Какой способ обмена данными используется в современных компьютерах при работе с внешней памятью

Обновлено: 09.01.2025

Магистрально-модульная организация компьютера
1. Как называется группа линий связи для обмена данными между несколькими устройствами компьютера?
2. Как называется группа линий связи, по которой передаются служебные сигналы для организации обмена данными?
а) шина данных
б) шина адреса
в) шина управления
3. Как называются правила обмена данными по шине?
4. Как называется электронная схема для управления внешним устройством и простейшей предварительной обработки данных?
5. Отметьте все правильные утверждения о принципе открытой архитектуры.
а) описание параметров шины открыто для всех
б) все могут разрабатывать устройства, удовлетворяющие стандарту
в) в компьютере есть стандартные разъёмы для подключения устройств
г) любые новые устройства можно подключить к компьютеру
д) для каждого нового устройства нужно установить драйвер
6. Определите, о каком способе обмена данными с внешним устройством идет речь: «Достоинства: 1) простота; 2) не нужно дополнительное оборудование. Недостаток: большие потери времени работы процессора.»
а) программно управляемый ввод/вывод
б) обмен по прерываниям
в) прямой доступ к памяти
7. Определите, о каком способе обмена данными с внешним устройством идет речь: «Обмен данными происходит по запросу внешнего устройства, при этом процессор выполняет специальную подпрограмму».
а) программно управляемый ввод/вывод
б) обмен по прерываниям
в) прямой доступ к памяти
8. Определите, о каком способе обмена данными с внешним устройством идет речь: «Обмен данными запускается центральным процессором, а далее полностью управляется контроллером внешнего устройства».
а) программно управляемый ввод/вывод
б) обмен по прерываниям
в) прямой доступ к памяти
9. Как называется временная приостановка основной программы для обработки запроса от внешнего устройства?

Процессор
1. Какие блоки входят в состав процессора?
а) арифметико-логическое устройство
б) устройство управления
в) регистры
г) контроллеры
д) постоянное запоминающее устройство
2. Отметьте все функции арифметико-логического устройства (АЛУ).
а) выполнение вычислений
б) анализ результата
в) определение местоположения данных
г) расшифровка команд
д) загрузка данных в регистры
3. Отметьте все функции устройства управления (УУ).
а) выполнение вычислений
б) анализ результата
в) определение местоположения данных
г) расшифровка команд
д) загрузка данных в регистры
4. Что хранится в регистре состояния процессора?
а) свойства результата последней операции
б) температура процессора
в) результат последней операции
г) степень загруженности процессора
д) результат проверки памяти
5. Как называется элементарное действие, из которых состоит каждая машинная команда?
6. Как называется интервал между двумя соседними управляющими импульсами, поступающими в процессор?
7. Сколько бит помещается в регистр AX в процессорах семейства Intel?
8. Как называется характеристика процессора, которая определяет количество тактовых импульсов за 1 секунду?
9. Как называется характеристика процессора, определяющая максимальное количество двоичных разрядов, которые процессор способен обработать за одну команду.
10. Отметьте все правильные утверждения.
а) тактовая частота полностью определяет быстродействие процессора
б) разрядность процессора обычно определяют как размер регистров
в) при тактовой частоте 4 ГГц процессор выполняет 4 млрд микрокоманд в секунду
г) разрядность шины адреса определяет максимальный объём памяти
д) разрядности шины данных и шины адреса всегда совпадают
11. Выберите правильное окончание фразы «RISC-процессор — это процессор с . ».
а) сокращенным набором команд
б) полным набором команд
в) рискованным набором команд
г) изменённым набором команд
12. Как называются данные, необходимые для выполнения некоторой команды процессора?

Магистрально-модульная организация компьютера:

1) шина;
2) шина управления;
3) протокол;
4) контроллер;
5) абвд;
6) программно управляемый ввод/вывод;
7) обмен по прерываниям;
8) прямой доступ к памяти;
9) прерывание.

Содержание работы:ЗАДАНИЕ 1.Изучите внешний вид системы программирования ПаскальЗАДАНИЕ 2. Откройте файл, в который Вы запишите программу, выполняющую … сложение двух чисел. Для этого нажмите клавишу F10, чтобы выйти в главное меню,затем клавишами перемещения курсора выберите опцию File, а в выпавшем менюкоманду New.Найдите в этой программе заголовок, раздел описания переменных, признак началапрограммы, признак конца программы, тело программы, комментарий. Познакомиться стекстом программы, написанном на языка Pascal.1.Откройте окно и наберите текст следующей программы:Program pr2;var a,b,summa:integer;beginwriteln(‘введите число а’);readln(a);writeln(‘введите число b’);readln(b);summa:=a+b;writeln(‘сумма чисел’,a,’и’,b,’=’,summa);end.2.Измените данную программу для вывода разности чисел, их произведения ичастного (получившийся код показать преподавателю и записать в тетрадь).3. Сохраните текстом программы в файле Proizv. pas.ЗАДАНИЕ 3. Измените программу, выполненную в задании 2 так, чтобы онавыполняла расчет площади прямоугольника по его длине и ширине. Заполните порезультатам работы программы таблицу:№ п/п Параметры прямоугольникаДлина Ширина Площадь1. 12. 73. 54. 85. 4Таблицу и код программы записать в тетрадь.ЗАДАНИЕ 4. Сделайте вывод о проделанной работе.

Помогите пожалуйста с инфой, то я не понимаю нифига, пожалуйста, нужно срочно, пожалуйста

Единицей обмена данными между оперативной и внешней памятью является физическая запись . Физическая запись читается (записывается) за одно обращение к внешней памяти. В частности, физическая запись может соответствовать одному экземпляру логической записи. Число обращений к внешней памяти при работе с базой данных определяет время отклика системы. В связи с этим для уменьшения числа обращений к БД при работе с ней увеличивают длину физической записи (объединяют в одну физическую запись несколько экземпляров логических записей). В этом случае физическую запись называют также блоком, число k экземпляров логических записей, составляющих физическую запись , – коэффициентом блокировки.

Ввод исходных данных в БД осуществляется следующим образом:

в ОП последовательно вводятся k экземпляров логических записей (кортежей);
введенные k экземпляров объединяются в физическую запись (блок);
физическая запись заносится во внешнюю память.

Ввод k экземпляров записей исходной таблицы, составляющих i-ю физическую запись , изображен на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Схема занесения записей во внешнюю память

Обработка данных, хранящихся во внешней памяти, осуществляется следующим образом:

физическая запись (блок) считывается в оперативную память;
обрабатываются экземпляры логических записей внутри блока (выбираются нужные поля, производится сравнение ключевого поля с заданным значением, осуществляется корректировка полей, выполняются операции удаления и т.п.).

В некоторых СУБД (например, MS SQL Server) единицей обмена между оперативной и внешней памятью является страница (вид физической записи, размер которой фиксирован и не зависит от длины логической записи). Организация обмена между оперативной и внешней памятью в этом случае аналогична описанной выше. Отличие здесь будет состоять в том, что экземпляры логических записей формируются в буфере, размером со страницу (если размер страницы не кратен длине логической записи, страница может быть заполнена неполностью, физическая запись на внешнем носителе, соответственно, будет заполнена не полностью).

9.4. Структуры хранения данных во внешней памяти ЭВМ

В современных СУБД наибольшее распространение получили табличные модели данных. В связи с этим, а также для большей определенности в настоящем разделе мы будем говорить о структурах хранения для табличной модели. Однако отметим, что некоторые из рассматриваемых ниже структур хранения могут использоваться и для представления сетевых и иерархических моделей .

В качестве внешней памяти мы рассматриваем наиболее распространенную в современных ЭВМ память прямого доступа. Память прямого доступа дает возможность обращения к любой записи, если известен её адрес . Для упрощения изложения мы не будем конкретизировать ряд служебных полей, которые содержит физическая запись , и их рассмотрение опускаем.

9.4.1. Последовательное размещение физических записей

В этой структуре хранения записи в памяти размещаются последовательно друг за другом. Как уже отмечалось, считаем, что все записи имеют равную длину. Физический адрес записи может быть легко вычислен по номеру записи (для вычисления необходимо знать формат соответствующей физической записи).

Физическая запись с номером I содержит логические записи с номерами

$(I – 1) k+1 \\ (I – 1) k+2 \\ \dots \\ (I – 1) k+k \\ I = 1, 2, \dots , \lceil N/k\rceil ;$

$\lceil N/k\rceil$

знаком обозначим ближайшее целое, большее или равное N/k , – целое сверху.

Рассмотрим, как реализуются основные элементарные операции модели данных в этой структуре хранения, и оценим число этих операций. Напомним, что с точки зрения пользователя в табличной модели данных эти операции являются операциями над строками (столбцами) таблицы.

Поиск записи с заданным значением ключа

При последовательной структуре хранения поиск может осуществляться только перебором. Читается первая физическая запись , в ОП она разбивается на k логических записей (разблокируется), заданное значение ключа сравнивается со значением ключа каждой логической записи. При несовпадении читается следующая физическая запись и процесс повторяется. В лучшем случае нужная запись будет найдена за одно обращение, в худшем – необходимо считать все физические записи. Среднее число обращений к внешней памяти для поиска нужной записи ТР определяется следующей формулой

$ТР = (1+\lceil N/k\rceil )/2,$

$\lceil N/k\rceil$

где N – число логических записей, k – коэффициент блокировки, – число физических записей.

Чтение записи с заданным значением ключа

Сначала необходимо найти нужную запись (смотри операцию "поиск"). После окончания операции "поиск" нужная запись уже считана в ОП. Число обращений к ВП равно ТР .

Корректировка записи

Сначала необходимо найти нужную запись (смотри операцию "поиск"). После окончания операции "поиск" в ОП найденная логическая запись корректируется, формируется физическая запись (блок) и заносится во внешнюю память по тому адресу, откуда она была считана. Число обращений к ВП равно ТР+1 .

Удаление записи

Аналогична операции корректировки. Служебное поле соответствующей логической записи помечается как "удаленная запись". Число обращений к ВП равно ТР+1 .

Добавление записи

Рассмотрим два случая. В первом случае пользователь вводит новую логическую запись в конец таблицы. Тогда вводимая логическая запись добавляется в конец файла. Она заносится либо в последнюю физическую запись (если в ней меньше k логических записей – блок неполон), для чего эта запись должна быть считана в ОП, или формируется новая физическая запись , которая заносится в конец файла. Число обращений к ВП равно соответственно либо 2, либо 1.

Во втором случае пользователь вводит новую логическую запись в указываемую им i-ю строку таблицы ( i=1, 2, . n ). В этом случае читается физическая запись с номером , содержащая i-ю логическую запись . Если соответствующая физическая запись содержит пустые логические записи, то добавляемая запись вставляется в этот блок, блок записывается на свое место в ВП. Число обращений к ВП равно 2. Если указанная физическая запись содержит k экземпляров логических записей исходной таблицы, читается физическая запись с номером . Если эта физическая запись содержит пустые логические записи, добавляемая запись вставляется в этот блок, блок записывается на свое место в ВП. Суммарное число обращений в этом случае будет на единицу больше и равно 3.

Если физические записи с номерами и содержат по k экземпляров исходных логических записей, необходимо формировать дополнительную физическую запись . Соответствующий блок будет содержать добавляемую логическую запись и k-1 пустых логических записей. Блоки с номерами переписываются на одну позицию ниже (сдвигаются). Сформированная физическая запись заносится на освободившееся место (место записи с номером ).

В лучшем случае (i = N) ни один блок не сдвигается. В худшем случае (i = 1) сдвигаются все блоки. Среднее число обращений к ВП для перезаписи блоков (чтение + запись) составит . Тогда суммарное число обращений к ВП при добавлении записи в этом случае будет равно .

Заметим, что если записи упорядочены по значениям ключа поиск может производиться дихотомическим методом и число обращений к внешней памяти будет пропорционально не а \lceil N/k\rceil ," />
т.е. существенно меньше. Однако добавление записи потребует для сохранения упорядоченности, как правило, сдвига большого числа записей. Поэтому размещение физических записей с упорядочением их по значениям ключа в СУБД не используется.

Основные способы обмена данными.

Между микропроцессорной системой (МС) и внешним устройством (ВУ) происходит обмен полезной информацией в виде слов данных (

) и служебной информацией в виде управляющих слов (

) и слов состояния (

). Служебная информация может занимать значительный объем. Поэтому в общем случае для обмена информацией отводится ряд портов ввода/вывода (ВВ), образующих пространство доступа к внешнему устройству (ВУ). Ввод и вывод всегда рассматриваются по отношению к микропроцессору. Обмен информацией между процессором и ВУ осуществляется по определенным правилам. Совокупность правил, называемых протоколом обмена, является основой для составления драйвера ВУ. Драйвер представляет собой набор подпрограмм, обслуживающих обмен ВУ с микропроцессором.

Существуют три способа обмена данными: программно управляемый обмен, обмен с прерыванием программы и обмен по каналу прямого доступа к памяти. Рассмотрим в общих чертах особенности каждого способа обмена.

Программно–управляемый обмен данными.

Обмен инициируется и выполняется процессором с помощью:

● специальных команд ввода–вывода,

при этом в формате команды должен содержаться код выполняемой операции и номер выбираемого порта ВУ;

● команд обращения к

ОЗУ, при этом каждый порт ВУ рассматривается как адрес, отличный от адресов других ячеек.

С точки зрения использования вспомогательных сигналов различают прямой и условный обмен.

Прямым, или безусловным,

вводом–выводом называется такая процедура, при которой для активизации обмена не требуется никаких условий и вспомогательных сигналов. Прямой ввод/вывод возможен только с внешними устройствами, которые всегда готовы к обмену. Он является составной частью более сложных протоколов обмена.

вводом–выводом называется такая процедура, при которой активизация обмена возможна при выполнении условия готовности к обмену ВУ.

Большинство ВУ работает асинхронно по отношению к процессору. При асинхронном обмене информацией важной задачей является проверка готовности ВУ. Поэтому ВУ должно иметь аппаратные средства для выработки информации о своем внутреннем состоянии. Микропроцессор считывает эту информацию, передает ее в аккумулятор, анализирует и на основе анализа принимает решение о готовности ВУ. При отсутствии готовности ВУ процессор переходит в состояние ожидания. Если обнаружено состояние готовности, то выполняются операции передачи данных. Таким способом достигается сопряжение во времени работы процессора и таких устройств, которые по быстродействию уступают процессору.

Таким образом, условный ввод/вывод применяется для обмена с низкоскоростными внешними устройствами и сопровождается сигналом готовности ГтВУ, генерируемым ВУ. Сигнал готовности ГтВУ вводится в процессор в составе слова состояния и информирует его о готовности ВУ к обмену. После завершения операции обмена сигнал готовности ГтВУ должен быть снят и выставлен перед новой операцией. Для этого процессор информирует ВУ об окончании операции с помощью сигнала подтверждения Пт.

На рис. 3.2.1 приведены диаграммы условного ввода/вывода с помощью контроллера обмена. В этом случае могут быть также использованы сигналы готовности Гт контроллера и подтверждения ПтВУ внешнего устройства.

При вводе (рис. 3.2.1, а) процессы протекают в следующей последовательности:

● если сигнал подтверждения микропроцессора (контроллера) Пт = 0, ВУ выставляет на шине ШВУ новые данные и сигнал готовности ГтВУ = 1;

● так как ГтВУ = 1, процессор дает команду на ввод данных, и данные по ШД поступают в аккумулятор;

● процессор через контроллер выставляет сигнал подтверждения Пт = 1, извещая ВУ о том, что данные введены;

● при Пт = 1 ВУ снимает сигнал готовности (ГтВУ =0);

● при ГтВУ = 0 процессор снимает сигнал подтверждения (Пт = 0).

При выводе данных (рис. 3.2.1, б) процессы протекают в следующей последовательности:

● если сигнал готовности контроллера Гт = 0, ВУ осуществляет сброс сигнала подтверждения (ПтВУ = 0), после чего процессор на ШД выставляет новые данные;

● при сигнале подтверждения ПтВУ = 0 контроллер устанавливает сигнал готовности Гт = 1;

● данные по ШВУ выводятся в ВУ;

● при Гт = 1 ВУ устанавливает сигнал подтверждения (ПтВУ =1);

● при ПтВУ = 1 процессор снимает ранее установленный сигнал готовности (Гт = 0).

Рассмотренный протокол обмена называется квитированием.

Возможны два вида условного обмена: с занятием цикла и совмещенного. При обмене с занятием цикла (рис. 3.2.2, а) в случае неготовности ВУ микропроцессор находится в режиме ожидания; при совмещенном обмене (рис. 3.2.2, б) после опроса ВУ микропроцессор возвращается к выполнению основной программы.

По способу кодирования различают обмен данными в параллельном и последовательном коде.

Необходимость передачи данных в последовательном коде обусловлена двумя факторами:

● наличием устройства (например, клавиатура, дисплей, телетайп), принцип работы которого базируется на использовании последовательного кода;

● удалением внешнего устройства от процессора на значительное расстояние. Дело в том, между отдельными проводниками соединительной линии между источником и приемником информации существует емкостная связь. С увеличением длины соединительной линии растет емкость между ее отдельными проводниками. Поэтому при передаче импульсных сигналов по одному проводнику в других проводниках наводятся помехи, уровень которых может быть соизмеримым с уровнем полезных сигналов.

В этих условиях обмен информацией между процессором и внешним устройством должен сопровождаться преобразованием параллельного кода в последовательный код при выводе данных и последовательного кода в параллельный — при вводе данных. Указанные функции возлагаются на контроллер обмена, который обычно выполняется в виде интегральной схемы.

К достоинствам программно–управляемого обмена данных относится его простота, к недостаткам — бесполезная трата времени на ожидание готовности ВУ и невозможность обеспечения своевременной реакции на внезапно возникшую потребность ВУ в обмене информацией.

Обмен с прерыванием программы.

При этом способе инициатором обмена является внешнее устройство, которое подает специальный сигнал ЗАПРОС ПРЕРЫВАНИЯ на соответствующий вход процессора. После выполнения текущей микрокоманды процессор прекращает выполнение основной программы, вырабатывает сигнал ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ПРЕРЫВАНИЯ и переходит к подпрограмме обработки прерывания, расположенной в фиксированной области памяти. После выполнения этой подпрограммы происходит возврат к основной программе.

Обмен данными с помощью прямого доступа к памяти.

По этому способу используется канал прямого доступа к памяти (ПДП), по которому массивы данных передаются непосредственно между внешним устройством (ВУ) и ОЗУ, минуя процессор. Это позволяет достичь наибольшей скорости передачи, но требует определенных аппаратных затрат для организации канала. Аналогично случаю обмена по прерыванию ВУ посылает в процессор сигнал запроса на прямой доступ. После отправления сигнала подтверждения процессор прекращает работу по выполнению текущей программы, отключает свои буферные регистры от шин адреса и данных, а также прекращает выработку управляющих сигналов. Таким образом, процессор как бы замирает до окончания процедуры ПДП, чем этот режим и отличается от режима обработки прерывания. Все функции адресации, передачи данных и управления выполняет контроллер ПДП, содержащий счетчик адреса, счетчик числа слов в массиве, а также ряд триггеров и логических схем, которые внесены в блок управления.

До начала работы канала ПДП в счетчик адреса заносится адрес ячейки ОЗУ, с которой начинается массив данных, и в счетчик слов (в прямом или дополнительном коде) — число слов в массиве. При передаче каждого слова содержимое этих счетчиков изменяется на единицу и обмен данными производится автоматически, пока не будет передан весь массив слов.

В микропроцессорных системах встроены (или предусматриваются) интерфейсные схемы для организации ввода/вывода.

Читайте также: