Файл: Вопросы к экзамену по информатике.docx

32. Информационная магистраль - общая шина

Процессор, оперативная память, контролеры внешних устройств (ВУ) внутри компьютера соединяются все вместе. Они находятся на одной общей информационной шине ПК, по которой информация может передаваться от любого подключенного к ней устройства к любому другому устройству. Таким образом, изначально все устройства внутри ПК постоянно соединены друг с другом.

Только с помощью специальных технических и программных методов информация перемещается строго от одних устройств к другим. Каждое устройство ПК всегда способно отличить информацию, предназначенную именно ему от остальных передаваемых по общей шине данных.

Важно понимать, что все вышеперечисленные устройства (процессор, оперативная память, контроллеры внешних устройств ввода-вывода), подключенные к информационной шине, работают с одинаково высокой скоростью, выдерживая заданные темпы обработки информации. Темп работы всех соединенных между собой устройств ПК задает тактовый генератор.

Так как все устройства ПК находятся на одной общей шине, по ней информация может передаваться строго адресно, т.е. в каждый момент передаваемая информация адресована только одному из имеющихся внутри компьютера устройств. Для этого каждое устройство имеет свой собственный адрес, который должен обязательно сопровождать передаваемую информацию. Свой собственный адрес имеет также каждая из ячеек оперативной памяти.

Как письмо без адреса никогда не дойдет до своего адресата, так и безадресная информация на общей шине ПК не сможет дойти до места своего назначения. Тем не менее, такое может происходить в случае наличия ошибок в программном обеспечении. Тогда компьютер может зависать, выдавать ошибочные результаты и иными способами проявлять возникающие ошибки внутренней передачи информации.

Таким образом, внутри компьютера происходит постоянный обмен данными между процессором, ячейками оперативной памяти и контроллерами устройств ввода-вывода. Преобразование информации осуществляется процессором, оперативная память может только принимать информацию и выдавать ее обратно в неизменном виде.

33. Основные характеристики процессора

Процессор. Основные характеристики процессора

Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором. Обязательными компонентами микропроцессора является арифметико – логическое устройство и блок управления.

Арифметико – логическое устройство отвечает за выполнение арифметических и логических операций, а устройство управления координирует работу всех компонентов и выполнение процессов, происходящих в компьютере.

Процессор компьютера предназначен для обработки информации. Каждый процессор имеет определенный набор базовых операций (команд), например, одной из таких операций является операция сложения двоичных чисел.

Технически процессор реализуется на большой интегральной схеме, структура которой постоянно усложняется, и количество функциональных элементов (типа диод или транзистор) на ней постоянно возрастает (от 30 тысяч в процессоре 8086 до 5 миллионов в процессоре Pentium II).

Тактовая частота задает ритм жизни компьютера. Чем выше тактовая частота, тем меньше длительность выполнения одной операции и тем выше производительность компьютера.

Под тактом мы понимаем промежуток времени, в течение которого может быть выполнена элементарная операция. Тактовую частоту можно измерить и определить ее значение. Единица измерения частоты - МГц – миллион тактов в секунду.

Другой характеристикой процессора, влияющей на его производительность , является разрядность. В общем случае производительность процессора тем выше, чем больше его разрядность. В настоящее время используются 18,16-, 32- и 64-разрядные процессоры, причем практически все современные программы рассчитаны на 32- и 64-разрядные процессоры.

Часто уточняют разрядность процессора и пишут, например, 16/20, что означает, что процессор имеет 16-разрядную шину данных и 20-разрядную шину адреса. Разрядность адресной шины определяет адресное пространство процессора, т.е. максимальный объем оперативной памяти, который может быть установлен в компьютере.

В первом отечественном персональном компьютере «Агат» (1985 г.) был установлен процессор, имевший разрядность 8/16, соответственно его адресное пространство составляло 64 Кб. Современный процессор Pentium II имеет разрядность 64/32, т.е. его адресное пространство составляет 4 Гб.

Производительность процессора является интегральной характеристикой , которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а так же особенностей архитектуры (наличие кэш-памяти и др.). Производительность процессора нельзя вычислить, она определяется в процессе тестирования, т.е. определения скорости выполнения процессором определенных операций в какой-либо программной среде.

34. Адресное пространство процессора

Адресное пространство микропроцессора – общее количество адресов, выделяемых для обозначения внутренних регистров и устройств хранения данных, а также регистров внешних устройств, к которым относятся элементы памяти и ввода/вывода. Этот показатель рассчитывается на основании разрядности адресной шины, физически поддерживаемой микропроцессором. Например, модель КР580ВМ80А является обладателем пропускной способности в шестнадцать разрядов, что соответствует 216 ячейкам памяти.

Чтобы допустить одновременное размещение в памяти нескольких приложений без создания взаимных помех, нужно решить две проблемы, относящиеся к защите и перемещению. Примитивное решение первой из этих проблем мы уже рассматривали на примере IBM 360: участки памяти помечались защитным ключом, и ключ выполняемого процесса сличался с ключом каждого выбранного слова памяти. Но этот подход не решал второй проблемы, хотя она могла быть решена путем перемещения программ в процессе их загрузки, но это было слишком медленным и сложным решением.

Более подходящее решение — придумать для памяти новую абстракцию: адресное пространство. Так же как понятие процесса создает своеобразный абстрактный центральный процессор для запуска программ, понятие адресного пространства создает своеобразную абстрактную память, в которой существуют программы. Адресное пространство — это набор адресов, который может быть использован процессом для обращения к памяти. У каждого процесса имеется свое собственное адресное пространство, независимое от того адресного пространства, которое принадлежит другим процессам (за исключением тех особых обстоятельств, при которых процессам требуется совместное использование их адресных пространств).

Понятие адресного пространства имеет весьма универсальный характер и появляется во множестве контекстов. Возьмем телефонные номера. В США и многих других странах местный телефонный номер состоит обычно из семизначного номера. Поэтому адресное пространство телефонных номеров простирается от 0000000 до 9999999, хотя некоторые номера, к примеру, те, что начинаются с 000, не используются. С ростом количества сотовых телефонов, модемов и факсов это пространство стало слишком тесным, а в этом случае необходимо использовать больше цифр. Адресное пространство портов ввода-вывода процессора Pentium простирается от 0 до 16 383. Протокол IPv4 обращается к 32-разрядным номерам, поэтому его адресное пространство простирается от 0 до 232 - 1 (опять-таки с некоторым количеством зарезервированных номеров).

Адресное пространство не обязательно должно быть числовым. Набор интернет-доменов .com также является адресным пространством. Это адресное пространство состоит из всех строк длиной от 2 до 63 символов, которые могут быть составлены из букв, цифр и дефисов, за которыми следует название домена — .com. Теперь вам должна стать понятной сама идея, в которой нет ничего сложного.

Немного сложнее понять, как каждой программе можно выделить свое собственное адресное пространство, поскольку адрес 28 в одной программе означает иное физическое место, чем адрес 28 в другой программе. Далее мы рассмотрим простой способ, который ранее был распространен, но вышел из употребления с появлением возможностей размещения на современных центральных процессорах более сложных (и более совершенных) схем.