Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

Числа, символы, команды хранятся в памяти на равноправных началах и имеют один и тот же формат. Ни для памяти, ни для самого компьютера не имеет значения тип данных. Типы различаются только при обработке данных программой. Длину, или разрядность, ячейки определяет количество двоичных разрядов (битов). Каждый бит может содержать 1 или 0. В современных компьютерах длина ячейки кратна 8 битам и измеряется в байтах. Минимальная длина ячейки, для которой можно сформировать адрес, равна 1 байту, состоящему из 8 бит.

Для характеристики памяти используются следующие параметры:

• емкость памяти – максимальное количество хранимой информации в байтах;
• быстродействие памяти – время обращения к памяти, определяемое временем считывания или временем записи информации.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Производит арифметические и логические действия.

Следует отметить, что любую арифметическую операцию можно реализовать с использованием операции сложения.

Сложная логическая задача раскладывается на более простые задачи, где достаточно анализировать только два уровня: ДА и НЕТ.

Устройство управления (УУ) управляет всем ходом вычислительного и логического процесса в компьютере, т.е. выполняет функции "регулировщика движения" информации. УУ читает команду, расшифровывает ее и подключает необходимые цепи для ее выполнения. Считывание следующей команды происходит автоматически.

Фактически УУ выполняет следующий цикл действий:

• формирование адреса очередной команды;
• чтение команды из памяти и ее расшифровка;
• выполнение команды.

В современных компьютерах функции УУ и АЛУ выполняет одно устройство, называемое центральным процессором.

Внутренние шины передачи информации

Общая шина, наряду с центральным процессором и запоминающим устройством, во многом определяет производительность работы компьютера, так как обеспечивает обмен информацией между функциональными узлами. Общая шина делится на три отдельные шины по типу передаваемой информации: шина адреса, шина данных, шина управления. Каждая шина характеризуется шириной — числом параллельных проводников для передачи информации. Другим важным параметром шины является тактовая частота шины — это частота, на которой работает контроллер шины при формировании циклов передачи информации.

• Шина адреса предназначена для передачи адреса ячейки памяти или порта ввода-вывода. Ширина шины адреса определяет максимальное количество ячеек, которое она может напрямую адресовать. Если ширина шины адреса равна я, то количество адресуемой памяти равно 2".
• Шина данных предназначена для передачи команд и данных, и ее ширина во многом определяет информационную пропускную способность общей шины. В современных компьютерах ширина шины данных составляет 32—64.
• Шина управления включает в себя все линии, которые обеспечивают работу общей шины. Ее ширина зависит от типа шины и определяется алгоритмом ее работы или, как говорят, протоколом работы шины. Протокол работы шины состоит из нескольких циклов и выполняется контроллером шины, расположенным внутри процессора, или отдельным контроллером шины.

Глава 8. Программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.)

Прерывание (англ. interrupt) — сигнал, сообщающий процессору о совершении какого-либо асинхронного события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается, и управление передается обработчику прерывания, который выполняет работу по обработке события и возвращает управление в прерванный код.

Виды прерываний:

• Аппаратные (англ. IRQ - Interrupt Request) — события от периферийных устройств (например, нажатия клавиш клавиатуры, движение мыши, сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя) — внешние прерывания, или события в микропроцессоре — (например, деление на ноль) — внутренние прерывания;
• Программные — инициируются выполняемой программой, т.е. уже синхронно, а не асинхронно. Программные прерывания могут служить для вызова сервисов операционной системы.

Обработчики прерываний обычно пишутся таким образом, чтобы время их обработки было как можно меньшим.

До окончания обработки прерывания обычно устанавливается запрет на обработку или даже генерацию других прерываний. Некоторые процессоры поддерживают иерархию прерываний, позволяющую прерываниям более высокого приоритета вызываться при обработке менее важных прерываний.

Вектор прерывания — ячейка памяти, содержащая адрес обработчика прерывания. Перехват прерывания — изменение обработчика прерывания на свой собственный.

Вектора прерываний объединяются в таблицу векторов прерываний. Местоположение таблицы зависит от типа и режима работы микропроцессора.

Обработчик прерываний (или процедура обслуживания прерываний) — процедура операционной системы или драйвера устройства, вызываемая по прерыванию для выполнения его обработки. Обработчики прерываний могут выполнять множество функций, которые зависят от причины, которая вызвала прерывание и времени выполнения, которые требуются на это обработчику.

Обработчик прерываний – это низкоуровневый эквивалент обработчика событий. Эти обработчики вызываются либо по аппаратному прерыванию, либо соответствующей инструкцией в программе. И соответственно служат для обслуживания устройств или для осуществления вызова функций операционной системы (как способ передачи управления между различными уровнями защиты).

В современных системах обработчики прерываний делятся на Высокоприоритетные Обработчики Прерываний (ВОП) и Низкоприоритетные Обработчики Прерываний (НОП).

К выполнению ВОП обычно предъявляются жесткие требования: малое время на выполнение, малое количество операций, разрешенных к выполнению, особая надежность, так как ошибки, допущенные во время выполнения, могут обрушить операционную систему, которая не может корректно их обработать. Поэтому ВОП обычно выполняют минимально необходимую работу: быстро обслуживают прерывание, собирают критичную информацию, которая доступна только в это время, и планируют выполнение НОП для дальнейшей обработки.

ВОП, которые обслуживают аппаратные устройства, обычно маскируют свое прерывание для того, чтобы предотвратить вложенные вызовы, которые могут вызвать переполнение стека.

НОП завершает обработку прерывания. НОП либо имеет собственный поток для обработки, либо заимствует на время обработки поток из системного пула. Эти потоки планируются наравне с другими, что позволяет добиться более гладкого выполнения процессов. НОП выполняется с гораздо менее жесткими ограничениями по времени и ресурсам, что облегчает программирование и использование драйверов.

В разных системах ВОП и НОП именуются по-разному. В операционной системе Windows ВОП называется обработчиком прерывания, а НОП—отложенный вызов процедуры (DPC, Defered Procedure Call) DMA

Прямой доступ к памяти (англ. Direct Memory Access, DMA) — режим обмена данными, без участия Центрального Процессора. За счет чего скорость передачи увеличивается, т.к. данные не пересылаются в ЦП и обратно.

Plug and Play (сокр. PnP), дословно переводится как «включил и играй» — технология, предназначенная для быстрого определения и конфигурирования устройств в компьютере. Разработана фирмой Microsoft при содействии других компаний.

Глава 9. Организация среды взаимодействия и обмена информацией между работающими программами

С первых дней существования компьютеров обозначились трудности, связанные с переносом данных между различными машинами. Непереносимость данных, вызванная разницей в платформах, сейчас практически преодолена за счет внедрения общих стандартов представления данных и наличия программ-перекодировщиков. До сих пор сохраняется проблема непереносимости данных внутри одного компьютера, между разными программами, создающими разные или даже одинаковые виды документов, но в различных форматах внутреннего представления.

Операционная система Windows изначально ориентирована на высокую степень интеграции ее компонентов, важнейшим элементом которой является возможность эффективного обмена данными между различными приложениями. Для этих целей реализовано несколько технологий, которые мы рассмотрим.

Буфер промежуточного хранения Clipboard

Уже в первых версиях Windows был реализован встроенный буфер промежуточного хранения данных Clipboard (буфер обмена), который постоянно активен и доступен всем Windows-приложениям. Обмен данными через буфер обмена осуществляется следующим образом.

1. Выделить в приложении-источнике фрагмент данных.

2. Скопировать (перенести) выделенный фрагмент в буфер обмена командой Правка►Копировать или Правка►Вырезать.

3. Перейти к приложению-приемнику, поместить курсор в то место, куда требуется вставить данные из буфера, и выполнить команду Правка►Вставить.

Технология DDE

Для обмена данными между приложениями может использоваться технология DDE (Dynamic Data Exchange – динамический обмен данными). Суть технологии состоит в том, что вставляемый через буфер обмена объект сохраняет свою связь с оригиналом и при внесении в него изменений может автоматически обновляться. При этом 1) с одним оригиналом можно связать любое число документов; 2) возможно связывание по цепочке, когда источником является не оригинал, а ранее связанный объект; 3) установленная связь сохраняется и после закрытия приложений, т.е. внесенные в оригинал изменения автоматически вносятся во все документы, связанные с ним.

Технология OLE

Технология связывания и внедрения объектов (Object Linking and Embedding) имеет больше функциональных возможностей, причем, если приложение поддерживает OLE, то оно само выполняет обмен данными по этой технологии.

Операции связывания (Linking) и внедрения (Embedding), реализованные в рамках OLE, внешне напоминают технологию DDE и обмен данными через буфер обмена. При работе по технологии OLE выполняется та же последовательность действий. Документ со встроенными OLE-объектами выглядит аналогично документу с фрагментами, вставленными через буфер обмена. Однако в этом случае при двойном щелчке мыши в поле объекта он активизируется и запускается приложение, в котором создавался этот объект, и в него передается объект для редактирования или выполнения других операций. После окончания работы с объектом программа-источник закрывается, а измененный объект автоматически передается обратно в документ приложения-клиента.

В рамках технологии OLE объект представляет собой сочетание данных какого-либо вида (текст, графика, видео, звук и др.) во внутреннем формате приложения-сервера, представленном в одном из стандартных форматов Windows, и информации о создавшей его программе, размере, времени создания и т.п. Таким образом, объект является законченной структурой, переносимой из одного документа в другой и сохраняющей отличительные особенности независимо от типа документа, в котором в данный момент находится.