Управление вычислительным процессом с помощью программы находящейся в памяти эвм является
Рассмотрение подсистемы управления процессами как важнейшей части операционной системы, непосредственно влияющей на функциональность электронной вычислительной машины. Принципы разработки и построения многонитевых механизмов распределения ресурсов ЭВМ.
Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 29.01.2011 |
Размер файла | 73,6 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Дисциплина: "Теория вычислительных процессов"
Тема: " Управление вычислительным процессом "- Введение
- 1. Теоретическая часть
- 1.1 Состояние процессов
- 1.2 Контекст и дескриптор процесса
- 1.3 Алгоритмы планирования процессов
- 1.4 Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования
- 1.5 Средства синхронизации и взаимодействия процессов. Проблема синхронизации
- 1.6 Тупики
- 1.7 Нити
- 2. Практическая часть
- 2.1 Критическая секция
- Заключение
- Список использованной литературы
Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Процесс (или по-другому, задача) - абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.
Вопрос о рациональном использовании возможностей ЭВМ, заложенных в их конструкцию за счет управления вычислительным процессом, встал уже на ранней стадии их применения. Особую остроту он приобрел при создании ЭВМ третьего поколения. Появившиеся в процессе проектирования этих машин проблемы динамического распределения вычислительных ресурсов, одновременно среди многих программ стимулировали многочисленные исследования, связанные с различными аспектами теории управления вычислительным процессом. Достаточная завершенность целого ряда результатов, полученных за последние годы, делает своевременной попытку осветить основные разделы этой теории с единых позиций.
С точки зрения управления вычислительным процессом ЭВМ представляет собой совокупность ресурсов, которые подлежат распределению между программами, пользователями, процессами. Система управления распределением ресурсов ЭВМ должна регулировать их потребление программами в условиях, когда моменты времени поступления программ и количество потребляемых ими ресурсов заранее неизвестны и колеблются в широких пределах. Такие условия функционирования и наличие значительного числа регулируемых параметров позволяют отнести рассматриваемые системы управления к особому классу больших систем, соизмеримых по сложности исследования с экономическими и организационными системами.
Принципиальные трудности, с которыми приходится сталкиваться при разработке механизмов распределения ресурсов ЭВМ, вытекают из двух противоречивых требований, которым должна отвечать организация вычислительного процесса. Эффективное использование ЭВМ предполагает минимизацию простоев ее ресурсов, для чего к каждому из них необходимо создать неисчезающую очередь. Обеспечение же заданного времени решения задач определенной категории пользователей требует ускоренной обработки их программ, чему излишние очереди препятствуют. Таким образом, система управления должна, во-первых, поддерживать неисчезающие очереди к ресурсам ЭВМ, во-вторых, обеспечить обслуживание очередей с возможно большей пропускной способностью и, в-третьих, учитывать ограничения на время выполнения программ.
1. Теоретическая часть
Заключение
При рассмотрении операционных систем с точки зрения концептуальной модели, состоящей из последовательных процессов, работающих параллельно, эффект прерываний скрыт.
Процессы можно динамично создавать и завершать. У каждого процесса есть собственное адресное пространство. Для некоторых приложений удобно иметь несколько потоков управления в одном процессе. Эти потоки планируются независимо друг от друга и у каждого есть собственный стек, но все потоки одного процесса совместно используют общее адресное пространство. Потоки можно реализовать в пространстве пользователя или в пространстве ядра.
Процесс может находиться в состоянии действия, готовности или блокировки и может менять состояние в случае выполнения им примитива межпроцессного взаимодействия.
В 1945 году математик Джон фон Нейман разработал основные принципы функционирования ЭВМ. С той поры компьютерные технологии прошли огромный путь и достигли совершенства по многим направлениям развития, как аппаратных, так и программных средств.В последнее десятилетие в России бурно осуществляется информатизация и компьютеризация всех сфер человеческой деятельности. Компьютеры или электронные вычислительные машины (ЭВМ), оснащенные специальным программным обеспечением, являются технической базой и инструментом для вычислительных, информационных и автоматизированных систем во всех сферах жизни. Это предопределило запуск в реализацию нацпроекта "Цифровая экономика".
В нацпроекте "Цифровая экономика" выделяются девять "сквозных" цифровых технологий: "большие данные" (big data), нейротехнологии и искусственный интеллект, системы распределенного реестра (блокчейн), квантовые технологии, новые производственные технологии, промышленный интернет, компоненты робототехники и сенсорика, технологии беспроводной связи (в частности, 5G), технологии виртуальной и дополненной реальности (VR и AR). Эти технологии считаются наиболее перспективными, их применение ведет к радикальным изменениям существующих рынков, а также к появлению новых. Президентом России поставлена очень амбициозная задача вхождения России в число стран широко использующих перечисленные технологии, включая искусственный интеллект. Основой реализации всех этих программ является использование компьютеров. Рассмотрим их характеристики, существенные параметры и принципы выполнения программ.
Схема построения и принципы работы ЭВМ
Любая ЭВМ неймановской архитектуры содержит следующие основные устройства:
- • арифметико-логическое устройство (АЛУ);
- • устройство управления (УУ)
- • запоминающее устройство (ЗУ, ОЗУ, ПЗУ, ВЗУ);
- • устройства ввода-вывода (УВв, УВыв);
- • систему управления (ПУ).
В современных ЭВМ АЛУ и УУ объединены в общее устройство, называемое центральным процессором. Обобщенная структурная схема ЭВМ первых поколений, отвечающая программному принципу управления, представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема ЭВМ первого и второго поколений
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователь вводит в ЭВМ программы и данные. Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) - жесткий диск, предназначенное для длительного хранения информации в виде файла. Кроме того, для хранения и первоначальной загрузки операционной системы информация хранится в постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ).При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится в ОЗУ. Затем программа команда за командой считывается в устройство управления (УУ). Устройство управления предназначается для автоматического выполнения программ путем синхронизации всех остальных устройств ЭВМ. Управляющие сигналы показаны на рис.1 малыми штриховыми линиями. Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления: определяется код операции, которую необходимо выполнить следующей, и адреса операндов, принимающих участие в данной операции. Ядро ЭВМ образуют: процессор и основная память (ОП) (поскольку на их основе реализуется ППУ), состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения наиболее часто используемых программ управления. Подключение всех внешних устройств (ВнУ), дисплея, клавиатуры, внешних ЗУ и других обеспечивается через соответствующие контроллеры - специальные устройства управления периферийными устройствами. При построении и обеспечения взаимодействия между различными устройствами в современных ЭВМ используется система шин. Большинство технологических усовершенствований определяющих в значительной степени поколения процессоров, связано прежде всего именно с изменениями в шинной организации. Схема поясняющая место системной шины в общей иерархии приведена на рис.2.
Рис. 2. Структурная схема ЭВМ
Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ: модульность построения, магистральность, иерархия управления.Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточно автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком диске и другие).Модульная конструкция ЭВМ делает ее открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию. К ЭВМ можно подключать дополнительные устройства, улучшая ее технические и экономические показатели. Появляется возможность увеличения вычислительной мощности, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователей. В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры). Появились вычислительные системы, содержащие несколько вычислителей, работающих согласованно и параллельно. Все существующие типы ЭВМ выпускаются семействами, в которых различают старшие и младшие модели. Всегда имеется возможность замены более слабой модели на более мощную. Это обеспечивается информационной, аппаратурной и программной совместимостью. Программная совместимость в семействах устанавливается по принципу снизу- вверх, т. е. программы, разработанные для ранних и младших моделей, могут обрабатываться и на старших, но не обязательно наоборот. Процессор, или микропроцессор, является основным устройством ЭВМ. Он предназначен для выполнения вычислений по хранящейся в запоминающем устройстве программе и обеспечения общего управления ЭВМ. Быстродействие ЭВМ в значительной мере определяется скоростью работы процессора. Для ее увеличения процессор использует собственную намять небольшого объема, именуемую местной, или сверхоперативной, или регистровой. Использование такой памяти в процессе выполнения команд исключает необходимость обращения к запоминающему устройству ЭВМ.Микропроцессоры отличаются друг от друга прежде всего типом, разрядностью, быстродействием, системой организации внутренних шин и процессов обработки и взаимодействия. Наиболее распространены модели процессоров компании Intel, выпускающей уже несколько поколений процессоров. Одинаковые модели микропроцессоров могут иметь разную тактовую частоту - чем выше тактовая частота, тем выше производительность. Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций(тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Следует заметить, что разные модели микропроцессоров выполняют одни и те же операции (например, сложение или умножение) за разное число тактов. Чем выше модель микропроцессора, тем меньше тактов требуется для выполнения одних и тех же операций.
Устройства ввода-вывода служат соответственно для ввода информации в ЭВМ и вывода из нее, а также для обеспечения общения пользователя с машиной. Процессы ввода-вывода протекают с использованием внутренней памяти ЭВМ. Иногда устройства ввода-вывода называют периферийными, или внешними, устройствами ЭВМ. К ним относятся, в частности, дисплеи (мониторы), клавиатура, манипуляторы типа «мышь», алфавитно-цифровые печатающие устройства (принтеры), графопостроители, сканеры и др. Для управления внешними устройствами (в том числе и ВЗУ) и согласования их с системным интерфейсом служат групповые устройства управления внешними устройствами, адаптеры или контроллеры. Связь между устройствами ЭВМ осуществляется с помощью сопряжений, которые в ВТ называются интерфейсом. Интерфейс представляет собой совокупность стандартизованных аппаратных и программных средств, обеспечивающих обмен информацией между устройствами. В основе построения интерфейсов лежит унификация и стандартизация. Системный интерфейс - это конструктивная часть ЭВМ, предназначенная для взаимодействия ее устройств и обмена информацией между ними. В больших, средних и супер-ЭВМ в качестве системного интерфейса используются сложные устройства, имеющие встроенные процессоры ввода-вывода, именуемые каналами. Такие устройства обеспечивают высокую скорость обмена данными между компонентами ЭВМ. Отличительной особенностью малых ЭВМ является использование в качестве системного интерфейса системных шин. Различают ЭВМ с многошинной структурой и с общей шиной. В первых для обмена информацией между устройствами используются отдельные группы шин, во втором случае все устройства ЭВМ объединяются с помощью одной группы шин, в которую входят подмножества шин для передачи данных, адреса и управляющих сигналов. При такой организации системы шин обмен информацией между процессором, памятью и периферийными устройствами выполняется по единому правилу, что упрощает взаимодействие устройств машины. В персональных компьютерах, относящихся к ЭВМ четвертого поколения, используется структура с шинным интерфейсом: все устройства компьютера обмениваются информацией и управляющими сигналами через шину. Шина представляет собой систему функционально объединенных проводов, обеспечивающих передачу трех потоков: данных, адресов и управляющих сигналов (рис. 2). Количество проводов в системной шине, предназначенных для передачи данных, называется разрядностью шины. Разрядность шины определяет число битов информации, которые могут передаваться по шине одновременно. Количество проводов для передачи адресов, или адресных линий, определяет, какой объем оперативной памяти может быть адресован. Единая система аппаратурных соединений значительно упростила структуру, сделав ее более децентрализованной. Все передачи данных по шине осуществляются под управлением сервисных программ.
Как уже было отмечено выше ядро вычислительной системы, наряду с процессором входит электронная память. Внутренняя, или основнаяу память - это запоминающее устройство, напрямую связанное с процессором и предназначенное для хранения выполняемых программ и данных, непосредственно участвующих в вычислениях. Обращение к внутренней памяти ЭВМ осуществляется с высоким быстродействием, но она имеет ограниченный объем, определяемый системой адресации машины. Внутренняя память, в свою очередь, делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ) память. Оперативная память, по объему составляющая большую часть внутренней памяти, служит для приема, хранения и выдачи информации. При выключении питания ЭВМ содержимое оперативной памяти в большинстве случаев теряется. Постоянная память обеспечивает хранение и выдачу информации. В отличие от содержимого оперативной памяти, содержимое постоянной заполняется при изготовлении ЭВМ и не может быть изменено в обычных условиях эксплуатации. В постоянной памяти хранятся часто используемые (универсальные) программы, и данные, к примеру, некоторые программы операционной системы, программы тестирования оборудования ЭВМ и др. При выключении питания содержимое постоянной памяти сохраняется. Для построения ОЗУ, ПЗУ, регистровых ЗУ в настоящее время широко применяют полупроводниковые интегральные микросхемы, выполняемые по специальной полупроводниковой технологии с применением интегральных схем (ИС). Принципы организации элементов памяти на базе ИС приведены на рис.3.
На рисунках 3 и 4 изображены микросхемы памяти как функциональных узлов: рис.3 ОЗУ, рис. 4 ПЗУ. Основной составной частью микросхемы ОЗУ является массив элементов памяти, объединённых в матрицу накопителя. Элемент памяти (ЭП) может хранить один бит информации. Каждый ЭП обязательно имеет свой адрес. Для обращения к ЭП необходимо его “выбрать” с помощью кода адреса, сигналы которого подводят к соответствующим выводам микросхемы. ПЗУ построено аналогично, а функции ЭП в микросхемах ПЗУ выполняют перемычки в виде проводников. Понимание процессов хранения и считывания данных в памяти машины является важнейшим условием для понимания принципов программного управления ЭВМ.
Принцип программного управления
Вычислительные процессы в любой ЭВМ представлены в виде программы, представляющей собой - последовательности инструкций (команд), записанных в требуемом порядке выполнения в память машины. В процессе выполнения программы ЭВМ выбирает очередную команду, расшифровывает ее, определяет, какие действия и над какими операндами следует выполнить. Эту функцию осуществляет УУ. Оно же и выбирает из из ЗУ необходимые данные – операнды, подлежащие обработке. Таким образом формируется так называемое машинное слово, содержащее несколько различных полей данных. Несколько вариантов различных машинных слов и общий вид команды приведены на рис.5.
Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Торчигин С. В.
Векторный потоковый процессор: оценка производительности Моделирование параллельной работы ядер векторного потокового процессора с общей памятью Недостаточная пропускная способность памяти на программе Stencil: преимущество векторного потокового процессора i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.Текст научной работы на тему «Управление вычислительными процессами в вычислительной системе с автоматическим распределением ресурсов»
Как видно из зависимостей на рис. 2, реальная производительность ВПП приближается к пиковой с увеличением размера матрицы N, причем, чем выше пиковая производительность, тем больше и размер матрицы, на котором достигается заданная эффективность. Такой характер зависимостей справедлив и для известных процессоров. Отличие в том, что ВПП обеспечивает значительно более высокую реальную производительность (при той же эффективности), чем существующие векторные процессоры. Так, векторный процессор NEC SX-6 с пиковой производительностью 16 флоп в такт на матрице 100*100 имеет эффективность 14,5% [5], и его реальная производительность равна 2,32 флоп в такт. На том же размере матрицы ВПП с пиковой производительностью 128 флоп в такт имеет эффективность 17,5%, т.е. его реальная производительность почти в 10 раз выше.
Таким образом, результаты тестирования модели ВПП с помощью теста LINPACK показывают, что ВПП действительно может обеспечить на порядок более высокую реальную производительность по сравнению с существующими векторными процессорами и на два порядка - по сравнению со скалярными микропроцессорами.
2. Дикарев Н.И., Шабанов Б.М. Реальная и пиковая производительности суперЭВМ // Автоматизация проектирования. № 1-2 (13). М., 2000. С.3-15.
3. Oliker L. et al. Evaluation of Cache-based Superscalar and Cacheless Vector Architectures for Scientific Computations. Proc. Int. Conf. on Supercomputing, Nov. 2003, 26 pp.
4. Аблязов Н.А., Дикарев Н.И., Макаров О.С., Шабанов Б.М. Результаты выполнения теста LINPACK на модели векторного потокового процессора // «Высокопроизводительные вычислительные системы и микропроцессоры». Труды ИМВС РАН. Вып. 6, М., 2004. С.42-55.
УПРАВЛЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМИ ПРОЦЕССАМИ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ С АВТОМАТИЧЕСКИМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ РЕСУРСОВ
В настоящее время существует большое количество задач, требующих производительности вычислительных систем порядка 1012 - 1016 операций в секунду [1]. Основным методом увеличения производительности вычислительных систем становится метод распараллеливания вычислительных процессов на математическом уровне. Однако это не решает всей проблемы в целом. В этой связи возникает потребность в разработках вычислительных систем нетрадиционной архитектуры. К таким системам относится вычислительная система с автоматическим распределением ресурсов (ВСАРР) [2]. В основе этой вычислительной системы лежит ме-
ханизм управления потоком данных. ВСАРР обеспечивает на аппаратном уровне распределение вычислительных процессов, синхронизацию по данным в динамике вычислительного процесса и эффективное использование вычислительных средств. В свою очередь, ВСАРР имеет ряд серьезных недостатков, таких как: в ходе вычислительного процесса ассоциативная память вычислительной системы может переполниться, вследствие чего система остановится [3]; в вычислительных системах подобного класса нельзя управлять ходом вычислительных процессов. Некоторые из перечисленных недостатков ВСАРР можно устранить, введя в вычислительную систему новое устройство - устройство управления вычислительными процессами (УУВП), показанное на рис.1.
На рис. 1 ВН - внешние носители; ИУ - исполнительные устройства; МСП -модуль сопоставляющей памяти; УУВП - устройство управление вычислительными процессами. ИУ О
УУВП в ВСАРР выполняет следующие функции.
1. Ротацию вычислительных процессов . На ВСАРР может одновременно выполняться множество вычислительных процессов с различными приоритетами.
2. Принятие мер, предотвращающих переполнение модулей сопоставляющей памяти (МСП) в ВСАРР (причинами переполнения МСП могут быть: взрывной параллелизм вычислительного процесса; неэффективное использование памяти совпадений с точки зрения хранения данных; неравномерное распределение данных по МСП):
• обнаружение угрозы переполнения МСП - определение модулей сопоставляющей памяти, в которых объем записанных данных подходит к критическому;
Смену одного вычислительного процесса другим будем называть ротацией вычислительных процессов.
• выделение областей в МСП для выгрузки их на внешние носители;
• определение приоритета вычислительного процесса;
• определение интенсивности прохождения вычислительного процесса (количества приходящих и уходящих данных из МСП);
• определение количества уже выгруженных данных из этого МСП на внешние носители;
• определение объема, занятого в МСП каждым вычислительным процессом.
3. Выгрузку выделенной области на внешние носители.
4. Последовательную загрузку выгруженных областей в МСП по мере освобождения в них места.
5. Сбор статистики о прохождении вычислительных процессов и ее анализ.
6. Распределение адресного пространства внешних носителей.
7. Выполнение управляющих программ пользователей :
• загрузку в ВСАРР начальных данных вычислительных процессов;
• мониторинг устройств ВСАРР;
• вывод результатов вычислительных процессов.
8. Обработку исключительных ситуаций устройств ВСАРР.
9. Определение окончания событий:
10. Выполнение команд операционной системы.
Устройство управления вычислительными процессами состоит из следующих
1. Буферы для временного хранения передаваемых данных.
2. Блок управления буферами.
3. Дешифратор команд операционной системы.
4. Блок обработки команд ОС.
5. Дешифратор данных.
6. Блок управления загрузкой и выгрузкой вычислительных процессов.
7. Блок сбора статистики.
УУВП имеет вспомогательные блоки для работы с стандартными внешними устройствами (см. рис. 2).
Областью в вычислительном процессе будем называть часть виртуального графа вычислительного процесса, отвечающую одному критерию - например, накрытые одной маской [3].
Управляющая программа - это программа, написанная системным программистом или пользователем, выполняющаяся на УУВП; обеспечивает более рациональное использование вычислительных ресурсов ВСАРР.
грузить все данные выбранного вычислительного процесса на внешние носители. Выгружаемые области вычислительных процессов выбираются таким образом, чтобы не останавливать сами вычислительные процессы. Как правило, выгружаемые области представляют собой процедуры или функции вычислительных процессов. Все данные, относящиеся к откачиваемой области, находящиеся в МСП и приходящие от исполнительных устройств и принадлежащие этой области, будут автоматически откачиваться на внешние носители и там распределяться определенным образом. Выбор откачиваемой области УУВП осуществляет по собранной статистике вычислительных процессов идущих на ВСАРР. Таким образом, УУВП осуществляет автоматическое регулирование параллелизма в задачах.
Рис. 2. Структурная схема устройства управления вычислительными процессами
Блок упр|^ления вводом \ выводом токенов
В режиме управления вычислительным процессом с помощью управляющих программ выгружаемые и загружаемые области и моменты загрузки и выгрузки определены в управляющей программе. Управляющая программа состоит из набора команд, определяющих последовательность операций работы с этими областями, а также работы с самим вычислительным процессом. В управляющую программу входят такие команды как:
• остановить вычислительный процесс;
• откачать вычислительный процесс;
• подкачать вычислительный процесс;
• произвести обмен данными между вычислительными процессами;
• изменить структуру данных в вычислительном процессе;
• выделить область вычислительного процесса;
• резервировать места на внешних носителях, и т.д.
Также программист может явно указать в управляющей программе области вычислительного процесса для откачки, что повлияет на более рациональное использование вычислительных ресурсов ВСАРР при автоматическом режиме управления вычислительным процессом. УУВП имеет достаточную гибкость в своей системе команд и позволяет по желанию изменять и дополнять ее.
Существует возможность управлять параллелизмом вычислительного процесса и из самого вычислительного процесса, изменяя алгоритмы программы, но этот случай не будет рассмотрен.
На основе вышеизложенного можно сделать вывод, что вычислительная система с автоматическим распределением ресурсов совместно с устройством управления вычислительными процессами в значительной степени лишена серьезных недостатков, присущих классу вычислительных систем, управляемых потоком данных, хотя остаются еще не решенные проблемы, связанные с отладкой задач на этом классе вычислительных систем.
2. Бурцев В. С. Новые принципы организации вычислительных процессов высокого параллелизма // Материалы Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные и многопроцессорные системы - 2003». Т.1. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003.
3. Чумаченко Г. О. Иерархия памяти вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов // Материалы Международной научно-технической конференции «Искусственный интеллект - 2004. Интеллектуальные и многопроцессорные системы-2004». Т. 1. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004.
Персональный компьютер содержит следующие обязательные части (рис.1.2):
Системный блок содержит:
· основную электронную плату компьютера, называемую системной или материнской платой;
· накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков;
· накопители на жестких магнитных дисках ("винчестеры").
На системной плате компьютера размещены:
· центральный процессор (ЦП), выполненный в виде микропроцессора (МП);
· постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) с базовой системой ввода/вывода;
· перезаписываемая память для хранения параметров конфигурации машины;
· оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
· системная магистраль передачи данных;
· контроллеры портов ввода-вывода информации;
· стандартные разъемы для подключения контроллеров внутренних и внешних устройств (монитора, жестких и гибких дисков, портов ввода/вывода и т.п.).
Рассмотрим аппаратные компоненты ПК, размещенные на системной плате.
1.3. Основные аппаратные компоненты пк
Одинаковые модели МП могут иметь разную тактовую частоту. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора.
Микропроцессоры Intel-8088, 80286, 80386 и 80486SX не обеспечивают аппаратной поддержки вычислений с вещественными числами. Поэтому к ним для этого требуется добавить математический сопроцессор типа Intel-8087, 80287, 80387 и 80487SX, соответственно. Новейшие МП фирмы Intel (80486DX, Pentium, Pentium Pro) и их аналоги других фирм имеют встроенную поддержку вычислений с вещественными числами, поэтому для них сопроцессоры не требуются.
Память. На системной плате ПК размещены четыре вида памяти: оперативная память (ОЗУ), постоянная память (BIOS), полупостоянная память (CMOS) и кэш-память. Кроме того, на плате видеоадаптера находится дополнительная видеопамять.
Оперативная память (ОЗУ или RAM) компьютера выполняется на печатных платах с 72 контактами, поэтому их называют 72-контактными (72-пиновыми) микросхемами памяти типа SIMM. Встречаются также устаревшие 30-пиновые микросхемы ОЗУ. Емкость одной микросхемы памяти может составлять 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайт. Системная плата имеет два или четыре слота для микросхем ОЗУ, так что ПК может иметь от 2 до 256 Мбайт оперативной памяти.
Постоянная память (ПЗУ или BIOS) предназначена для хранения данных, заносимых в нее при изготовлении компьютера. Выполняемые на ПК программы не могут изменить содержимое этого вида памяти, однако чтение данных из нее возможно. В ПЗУ обычно хранятся программы для проверки оборудования, инициирования и загрузки операционной системы и выполнения функций по обслуживанию устройств компьютера. Во всех компьютерах в BIOS содержится также программа настройки конфигурации ПК (Setup).
Полупостоянная память (CMOS) предназначена для хранения параметров конфигурации компьютера. Содержимое CMOS-памяти не изменяется при выключении электропитания ПК, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор. Изменение параметров конфигурации выполняют с применением программы Setup, находящейся в BIOS.
Кэш-память, выполняемая в виде отдельной микросхеме, необходима для ускорения доступа процессора к данным, находящимся в ОЗУ. Она представляет собой сверхбыстродействующее ОЗУ, время доступа к которому в несколько раз меньше, чем к обычному ОЗУ. Объем кэш-памяти может составлять 64, 128, 256 или 512 Кбайт. Обычно ПК снабжаются кэш-памятью объемом 128 или 256 Кбайт. Микропроцессоры серий 486 и Pentium содержат небольшую внутреннюю кэш-память. Поэтому в
технической литературе для однозначности терминологии кэш-память, расположенную на системной плате, называют кэш-памятью второго уровня (level two cache, L2 cache).
Системная магистраль передачи данных (шина). Обычно современные ПК имеют две, а иногда и три шины разных типов. Это связано с тем, что разработанная в начале 80-х годов шина ISA перестала удовлетворять по быстродействию существующим потребностям по обмену данными между высокоскоростными устройствами, появившимися в середине 80-х годов - быстродействующих жестких дисков, видеоконтроллеров и т.п. Сейчас шина ISA используется для подключения только низкоскоростных устройств (контроллеров портов ввода/вывода, звуковых карт и т.п.). Для подключения высокоскоростных устройств были разработаны и применяются более производительные шины - сначала MCA и EISA, потом VESA, затем PCI. Сейчас большинство ПК оснащаются шинами PCI и ISA (обозначение: PCI/ISA). В шине PCI, разработанной фирмой Intel, воплощены многие возможности, необходимые в современных компьютерах: независимость от типа микропроцессора, высокая производительность, автоматическая настройка подключаемых контроллеров, малая нагрузка на микропроцессор и т.д.
Контроллеры портов ввода/вывода информации. Одним из контроллеров, которые присутствуют практически в каждом ПК, является контроллер портов ввода/вывода. Часто этот контроллер интегрирован в состав материнской платы. Порты ввода/вывода бывают следующих типов:
· параллельные (обозначаются LPT1-LPT4);
· последовательные (обозначаются COM1-COM3);
· игровой порт (имеет также название game-port) - к его разъему подключается джойстик Игровой порт имеется не во всех компьютерах.
Контроллер портов ввода-вывода поддерживает, как правило, один параллельный и два последовательных порта.
Читайте также: