Файл: Перспективы развития технологий ПК.pdf

Операция считывания происходит следующим образом: намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на высокой скорости вблизи головки, находят в ней ЭДС самоиндукции, электромагнитные сигналы, возникающие при этом, усиливаются и передаются на обработку.

1.1.10 Операционная система

Операционная система (OC) - это комплекс программ, который загружается при включении компьютера. Она производит диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках), запускает другие (прикладные) программы на выполнение. ОС обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения с устройствами компьютера. Основная причина необходимости операционной системы состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления ресурсами компьютера - это операции низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

Операционная система MS DOS состоит из следующих частей:

Базовая система ввода-вывода (ВIOS), находящаяся в постоянной памяти компьютера.

Загрузчик операционной системы - это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты с операционной системой DOS. Функция этой программы заключается в считывании в память еще двух модулей операционной системы IO.sys и MS-DOS.sys, которые и завершают процесс загрузки DOS.

Командный процессор обрабатывает команды, вводимые пользователем (поверка синтаксиса и семантики). Командный процессор находится в дисковом файле COMMAND.COM на диске, с которого загружается операционная система.

Внешние команды MS DOS - это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Эти программы выполняют действия обслуживающего характера, например форматирование дискет, проверку дисков.

Драйверы устройств - это специальные программы, которые дополняют систему ввода-вывода ОС и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся внешних устройств.

1.2 Работа ЭВМ и обращение к данным

1.2.1 Работа процессора

Все функциональные узлы ПК связаны между собой через системную магистраль, представляющую из себя более трёх десятков упорядоченных микропроводников, сформированных на печатной плате.

Высокая скорость работы ЭВМ потребовала жесткой регламентации времени на каждый информационный обмен в отдельности.

При включении компьютера - поступила команда: «Пуск». Он относится, к устройству управления: пуск УУ и передача стартового адреса. Далее события развиваются следующим образом. Адрес первой команды программы поступает в счетчик команд (СК) и тем самым определяется место в памяти, откуда можно извлечь обрабатываемую команду.

Получив приказ о начале работы, УУ передает в память, в качестве адреса разыскиваемой информации, содержимое счетчика команд. Эта передача сопровождается приказом для памяти: «Выдать содержимое указанной ячейки на регистр команд». После этого из ячейки памяти с адресом, равным содержимому счетчика команд СК, считывается команда, размещаемая в регистре команд (РК).

Следующий шаг - дешифрация кода операции. Устройство управления с помощью дешифратора расшифровывает код операции команды и, настраивая арифметико-логическое устройство на выполнение операции, начинает отработку алгоритма команды. Затем адрес первого слагаемого передается в запоминающее устройство. Это первый адрес в адресной части, расположенной в РК. По требованию УУ этот адрес через регистр считываемой информации (РСИ) передается далее АЛУ.

После того как АЛУ примет в качестве первого слагаемого содержимое регистра считываемой информации, устройство управления начнет выборку следующего слагаемого. Для этого в память передается номер ячейки, хранящей второе слагаемое (второй адрес в адресной части РК), и содержимое этой ячейки поступает через РСИ в АЛУ.

Получив оба слагаемых, АЛУ с помощью сумматора выполняет операцию сложения и передает результат в регистр записываемой информации (РЗИ). Завершением обработки команды является запись содержимого РЗИ (результата) по адресу результата (третий адрес в адресной части) РК.

Существуют машины разной адресности: одно-, двух-, полутораадресные и даже безадресные. В формате команды двухадресной машины помимо кода операции указываются адреса только двух операндов (величин, участвующих в операции). А в одноадресных машинах команда, кроме кода операции, содержит лишь один адрес - адрес одного из операндов. Вторым операндом служит содержимое специального узла - накапливающего регистра, куда второй операнд предварительно заносится из ЗУ специальной командой пересылки или остается после выполнения предыдущей команды.

Адресация задается аппаратным способом с использованием счетчика команд. Исключением являются только команды условного перехода, для которых адрес следующей команды при выполнении заданного условия явно задается в адресном поле команды. Если условие не выполняется, то адрес следующей команды определяется обычным способом, т.е. содержимым счетчика команд. Неявная или подозреваемая адресация позволяет ввести безадресный или нульадресный формат команд ЭВМ. Последовательность команд для адресных форматов задается аппаратным способом; для безадресных необходимо неявно задать и последовательность команд, и последовательность операндов. Это достигается в машинах с так называемой стековой структурой памяти.

Стек заполняется и освобождается в определенном порядке, там операция может быть проведена только над операндами, расположенными в верхушке стека, в верхних его регистрах.

Таким образом, когда память ЭВМ организована в виде стека, то для выполнения многих операций можно не указывать адреса операндов, если они предварительно помещены в верхушке стека или непосредственно следом за ней. Так, команда «Сложить», задаваемая только кодом операции (и ничем более), складывает два числа, одно из которых находится в верхушке стека, а другое сразу же вслед за ним, и помещает результат в верхушку стека. Так как в команде совсем нет адресной части, это, не означает, что машинные слова в стековой памяти не имеют адресов. Адреса существуют, но после того как операнды посланы в стек, нет необходимости указывать эти адреса в адресной части большинства машинных команд.

В общем случае система команд процессора включает в себя следующие четыре основные группы команд:

- команды пересылки данных;

- арифметические команды;

- логические команды;

- команды переходов.

Команды пересылки данных не требуют выполнения никаких операций над операндами. Операнды просто пересылаются (точнее, копируются) из источника (Source) в приемник (Destination). Источником и приемником могут быть внутренние регистры процессора, ячейки памяти или устройства ввода/вывода. АЛУ в данном случае не используется.

Арифметические команды выполняют операции сложения, вычитания, умножения, деления, увеличения на единицу, уменьшения на единицу. Этим командам требуется один или два входных операнда. Формируют команды один выходной операнд.

Логические команды производят над операндами логические операции, например, логическое И, логическое ИЛИ, исключающее ИЛИ, очистку, инверсию, разнообразные сдвиги (вправо, влево, арифметический сдвиг, циклический сдвиг). Этим командам, как и арифметическим, требуется один или два входных операнда, и формируют они один выходной операнд.

Команды переходов предназначены для изменения обычного порядка последовательного выполнения команд. С их помощью организуются переходы на подпрограммы и возвраты из них, всевозможные циклы, ветвления программ, пропуски фрагментов программ. Команды переходов всегда меняют содержимое счетчика команд. Переходы могут быть условными и безусловными. Именно эти команды позволяют строить сложные алгоритмы обработки информации.

Вычислительные машины могут выполнять обработку информации в разных режимах:

- однопрограммном (монопольном);

- многопрограммном.

Где многопроцессорный режим, в свою очередь подразделяется на:

- диалоговый режим,

- режим реального времени.

Однопрограммный режим использования компьютера самый простой, применяется во всех поколениях компьютеров. Из современных машин этот режим чаще всего используется в персональных компьютерах, где он называется реальным режимом работы микропроцессора. В этом режиме все ресурсы ПК передаются одному пользователю.

Многопрограммный (многозадачный) режим обеспечивает расходование ресурсов компьютера. Для реализации этого режима необходимо, прежде всего разделение ресурсов машины в пространстве и во времени. Естественно, такое разделение ресурсов эффективно может выполняться только автоматически, следовательно, требуется автоматическое управление вычислениями.

Режим разделения времени характерен тем, что на машине действительно одновременно решается несколько задач, каждой из которых по очереди выделяются кванты времени, обычно недостаточные для полного решения задачи. Условием прерывания решения текущей задачи служит либо истечение кванта выделенного времени, либо обращение к процессору какого-либо приоритетного внешнего устройства, например клавиатуры для ввода информации.

Прерывание задачи от клавиатуры является типичным для диалогового режима работы ПК, представляющего собой частный случай режима разделения времени. Диалоговые режимы характерны для многопользовательских систем: они обеспечивают одновременную работу нескольких пользователей при решении задач в интерактивном режиме. В процессе решения задачи пользователь имеет возможность корректировать ход выполнения своего задания.

Глава 2 Пути развития персонального компьютера

2.1 История развитие ЭВМ

2.1.1 Эволюция поколений

Успехи в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ привели к появлению персональных ЭВМ (ПЭВМ), предназначенных для индивидуального обслуживания пользователя и ориентированных на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники. Все оборудование персональной ЭВМ размещается в пределах стола.

В развитии вычислительной техники можно выделить предысторию и четыре поколения электронных вычислительных машин. Впереди создание ЭВМ пятого поколения. Развитие ЭВМ, по-видимому, ярче всего отражает динамику научно-технического прогресса второй половины XX в.

ЭВМ первого поколения изготовлялись на основе вакуумных электронных ламп. Работа на ЭВМ производилась за пультом, где можно было видеть состояние каждой ячейки памяти и любого регистра.

Программы для ЭВМ первого поколения составлялись в машинных кодах в виде длинных последовательностей двоичных чисел. Занимались этим исключительно математики, выполнявшие на ЭВМ сложнейшие расчеты.

Первые ЭВМ имели наиболее простую и наглядную трехадресную систему команд. Трехадресная команда легко расшифровывалась и была удобна в использовании, но с ростом объемов ОЗУ ее длина становилась непомерно большой. Поэтому появились двухадресные машины, длина команды в которых сокращалась за счет исключения адреса записи результата. В таких ЭВМ результат операции оставался в специальном регистре и был пригоден для использования в последующих вычислениях.

В машине первого поколения реализованы основополагающие принципы построения компьютеров, такие как:

- наличие арифметико-логических, устройств ввода/вывода, памяти и управления;

- кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам;

- двоичная система счисления для кодирования чисел и команд;

- автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы;

- наличие как арифметических, так и логических операций;

- иерархический принцип построения памяти;

- использование численных методов для реализации вычислений.

Следующее, второе поколение ЭВМ появилось через 10 лет. В этих ЭВМ логические элементы реализовывались уже не на радиолампах, а на базе полупроводниковых приборов-транзисторов. Это позволило значительно увеличить надежность машин, сократить их размеры и потребление электроэнергии. Тем самым открылся путь для серийного производства ЭВМ.