ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.06.2021
Просмотров: 1836
Скачиваний: 5
31
Сверхоперативные ЗУ используются для хранения небольших объемов информации и имеют
значительно меньшее время (в 2 — 10раз) считывания/записи, чем основная память. СОЗУ обычно
строятся на регистрах и регистровых структурах.
Регистр представляет собой электронное устройство, способное хранить занесенное в него число
неограниченно долго (при включенном питании). Наибольшее распространение получили регистры на
статических триггерах.
По назначению регистры делятся на регистры хранения и регистры сдвига. Информация в
регистры может заноситься и считываться либо параллельно, сразу всеми разрядами, либо
последовательно, через один из крайних разрядов с последующим сдвигом занесенной информации.
Сдвиг записанной в регистр информации может производиться вправо или влево. Если регистр
допускает сдвиг информации в любом направлении, он называется
реверсивным.
Регистры могут быть объединены в единую структуру. Возможности такой структуры
определяются способом доступа и адресации регистров.
Если к любому регистру можно обратиться для записи/чтения по его адресу, такая регистровая
структура образует СОЗУ с произвольным доступом.
Безадресные регистровые структуры могут образовывать два вида устройств памяти:
магазинного типа и память с выборкой по содержанию (ассоциативные ЗУ).
Память магазинного типа образуется из последовательно соединенных регистров (рис. 5.2).
Рис.
5.2. Регистровая структура магазинного типа:
а -
типа FIFO;
б -
типа FILO
Если запись в регистровую структуру (рис. 5.2,
а)
производится через один регистр, а
считывание — через другой, то такая память является аналогом линии задержки и работает по
принципу «первым вошел — первым вышел» (FIFO — first input, first output).
Если же запись и чтение осуществляются через один и тот же регистр (рис. 5.2,
б),
такое
устройство называется
стековой памятью,
работающей по принципу «первым вошел — последним
вышел» (FILO — first input, last output). При записи числа в стековую память сначала содержимое стека
сдвигается в сторону последнего, К-го регистра (если стек был полностью заполнен, то число из К-го
регистра теряется), а затем число заносится в вершину стека — регистр 1. Чтение осуществляется тоже
через вершину стека, после того как число из вершины прочитано, стек сдвигается в сторону регистра 1.
1. Кэш 1-го уровня (Level 1 cache, или L1)
Кэш 1-го уровня, или первичный кэш, находится на плате центрального процессора и
используется для временного хранения команд и данных, организованных в блоки по 32 байта.
Первичный кэш — самая быстрая форма памяти. Поскольку он встраивается в чип, он обеспечивает
минимальную задержку интерфейса с АЛУ, однако ограничен в размере.
L1-кэш реализуется, используя принцип статической оперативной памяти (SRАМ) и
длительное время в среднем имел размер 16 Кбайт. SRАМ изготовляется по технологии, подобной
микропроцессору: фотогравирование кремния. Каждый бит SRАМ требует от четырех до шести
транзисторов, что и объясняет, почему SRАМ занимает намного больше места по сравнению с DRАМ,
который требует только один транзистор (плюс конденсатор).
32
Процессор Р55 Рentium ММХ, выпущенный в начале 1997 г., содержал кэш 1-го уровня,
увеличенный в размере до 32 Кбайт. Процессоры АМD К6 и Cyrix М2, вышедшие в том же году,
повысили ставку далее, обеспечивая объем кэша 1-го уровня уже в 64 Кбайт.
Современные процессоры, например Intel Core 2 Duo E4600 2.4 ГГц, обеспечивают такой же
объем кэша 1-го уровня, но в два раза больше, т.к. двухядерные.
2. Кэш 2-го уровня (Level 1 cache, или L1)
Кэш 2-го уровня (вторичный кэш) использует ту же самую логику управления, что и кэш 1-го
уровня, и также относится к типу SRAM.
Кэш 2-го уровня обычно имеет два размера — 256 или 512 Кбайт и помещается на системной
плате в гнезде типа Card Edge Low Profile (CELP) или в модуле «кэш-на-плате» («cache on a stick»,
СОАSТ). Последний напоминает SIММ, но немного короче и включает гнездо СОАSТ, которое обычно
расположено близко к процессору и напоминает слот РСI. В процессоре Pentium, однако, кэш 2-го
уровня помещался на чипе процессора непосредственно.
Цель кэша 2-го уровня состоит в том, чтобы поставлять сохраненную информацию на
процессор без какой-либо задержки (состояния ожидания). Для этой цели интерфейс шины процессора
имеет специальный протокол передачи, названный групповым (или пакетным) режимом (burst mode).
При этом обычно используется синхронный тип памяти, управляемой тактовым генератором ЦП. Цикл
пакета состоит из четырех передач данных, где на адресную шину выводится адрес только первых 64
бит. Обычно кэш 2-го уровня — это синхронная пакетно-конвейерная память (Pipelined Burst Static
RAM PB SRAM).
33
Тема 4 Периферийные устройства ЭВМ
Цель: рассмотреть назначение, состав и технические характеристики периферийного
оборудования ЭВМ.
План
1.
Периферийное оборудование ПЭВМ.
2.
1. Системы визуального отображения информации (видеосистемы)
3.
Средства ввода информации в ЭВМ.
4.
Клавиатура и графический манипулятор, назначение возможности и принцип работы.
5.
Средства отображения информации.
6.
Видеомонитор, назначение, принцип работы и его технические характеристики.
7.
НГМД, назначение, принцип работы и его технические характеристики.
8.
Принтер, назначение, принцип работы и его технические характеристики.
9.
Устройство ввода информации CD-ROM, назначение, принцип работы и его технические
характеристики.
Основная литература
8.
Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., Кириченко А.А.. Вычислительные системы, сети и
телекоммуникации: Учебник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика, 2005.
9.
Симонович С.В. и др. Информатика: Базовый курс. СПб.: Питер, 2005.
10.
Под ред. Макаровой Н.В.. Информатика: Учебник. 3-е перераб. изд. М.: Финансы и
статистика, 2004.
11.
Куртер Дж., Маркви А. Microsoft Office 2000: учебный курс. СПб.: Питер, 2003.
12.
Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. СПб.:
Питер, 2008.
13.
Мелехин В.Ф. Вычислительные машины, системы и сети. Издательский центр
«Академия», 2006.
14.
Горнец Н.Н., Рощин А.Г., Соломенцев В.В. Организация ЭВМ и систем. М.: Издательский
центр «Академия», 2005.
Дополнительная литература
13.
Калабеков Б.А. / Цифровые устройства и микропроцессорные системы / М.: Радио и связь, 2003.
14.
К. Айден, О. Колесниченко, М. Крамер, Х. Фибельман, И. Шищигин / Аппаратные средства
РС / С-П.:BHV, 2004.
15.
Бройдо Д.С., Ильина О.В. / Архитектура вычислительных машин и систем.
16.
Корнеев В.В. / Современные микропроцессоры. Изд.2 / М.:Нолидж, 2000.
17.
Марк Минаси / Модернизация и обслуживание ПК / Киев «Век+», Москва «Энтроп», 2000.
1.
Периферийное оборудование ПЭВМ.
Вычислительные машины, помимо процессоров и основной памяти (образующих ее ядро),
содержат многочисленные периферийные устройства (ПУ): ВЗУ и УВВ.
Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется
операцией ввода, а
передача из ЭВМ в ПУ —
операцией вывода.
Производительность и эффективность ЭВМ определяются не только возможностями ее
процессора и характеристиками ОП, но и составом ПУ, их техническими данными и способами
организации их совместной работы с ЭВМ.
При разработке систем ввода-вывода ЭВМ особое внимание обращается на решение следующих
проблем:
• должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом
оборудования (машин с переменной конфигурацией), в первую очередь с различным набором
периферийных устройств, с тем чтобы пользователь мог выбирать состав оборудования
34
(конфигурацию) машины в соответствии с ее назначением, легко дополнять машину новыми
устройствами;
• для эффективного и высокопроизводительного использования оборудования в ЭВМ должны
реализовываться одновременная работа процессора над программой и выполнение
периферийными устройствами процедур ввода-вывода;
• необходимо упростить для пользователя и стандартизовать программирование операций
ввода-вывода, обеспечить независимость программирования ввода-вывода от особенностей того
или иного •периферийного устройства;
• необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие
ситуаций, возникающих в ПУ (готовность устройства, отсутствие носителя, различные
нарушения нормальной работы и др.).
Первый шаг в совершенствовании структуры ЭВМ с целью повышения производительности был
сделан при разработке второго поколения ЭВМ, когда впервые была обеспечена автономность внешних
устройств. Сначала она была необходима для согласования скорости работы устройств ЭВМ.
Однако автономность потребовала проведения проверок исправности устройств при каждом
обращении к ним. Появилась определенная технология обращения к автономным внешним устройствам
— интерфейс.
Когда эту технологию унифицировали, появилось понятие стандартного интерфейса.
Стандартизация интерфейсов ввода-вывода привела к возможности гибко изменять
конфигурацию вычислительных машин (количество и состав внешних устройств, расширять комплект
ЭВМ за счет подключения новых устройств).
Затем появилась концепция виртуальных устройств, позволяющая совмещать различные типы
ЭВМ, операционные системы. Совместимость распространилась и на работу машин разной
конфигурации (можно использовать соответствующее программное обеспечение и при физическом
отсутствии необходимых устройств).
Изменилась и технология работы — при отсутствии печатающих устройств файлы направлялись
в виртуальное устройство, где и накапливались, а реально распечатывались на другой машине.
Дальнейшее совершенствование интерфейсов потребовалось при решении специфических задач:
новые внешние устройства (сканеры) позволяли вводить текст в графическом виде, а обрабатывать его
надо было в символьном виде. Поэтому возникла необходимость в системах распознавания,
идентификации, преобразования из графического формата в символьный.
При анализе снимков из космоса появилась необходимость автоматической классификации
наблюдаемых объектов, самообучения распознающей программы, анализа сцен.
Все это стимулировало развитие специального математического аппарата в интерфейсах.
Необходимость вывода информации различными шрифтами привела к изменению технологии
вывода, связанной с применением TrueType-шрифтов, масштабированием матричных и векторных
изображений, преобразованием векторных символов в матричные.
В
о внешние устройства стали встраивать свою основную память, объем которой должен
обеспечивать вывод целой страницы (например, текста) при плотности 600 точек/дюйм — этот объем
превышает иногда объем основной памяти ЭВМ.
Необходимость пересчета при преобразовании векторных шрифтов в матричные привела к
необходимости включить в состав устройств отображения информации специальные графические
процессоры матричной архитектуры, в качестве которых часто используются транспьютеры.
При создании автоматизированных рабочих мест появилась необходимость подключения к ЭВМ
аудиовизуальной аппаратуры — телекамер, видеомагнитофонов, фотокамер, аудиоустройств. На этой
основе образовался специальный аппаратный комплекс, называемый
анимационной линейкой.
Из-за
технической несовместимости необходимой для таких комплексов аппаратуры потребовались
программные и аппаратные преобразователи сигналов, специальные средства сопряжения.
При разработке пятого поколения ЭВМ была заложена интеллектуализация общения: речевой
ввод и вывод; графический ввод; ввод текстовой информации без клавиатуры; естественно-языковое
общение; общение на разных естественных языках.
Все это и явилось основой для совершенствования систем, обеспечивающих связь ЭВМ с
периферийными устройствами.
В общем случае для организации и проведения обмена данными между двумя устройствами
требуются специальные средства:
35
• специальные управляющие сигналы и их последовательности;
• устройства сопряжения;
• линии связи;
• программы, реализующие обмен.
Весь этот комплекс линий и шин, сигналов, электронных схем, алгоритмов и программ,
предназначенный для осуществления обмена информацией, называется
интерфейсом.
В зависимости от типа соединяемых устройств различаются:
• внутренний интерфейс ЭВМ (например, интерфейс системной шины, НМД), предназначенный
для сопряжения элементов внутри системного блока ПЭВМ;
• интерфейс ввода-вывода — для сопряжения различных устройств с системным блоком
(клавиатурой, принтером, сканером, мышью, дисплеем и др.);
• интерфейсы межмашинного обмена (для обмена между разными машинами) — для
сопряжения различных ЭВМ (например, при образовании вычислительных сетей);
• интерфейсы «человек — машина» — для обмена информацией между человеком и ЭВМ.
Для каждого интерфейса характерно наличие специального аппаратного комплекса (рис. 6.1).
Характер использования этого аппаратного комплекса определяется технологией обмена,
установленным церемониалом, идеологией данного интерфейса, протоколом общения.
Особое место занимает человеко-машинный интерфейс, реализующий специфические методы
организации общения. Например, церемониал человеко-машинного общения предусматривает
«дружественность пользователю», которая может обеспечиваться техническими средствами,
программами и технологией общения.
Если интерфейс обеспечивает обмен одновременно всеми разрядами передаваемой
информационной единицы (чаще всего — байта или машинного слова), он называется
параллельным
интерфейсом.
Внутренний интерфейс ЭВМ всегда делается параллельным или последовательно-параллельным
(если одновременно передается не вся информационная единица, а ее часть, содержащая несколько
двоичных разрядов: например, i8088 обеспечивает побайтовый, a 80386SX — двухбайтовый обмен
через системную магистраль, тогда как основная информационная единица — машинное слово — имеет
длину: у 8086 — 2 байта, а у 80386 — 4 байта).
Интерфейсы межмашинного обмена обычно последовательные, т.е. в них обмен информацией
производится по одному биту, последовательно.
Для параллельного и последовательно-параллельного интерфейса необходимо, чтобы участники
общения были связаны многожильным интерфейсным кабелем (количество жил не меньше числа
одновременно передаваемых разрядов — бит). В последовательных интерфейсах участники общения
связываются друг с другом одно-двух-проводной линией связи, световодом, коаксиальным кабелем,
радиоканалом.
В зависимости от используемых при обмене программно-технических средств интерфейсы
ввода-вывода делятся на два уровня: физический и логический (рис. 6.2).