантисса числа записывается в виде восьмеричного числа, а порядок в виде десятеричного числа.

Шестнадцатеричная система исчисления. В практике программирования ЭВМ использование восьмеричной системы бывает не всегда удобным, В особенности в тех случаях, когда выполняется занесение числовых значений данных в память ЭВМ, поскольку каждый цифровой разряд восьмеричного числа кодируется на трех двоичных разрядах. При занесении такого числа в память ЭВМ его поразрядная длина всегда кратна трем. Поэтому при его размещении в ячейках памяти в виде байтов, длина которых равна восьми двоичным разрядам, происходит потеря незанятых двоичных разрядов, что приводит к нерациональному использованию памяти ЭВМ.

В связи с этим обычно используется шестнадцатеричная система, которая обладает всеми свойствами восьмеричной системы с той разницей, что каждая шестнадцатеричная цифра кодируется на четырех двоичных разрядах. Поэтому при размещении такого числа в памяти ЭВМ в тех случаях, когда его поразрядная длина содержит четное количество цифровых разрядов, оно занимает целое число байт. И только в случае, когда поразрядная длина числа нечетная, возникают потери 0,5 байт. Таким образом, максимально возможные потери при размещении шестнадцатеричных чисел в памяти не превышают 0,5 байт для каждого числа.

Двоично-шестнадцатиричные преобразования чисел производятся по следующим правилам:

Правило1. Для того, чтобы преобразовать шестнадцатеричное число в двоичное, следует каждую цифру в составе шестнадцатеричного числа представить в виде двоичного кода на четырех цифровых разрядах.

Правило2. Для того, чтобы представить двоичное число в виде шестнадцатеричного, его необходимо разбить на группы по 4 двоичных разряда влево и вправо от десятичной точки и каждую группу представить шестнадцатеричной цифрой.

Примечание. Недостающие старшие и младшие разряды двоичного числа дополняются незначащими нулями.

Базовый цифровой ряд шестнадцатеричной системы включает следующие цифры: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F.

Основанием системы является число S=16.

 

Таблица соответствия десятеричных и шестнадцатеричных чисел.

 

Десятирич. сист.	Шестнадцатирич. сист.
	A
	B
	C
	D
	E
	F

 

 

Перевод десятеричных чисел в шестнадцатеричные выполняется по общим правилам межсистемных преобразований для позиционных чисел. Раздельно для целой и дробной части. При записи шестнадцатеричное число помещается индексом Н. В записи числа в крайней левой позиции всегда должна стоять цифра. Если записываемое число начинается с шестнадцатеричной цифры в буквенном представлении, перед ней следует ставить 0.

Преобразование шестнадцатеричного числа в десятеричное выполняется по правилу вычисления истинного значения позиционного числа.

 

Литература:

1. А.М. Ларионов, С.А. Майоров, Г.И. Новиков. Вычислительные комплексы, системы и сети.-Л.: Энергоатомиздат, 1987.

2. К. Хамахер, З. Вранешич, С. Захи. Организация ЭВМ. СПб.: Питер, 2003-848 с.

3. Э. Таненбаум. Архитектура компьютера.-СПб.:Питер, 2003-704с.

 

 

Лекция 10. Процессоры.

План: 1. Общая структура арифметических процессоров

2. Взаимодействие компонентов процессора

Процессор – это устройство ЭВМ, реализующее собственно вычислительный процесс в соответствии с заданным алгоритмом.

 

 

Обобщенная структурная схема процессора

 

АЛУ – арифметико-логическое устройство;

ЦУУ – устройство управления:

БС – блок синхронизации;

БУК – блок управления командой;

БУО – блок управления операцией;

УР - управляющие регистры:

- слово состояния программы (регистр органов);

- регистр/счетчик команд;

- регистр маски и т.д.;

СОЗУ (стек);

БССП – блок связи с памятью.

Различают процессоры следующих типов:

- универсальные, предназначенные для регулирования управления и контроля всей ЭВМ (центральный процессор – СРU);

- специализированные, для решения определенного класса задач, в частном случае – сопроцессор.

- конвейерного типа, включающие последовательно соединенные блоки для выполнения отдельных групп операций;

- векторного типа, позволяющие обрабатывать несколько параметров одновременно по одной программе;

- ассоциативного типа, предназначенные для обработки больших массивов символьной информации.

В современных компьютерах в составе процессора объеденены арифметико-логическое устройство (АЛУ) и центральное устройство управления (ЦУУ).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения:

- арифметических операций;

- логических операций;

- операций сдвига;

- операции над алфавитно-цифровыми полями.

 

Обобщенная структурная схема АЛУ

БВР (СОЗУ) – блок внутренних регистров – собственные регистры АЛУ – служит для временного (на период выполнения команд) хранения операндов и промежуточных результатов;

БО – блок операций (блок фактической обработки данных).

БКД- блок контроля и диагностики.

АЛУ различаются:

1. По способу обмена информацией на:

- последовательные (последовательно-параллельные);

- параллельные (параллельно-последовательные);

2. По форме представления данных:

- для чисел с фиксированной точкой;

- для чисел с плавающей точкой;

- для обработки десятичных цифр;

3. По вычислению в системах счисления:

- в двоичной системе;

- в десятичной системе;

- в остальных системах счисления;

- в системе Фибоначчи;

4. По структуре:

- универсальные, в которых все операции системы команд выполняются с участием одних и тех же блоков;

- конвейерные, разбитые на последовательно соединенные блоки. Каждый блок выполняет несколько (в пределе одну) похожих операций из системы команд.

Устройство управления (УУ) обеспечивает автоматического управления процессом вычислений, координацию работы всех устройств ЦВМ посредством выработки соответствующих синхронизирующих и управляющих сигналов.

 

 

Обобщенная структурная схема УУ.

БУК – блок управления командой – служит для выборки, хранения и дешифрации кода очередной команды и формирует исполнительный адрес следующей команды. Содержит:

РгК – регистр команды. Принимает на выполнение очередную команду из ЗУ, которая состоит из кода операции (КО) и адресной части (А).

Дш КО – дешифратор кода операций;

БОА – блок обработки адресов. Выполняет формирование адреса очередной команды и включает:

ПДР – программно–доступные регистры;

Сч АК – счетчик адреса команд;

SмА – сумматор адресов.

БУО – блок управления операцией. Вырабатывает управляющие сигналы с учетом:

КО – кода операции;

ОС – оповещающих сигналов;

УС – сигналами условий;

Сигналы ОС и УС вырабатываются другими устройствами ЭВМ.

БС – блок синхронизации вырабатывает тактовые и синхронизирующие сигналы;

В зависимости от способа организации БУО УУ подразделяются на:

· УУ со схемным формированием УС (УУ с «жесткой» логикой);

· УУ с программируемой логикой (микропрограммные УУ).

В БУО с «жесткой» логикой последовательность управляющих сигналов вырабатывается посредством логических схем. Для выполнения команд «разной» (по времени) длины используются дополнительные счетчики тактов.

Такие БУО строятся на основе принципа интерпретации микропрограмм для выполнения операций. Для чего на языке микроопераций описывается микропрограмма выполнения какой-либо команды из системы машинных команд ЭВМ. На основе микропрограмм выполнения машинных операций строится управляющий автомат (Мили или Мура).

 

 

Обобщенная структурная схема УУ с «жесткой» логикой

 

ГТИ – генератор тактовых импульсов;

РТС – распределитель тактовых сигналов;

Q₁,Q₂…Q_m – m-команд системы машинных команд ЭВМ;

I₁,I₂…I_k – количество числа тактов, необходимых для выполнения самой длинной операции;

x₁,x₂…x_L – сигналы логических условий;

y₁,y₂…y_n – управляющие сигналы.

В БУО микропрограммного типа каждой микропрограмме соответствует свое управляющее слово. Такое слово определяет порядок функционирования устройства в течении одного такта. Микропрограмма выполнения каждой машинной команды из системы команд состоит из последовательности микрокоманд и хранится в памяти микропрограмм «постоянного» типа. Таким образом, можно менять набор микрокоманд непосредственно в процессе вычислений путем перепрограммирования МП.

БУО микропрограммного типа имеют следующие преимущества:

· большая гибкость;

· регулярная структура (длина микрокоманды – постоянна и не зависит от «длины» команды);

· возможность построения эффективной схемы микродиагностики.

Организация мультипрограммной работы ЭВМ. Для организации мультипрограммного режима работы ЭВМ необходимы средства защиты памяти и развитая система прерывания.

При организации мультипрограммного режима работы ЭВМ, каждому пользователю должна быть выделена своя (недоступная для других пользователей) область памяти.

Защита выделенной области памяти от несанкционированного доступа может быть выполнена одним из следующих методов:

· защита по граничным адресам;

· защита по маскам;

· защита по ключам защиты.

Защита по граничным адресам заключается в том, что для каждой программы (пользователя) запоминается начальный и конечный адреса отведенной памяти. В этом случае достигается максимальное использование ОЗУ, однако имеет место очень медленный доступ к данным.

В случае защиты по маскам вся оперативная память разбивается на участки фиксированной длины, называемые страницам. Процессор имеет так называемый регистр маски, каждый разряд которого отвечает за одну страницу. Если i-й разряд равен “1”, то i-тая страница занята каким либо пользователем, если i-й разряд регистра маски равен “0”, то соответствующая страница (i-тая) никем не занята. Каждая программа имеет собственный регистр маски с записью доступных для нас страниц.

Существо метода защиты памяти по ключам состоит в том, что вся память также разбивается на страницы. При занятии страницы какой-либо программой, ей ставится в соответствии ключ защиты памяти, который записывается в память ключей защиты. При повторном обращении к странице происходит сравнение ключа защиты памяти,введенного пользователем, с ключом защиты памяти, хранящимся в памяти ключей защиты. В случае совпадения ключей, страница доступна постоянно. При несовпадении ключей защиты, реализуется предусмотренный режим защиты:

- проверка режим защиты;

- защита от записи (страница может открываться в режиме «только для чтения»);

- защита от чтения (страница полностью недоступна).

При несовпадении ключей защиты памяти и отсутствия режима защиты, страница также недоступна.

Система прерывания обеспечивает возможность для программы с более высоким приоритетом, прерывать выполнение программы, имеющей более низкий приоритет, с последующим возвратом к выполнению прерванной программы. Она представляет совокупность специальных аппаратных и программных средств, обеспечивающих переход от одной программы к другой, в мультипрограммном режиме работы ЭВМ.

Прерывание осуществляется по запросам прерывания. Такие запросы подразделяются на внешние (от других ЭВМ, датчиков и т.д.) и внутренние (от аппаратуры контроля, ошибки в программах и др.)

Запросы на прерывание могут обслуживаться в порядке их поступления или согласно присвоенного им приоритету. Основными характеристиками системы прерывания являются:

· время реакции t между появлением запроса на прерывание и началом обработки прерывания;

· глубина прерывания – максимальное число программ, прерывающих друг друга последовательно возникающими запросами.

Прерывать выполняемую программу можно в разные моменты t:

· после окончания команды, разрешающей прерывание (с помощью специального разряда);

· после выполнения любой текущей команды;

· во время выполнения текущей команды после окончания любого из тактов работы ЭВМ.

Перед входом в прерывание должно быть организовано запоминание:

· основной информации (адрес следующей за текущей (т.е. первой невыполненной) команды, состояние управляющих триггеров, режим работы прерванной программы, маски прерывания и т.д.), Ее запоминание реализуется всегда с помощью аппаратных средств.

· дополнительной информации (содержимое регистров, к которым будет обращаться прерывающая программа). Запоминается начальными командами прерывающей программы.

После обработки прерывания происходит восстановление сохраненной информации аналогичным способом.

В персональных ЭВМ (компьютерах) принята векторная система прерываний, при которой каждому из устройств присваивается свой вектор, содержащий начальный адрес обрабатывающей программы и регистр флагов. Указанные вектора хранятся в специально отведенной области памяти (младшие адреса ОЗУ). Они разделены на пять приоритетных классов. Внутри каждого класса действует фиксированный электрический приоритет.

Литература:

1. Галкин В.А., Григорьев Телекоммуникации и сети. М.: изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003 – 608с: ил.

2. Тынымбаев С.Т. Вычислительные машины, системы, комплексы и сети. Учебник для вузов. 2-ое издание. – Алматы:: Рауан, 1997-366с.

 

Протоколы управления сетью

План: 1. Организация информационного взаимообмена в сети.

2. Методы сетевого доступа.

Организация информационного взаимообмена в сети. ЛВС должна иметь надежную и быструю систему передачи данных, стоимость которой должна быть меньше по сравнению со стоимостью подключаемых рабочих станций. Иными словами, стоимость передаваемой единицы информации должна быть значительно ниже стоимости обработки информации в рабочих станциях. Исходя из этого ЛВС, как система распределенных ресурсов, должна основываться на следующих принципах:

• единой передающей среды;

• единого метода управления;

• единых протоколов;

• гибкой модульной организации;

• информационной и программной совместимости.

Международная организация по стандартизации (ISO), основываясь на опыте многомашинных систем, который был накоплен в разных странах, выдвинула концепцию архитектуры открытых систем – эталонную модель, используемую при разработке международных стандартов.

На основе этой модели вычислительная сеть предстает как распределенная вычислительная среда, включающая в себя большое число разнообразных аппаратных и программных средств. По вертикали данная среда представляется рядом логических уровней, на каждый из которых возложена одна из задач сети. По горизонтали информационно-вычислительная среда делится на локальные части (открытые системы), отвечающие требованиям и стандартам структуры открытых систем.

Часть открытой системы, выполняющая некоторую функцию и входящая в состав того или иного уровня, называется объектом.

Правила, по которым осуществляется взаимодействие объектов сети одного и того же уровня и регламентируют обмен данными между ними называются протоколом.

Протоколы определяют порядок обмена информацией между сетевыми объектами. Они позволяют взаимодействующим рабочим станциям посылать друг другу вызовы, интерпретировать данные, обрабатывать ошибочные ситуации и выполнять множество других различных функций. Суть протоколов заключается в регламентированных обменах точно специфицированными командами и ответами на них (например, назначение физического уровня связи – передача блоков данных между двумя устройствами, подключенными к одной физической среде).

Протоколом передачи данных определяются следующие параметры информационного взаимообмена в сети:

• Синхронизация, т.е. механизм распознавания начала блока данных и его конца.

• Инициализация - установление соединения между взаимодейст­вующими партнерами. При условии, что приемник и передатчик используют один и тот же протокол, синхронизация устанавливается автоматически.

• Блокирование - разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины (включая опо­знава­тельные знаки начала блока и его конца).

• Адресация - обеспечение идентификации различного используемого оборудо­вания, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодей­ствия.

• Обнаружение ошибок - установка и проверка контрольных битов.

• Нумерация блоков - позволяющая установить ошибочно переда­ваемую или поте­рявшуюся информацию.

• Управление потоком данных - для распределения и синхрони­зации ин­формаци­онных потоков. Так, например, если не хватает места в бу­фере устройства данных или данные не достаточно быстро обрабатыва­ются в периферийных устройст­вах, со­общения и(или) за­просы накапливаются.

• Методы восстановления - после прерывания процесса передачи данных используют методы восстанов­ления, чтобы вернуться к определенному положению для повтор­ной передачи инфор­мации.

• Разрешение доступа - распределение, контроль и управление ограничениями доступа к данным. Они вме­няются в обязанность пункта разрешения доступа (например, “только передача” или “только прием”).

Каждый уровень протокола подразделяется на две части:

• спецификация услуг;

• спецификация протокола.