Уровни архитектуры вычислительной системы.

0 - Цифровой логический уровень. На этом уровне объекты называются вентилями. У каждого вентиля есть несколько входных каналов для цифровых входных данных сигналов 0 или 1. Каждый вентиль формируется из нескольких транзисторов. Несколько вентилей формируют 1 бит памяти. Биты объединены в группы 16, 32, 64 бита формируют регистры.

1 - Микроархитектурный. На этом уровне видим совокупности 8 или 32 регистров, они формируют локальную сеть и схему арифметико-логического устройства (АЛУ). Она выполняет простые арифметические операции. Микропрограмма- это интерпретатор для команд на 2 ур. Иногда она контролирует тракт данных. Микропрога вызывает команды из памяти на выполнение и решает одну за другой

2 - уровень архитектуры системы команд и уровень аппаратуры команд обычно явл гибридным. Особенности уровня: Набор новых команд, другая организация памяти, способность выполнять 2 и более прог одновременно.

3 - Уровень ОС. Новые средства появившиеся на этом уровне выполн интерпретатором, который работает на 2м уровне. Этот интерпретатор - ОС. Команды 3 ур идентичны командам 2 и только одна часть выполн микропрогой или аппаратным обеспеч, а другая ОС.

3. Архитектура ЭВМ как часть архитектуры вычислительной системы.

Принципы построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре. Архитектура электронной вычислительной машины, построенной на принципах Фон Неймана. Важной составной частью архитектуры ЭВМ является система команд.

4. Структура типового микропроцессора

Центральным устройством системы является микропроцессор. Микропроцессор (МП) - функционально законченное устройство обработки информации, управляемый командами программы, которые поочередно поступают из запоминающего устройства МП-системы.

Конструктивно МП представляет собой одну (однокристальный МП) или несколько (многокристальный МП, многокристальный секционный МП) больших или сверхбольших интегральных схем. который содержит обычно элементы размещения данных, называемые регистрами, и устройство счета, называемое арифметико-логическим устройством (АЛУ). Центральное устройство содержит также цепь декодирования команд и секцию управления и синхронизации. Оно снабжено также необходимыми соединениями с устройством ввода/вывода.

5. Классификация микропроцессоров.

По области применения определилось три направления развития микропроцессоров:

1. микроконтроллеры

2. универсальные микропроцессоры

3. сигнальные микропроцессоры

По внутренней структуре существует два основных принципа построения микропроцессоров:

1. Гарвардская архитектура

2. Архитектура Фон-Неймана

По системе команд микропроцессоры отличаются огромным разнообразием, зависящим от фирмы-производителя. Тем не менее можно определить две крайние политики построения микропроцессоров:

1. Аккумуляторные микропроцессоры

2. Микропроцессоры с регистрами общего назначения

В Гарвардской архитектуре принципиально различаются два вида памяти:

1. Память программ

2. Память данных

6. Система исчисления. Основные понятия и определения.

Система счисления — символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков.

Цифра - символ, необходимый для записи чисел. Наподобие букв, которые служат для записи слов.

Число служит мерой,определяет количество чего-либо. Число записывается комбинацией цифр. Например, число 25 (комбинация цифр "2" и "5").

Позиционные системы счисления - системы счисления, где позиция цифры влияет на ее значение. Например, "3" - три, "30"- тридцать,"300" - триста. В зависимости от своего положения (единицы,десятки,сотни) цифра "3" дает разные числовые значения.

Основание системы счисления - количество цифр, которые используются в системе счисления. Например, в десятичной системе счисление основание равно 10.

Наиболее часто в информатике используются системы счисления: двоичная, восьмеричная, шестнадцатиричная.

7. Позиционные системы счисления.

Позиционная систе́ма счисле́ния (позиционная нумерация) — система счисления, в которой значение каждого числового знака (цифры) в записи числа зависит от его позиции (разряда).

Число единиц какого-либо разряда, объединяемых в единицу более старшего разряда, называют основанием позиционной системы счисления. Если количество таких цифр равно P, то система счисления называется P-ичной. Основание системы счисления совпадает с количеством цифр, используемых для записи чисел в этой системе счисления.

8. Непозиционные системы счисления.

В непозиционных системах счисления величина, которую обозначает цифра, не зависит от положения в числе. При этом система может накладывать ограничения на положение цифр, например, чтобы они были расположены в порядке убывания.

Примером непозиционной системы счисления служит римская система, в которой вместо цифр используются латинские буквы.

Например: Число 242 можно записать ССXLII (т.е. 100+100+(50-10) +1+1).

I V X L C D M

1 5 10 50 100 500 1000

9. Перевод чисел в десятичную систему счисления.

Перевод числа из двоичной системы в десятичную.

Возьмем любое двоичное число, например 10,112. Запишем его в развернутой форме и произведем вычисления:

10,11 = 1 × 2 + 0 × 2 + 1 × 2 + 1 × 2 = 1 × 2 + 0 × 1 + 1 × 1/2 + 1 × 1/4 = 2,75.

Перевод чисел из восьмеричной системы в десятичную.

Возьмем любое восьмеричное число, например 67,58. Запишем его в развернутой форме и произведем вычисления:

67,5 = 6 × 8 + 7 × 8 + 5 × 8 = 6 × 8 + 7 × 1 + 5 × 1/8 = 55,625.

Перевод чисел из шестнадцатеричной системы в десятичную.

Возьмем любое шестнадцатеричное число, например 19F16. Запишем его в развернутой форме (при этом необходимо помнить, что шестнадцатеричная цифра F соответствует десятичному числу 15) и произведем вычисления:

19F = 1 × 16 + 9 × 16 + F × 16 = 1 × 256 + 9 × 16 + 15 × 1 = 415.

10. Перевод целых десятичных чисел в недесятичную систему.

Целая часть

2. Последовательно делить целую часть десятичного числа на основание, пока десятичное число не станет равно нулю.

1. Полученные при делении остатки являются цифрами нужного числа. Число в новой системе записывают, начиная с последнего остатка/

алгоритм Евклида заключается в следующем:

Пример. Перевести 25 в 2-ю систему счисления (делим столбиком на 2)

11. Перевод правильных дробей из десятичной системы счисления в недесятичную.

1. Дробную часть десятичного числа умножаем на основание системы, в которую требуется перевести. Отделяем целую часть. Продолжаем умножать дробную часть на основание новой системы, пока она не станет равной 0.

2. Число в новой системе составляют целые части результатов умножения в порядке, соответствующем их получению.

12. Двоичная арифметика.

Двоичная арифметика включает в себя арифметические действия над двоичными числами. Правила выполнения арифметических действий над двоичными числами задаются таблицами двоичного сложения, вычитания и умножения:

13. Коды чисел.

Прямой код (представление в виде абсолютной величины со знаком) двоичного числа – это само двоичное число, в котором все цифры, изображающие его значение, записываются как в математической записи, а знак числа записывается двоичной цифрой.

Обратный код положительного числа совпадает с прямым, а при записи отрицательного числа все его цифры, кроме цифры, изображающей знак числа, заменяются на противоположные (0 заменяется на 1, а 1 – на 0).

Дополнительный код (представление в виде дополнения до двойки) положительного числа совпадает с прямым, а код отрицательного числа образуется как результат увеличения на 1 его обратного кода.

14. Особенности сложения чисел в обратном коде.

Сложение чисел в обратном коде выполняется с использованием обычного правила арифметического сложения многоразрядных чисел. В обратном коде, операция вычитания заменяется операцией сложения. При этом знаковый разряд и цифровая часть числа рассматриваются как единое целое. Правильный знак суммы получается в результате суммирования цифр знаковых разрядов операндов и единицы переноса из цифровой части, если она есть. Характерной особенность сложения в обратном коде является наличие циклического переноса (если он возникает) из знакового разряда в младший разряд цифровой части, благодаря которому осуществляется коррекция суммы на 2-n.

1) А›0, В›0, С›0.

А=+0,101101 В=+0,000111

А_пр=0,101101 В_пр=0,000111

А_ок=0,101101 В_ок=0,000111 С_ок=А_ок+В_ок

₊0,101101

0,000111

0,110100

15. Особенности сложения чисел в дополнительном коде.

В дополнительном коде операция вычитания заменяется операцией алгебраического сложения. При этом знаковый разряд и цифровая часть числа рассматриваются как единое целое, в результате чего с отрицательными числами машина оперирует как с неправильными дробями. Правильный знак суммы получается автоматически в процессе сложения содержимого знаковых разрядов операндов и единицы переноса из цифровой части, если она есть.

1) А›0, В›0, С›0.

А=+0,101101 В=+0,000111

А_пр=0,101101 В_пр=0,000111

А_дк=0,101101 В_ДК=0,000111 С_дк=А_дк+В_дк

₊0,101101

0,000111

0,110100

16. Модифицированный обратный код.

Существо модифицированных кодов состоит в том, что к знаковому разряду добавляется ещё один разряд:

" + " ставится в соответствие 00

" – " ставится в соответствие 11

Модифицированный обратный код

а) [X]_мок = 00.101 ₊00.101

[Y]_мок = 00.111 00.111

[S]_мок = 01.100 – положительное переполнение

17. Модифицированный дополнительный код.

Модифицированный дополнительный код:

а) [X]_мдк = 00.101 ₊00.101[Y]_мдк = 00.111 00.111[S]_мдк = 01.100 – положительное переполнение

18. Формы представления чисел в ЭВМ.

В вычислительных машинах применяются две формы представления чисел:

§ естественная форма или форма с фиксированной запятой (точкой);

§ нормальная форма или форма с плавающей запятой (точкой);

Указанные коды двоичных чисел - это образы чисел, которые и воспринимают вычислительные устройства. Каждому двоичному числу можно поставить в соответствие несколько видов кодов.

Существуют следующие коды двоичных чисел:

§ Прямой код;

§ Обратный код;

§ Дополнительный код.

19. Числа с фиксированной точкой.

Число с фиксированной запятой — формат представления вещественного числа в памяти ЭВМ в виде целого числа. При этом само число x и его целочисленное представление x′ связаны формулой:

где z — цена (вес) младшего разряда

Простейший пример арифметики с фиксированной запятой — перевод рублей в копейки. В таком случае, чтобы запомнить сумму 12 рублей 34 копейки, мы записываем в ячейку памяти число 1234.

20. Числа с плавающей точкой.

Число с плавающей запятой — форма представления действительных чисел, в которой число хранится в форме мантиссы и показателя степени. При этом число с плавающей запятой имеет фиксированную относительную точность и изменяющуюся абсолютную. Наиболее часто используемое представление утверждено в стандарте IEEE 754. Реализация математических операций с числами с плавающей запятой в вычислительных системах может быть как аппаратная, так и программная.

21. Основные характеристики запоминающих устройств.

Основные характеристики запоминающих устройств:

· Емкость – показатель, определяющий количество данных, которые на нем можно хранить. Сегодня существуют жесткие диски емкостью более 4000 ГБ. Максимальные показатели SSD более низкие. Нужно учитывать, что при маркировке емкости запоминающих устройств, производители используют величины, кратные не 1024 (как обычно принято), а 1000. То есть винчестер, емкость которого согласно маркировки равна 500 ГБ, на самом деле сможет хранить не более 465 ГБ информации.

· Интерфейс – совокупность линий связи, которыми запоминающее устройство подсоединяется к материнской плате компьютера. Каждый тип интерфейса имеет свои особенности и скорость передачи данных. Наиболее распространенным на данный момент является интерфейс SATA. Более старый PATA пока также встречается часто.

· Форм-фактор, а иначе говоря физический размер запоминающего устройства, измеряется в дюймах. Классический жесткий диск имеет форм-фактор 3,5 дюйма. В ноутбуках, нетбуках и других портативных устройствах чаще всего используются запоминающие устройства 2,5 либо 1,8 дюйма, хотя встречаются и другие варианты.

· Время произвольного доступа (RAT, random access time) – этот показатель имеет значение только при выборе жестких дисков (для SSD не актуально) и обозначает средний промежуток времени, за который устройство осуществляет позиционирования головки на нужный участок магнитной пластины. Этот параметра в современных устройств варьирует в пределах 2,5 - 16 мс (чем меньше, тем лучше).

· Скорость вращения шпинделя – количество оборотов магнитных пластин жесткого диска за 1 минуту (для SSD не актуально). От этого показателя напрямую зависит производительность устройства (чем выше, тем лучше), а также его энергопотребление, степень вибрации и шума (чем ниже, тем лучше). Здесь важен баланс: для стационарных компьютеров лучше выбрать более быстрый носитель, для портативного – более экономичный и тихий. Скорость вращения шпинделя современных жестких дисков может варьировать от 4200 до 15000 оборотов в минуту.

· Объём буфера — специальной внутренней быстрой памяти диска, используемой для временного хранения данных с целью сглаживания перебоев при чтении и записи информации на носитель и ее передачи по интерфейсу. В современных запоминающих устройствах буфер может достигать размеров до 64 МБ. Чем этот показатель больше, тем лучше.

22. Классификация запоминающих устройств по функциональному назначении.

1. Оперативная память. Процессор компа может работать только с данными, которые находятся в оперативке. Данные считываются для обработки, чем больше данных – тем больше инфы запоминает комп. Все содержимое удаляется при выкл компа. Объем памяти измеряется в КБ, МБ, ГБ. Оперативка это то же ОЗУ.

2. Постоянная память. Она используется только компом, в ней хранится ПО. Инфу в постоянной памяти нельзя изменить – она использ. только для чтения. Эта инфа всегда лежит в компе. Память только для чтения – ROM, и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

3. Видеопамять. Монитор показывает изображение формулируемое с процессором компа. Монитор имеет спец память – видеопамять. Монитор, для каждой точки на своем дисплее, записывает цвет изображения. Размер видеопамяти зависит от способности разрешения монитора выводить цвета.

4. Кэшпамять. Это вид промежуточной памяти, где кратковременно сохран те данные и команды, которые нужны для текущей работы процессора. Преимущества – быстрая доступность данных. Создается на основе SRAM и предназначена для оптимизации работы процессора.

5. Виртуальная память. ОС помогают компу увеличить оператив память до размеров больше фактической емкости. Они используют дополнительно часть жесткого диска виртуально. В кач-ве оперативки для текущей обработки данных.

6. Внешняя память. Чтобы надежно сохр данные на компе нужны средства сохр инфы. Обычно хватает ЖД или флешек, но для больших объемов требуются: Сменные диски и компакт диски.

23. Регистровые запоминающие устройства.

Комп взаимодействует с памятью 2 способами: Через порт с пословной адресацией и байтовой адресацией. Порт с пословной адресацией управляется 2я регистрами: MAR (Memory Adress Register) – память адреса регистра. MDR (Memory Data Register) – информационный регистр памяти. Порт с байтовой адресацией управляется регистрами PC, который записывает 1 байт в 8 младши разрядов регистра MBR (Memory Buffer Register) – буферный регистр памяти. Все регистры запускаются одним из сигналов управления.

24. Буферные запоминающие устройства.

(БЗУ), промежуточный накопитель информации, - блок, согласующий во времени обмен данными между устройствами с разл. быстродействием, например внеш. и оперативным запоминающими устройствами, работающими совместно друг с другом или с внеш. объектами. БЗУ позволяет компенсировать различие скоростей выдачи и приёма информации. Для БЗУ характерно наличие независимых каналов приёма и выдачи информации, различные время и частота обращения. Наиболее важным параметром БЗУ является время обращения при записи как условие сохранения поступающей информации.

25. Служебные запоминающие устройства.

Еще одним (внутренним) уровнем памяти являются служебные ЗУ. Они могут иметь различное назначение. Одним из примеров таких устройств являются ЗУ микропрограмм, которые иногда называют управляющей памятью. Другим – вспомогательные ЗУ, используемые для управления многоуровневой памятью. В управляющей памяти, использующейся в ЭВМ с микропрограммным управлением, хранятся микропрограммы выполнения команд процессора, а также различных служебных операций. Вспомогательные ЗУ для управления памятью (например, теговая память, используемая для управления кэш-памятью, буфер переадресации TLB – translation location buffer) представляют собой различные таблицы, используемые для быстрого поиска информации в разных ступенях памяти, отображения ее свойств, очередности перемещения между ступенями и пр.Емкости и времена обращения к таким ЗУ зависят от их назначения. Обычно – это небольшие (до нескольких Кбайт), но быстродействующие ЗУ. Специфика назначения предполагает недоступность их командам

26. Оперативная память.

Оперативная память — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операции. Обязательным условием является адресуемость (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес) памяти. Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится: непосредственно, либо через сверхбыструю память, 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии кэша — через него. Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение, то есть, компьютер включён. Пропадание на модулях памяти питания, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному уничтожению данных в ОЗУ. Энергосберегающие режимы работы материнской платы компьютера позволяют переводить его в режим «сна», что значительно сокращает уровень потребления компьютером электроэнергии. Для сохранения содержимого ОЗУ в таком случае, применяют запись содержимого оперативной памяти в специальный файл (в системе Windows XP он называется hiberfil.sys).В общем случае, оперативная память содержит данные операционной системы и запущенных на выполнение программ, поэтому от объёма оперативной памяти зависит количество задач, которые одновременно может выполнять компьютер. Оперативное запоминающее устройство, ОЗУ — техническое устройство, реализующее функции оперативной памяти. ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию, например однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

27.Дополнительная память.

Дополнительная память (англ. Extended memory, XMS) — память за пределами первого мегабайта адресного пространства IBM PC-совместимого компьютера с процессором Intel 80286 или более поздним. На компьютерах, совместимых с архитектурой x86, дополнительная память может использоваться только с процессорами не ниже Intel 80286. Это обусловлено их способностью адресовать более одного мегабайта памяти. Младшие модели процессоров Intel 8086/8088 не могут непосредственно адресовать более одного мегабайта. Для этого применялось специальное устройство страничной адресации через окно, находящееся в пределах первого мегабайта адресного пространства. В реальном режиме дополнительная память доступна только через интерфейс XMS (Extended Memory Specification), HMA, UMB или интерфейс расширенной памяти (EMS). И только приложения, работающие в защищённом режиме, могут использовать дополнительную память непосредственно. Extended Memory Specification (XMS) — спецификация дополнительной памяти, предполагает использование дополнительной памяти в реальном режиме только для хранения данных (но не для выполнения кода программы). Память становится доступной благодаря использованию менеджера дополнительной памяти (eXtended Memory Manager, XMM), такого, как, например, HIMEM.SYS. Функции XMM вызываются через прерывание 2Fh. XMS не должна вызывать проблем совместимости ни с чем, в том числе и с EMS.

28. Запоминающие устройства, принадлежащие отдельным функциональным блокам компьютера.

В состав памяти ЭВМ входят также ЗУ, принадлежащие отдельным функциональным блокам компьютера. Формально эти устройства непосредственно не обслуживают основные потоки данных и команд, проходящие через процессор. Их назначение обычно сводится к буферизации данных, извлекаемых из каких-либо устройств и поступающих в них. Типичным примером такой памяти является видеопамять графического адаптера, которая используется в качестве буферной памяти для снижения нагрузки на основную память и системную шину процессора. Другими примерами таких устройств могут служить буферная память контроллеров жестких дисков, а также память, использовавшаяся в каналах (процессорах) ввода-вывода для организации одновременной работы нескольких внешних устройств. Емкости и быстродействие этих видов памяти зависят от конкретного функционального назначения обслуживаемых ими устройств. Для видеопамяти, например, объем может достигать величин, сравнимых с оперативными ЗУ, а быстродействие – даже превосходить быстродействие последних.

29. Жесткие диски.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД жёсткий диск, в компьютерном сленге «винче́стер» — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров. В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферримагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм[1]), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков. Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации. Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники.

30. Внешние запоминающие устройства.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для долговременного хранения информации и могут использоваться и как устройства ввода, и как устройства вывода. ВЗУ по сравнению с ОЗУ имеют гораздо больший объем памяти, но существенно меньшее быстродействие.

Накопитель состоит из двух частей:

Носитель – устройство, на котором хранится информация.

Привод – устройство, предназначенное для считывания информации с носителя и записи информации на носитель.

31. Классификация запоминающих устройств по принципу организации

Особенности организации ЗУ определяются, в первую очередь, используемыми технологиями, логикой их функционирования, а также некоторыми другими факторами. Эти особенности и соответствующие разновидности ЗУ перечисляются ниже:

1. По функциональным возможностям ЗУ можно разделять:

- на простые, допускающие только хранение информации;

- многофункциональные, которые позволяют не только хранить, но и перерабатывать хранимую информацию без участия процессора непосредственно в самих ЗУ [2].

Подход, используемый во второй группе ЗУ, в принципе, позволяет создать производительные системы с параллельной обработкой данных. В частности, похожие подходы используются в различных частях видеотракта компьютера.

2. По возможности изменения информации различают ЗУ:

- постоянные (или с однократной записью);

- односторонние (с перезаписью или перепрограммируемые);

- двусторонние.

В постоянных ЗУ (ПЗУ) информация заносится либо при изготовлении, либо посредством записи (или, как иначе называют эту процедуру, программирования или прожига), которая может быть выполнена только однократно. В ходе такой записи изменяется сам носитель информации, например, пережигаются проводники в микросхемах ПЗУ или формируются лунки в отражающем слое CD-ROM.

Односторонними называют ЗУ, которые имеют существенно различные времена записи и считывания информации. Наиболее распространенными типами таких ЗУ являются перепрограммируемые постоянные ЗУ или компакт-диски с перезаписью – CD-RW. Время записи в устройствах этих типов значительно превышает время считывания информации.

К односторонним ЗУ можно отнести и ЗУ на приборах с зарядовой связью (ПЗС), в которых время записи (формирования изображения), вообще говоря, заметно меньше времени считывания (передачи изображения).

Двусторонние ЗУ имеют близкие значения времен чтения и записи. Типичными представителями таких ЗУ являются оперативные ЗУ и ЗУ на жестких дисках.

3. По способу доступа различают ЗУ:

- с адресным доступом;

- с ассоциативным доступом.

При адресном доступе для записи или чтения место расположения информации в ЗУ определяется ее адресом. Логически адрес может иметь различную структуру. На пересечении заданных строки и столбца находится искомая информация (см. рис.1). В ЗУ на магнитных дисках адрес может представлять собой либо комбинацию номеров цилиндра, головки и сектора (так называемая CHS-геометрия), либо логический номер. сектора (LBA-адресация).

4. По организации носителя различают ЗУ:

- с неподвижным носителем;

- с подвижным носителем.

5. По возможности смены носителя ЗУ могут быть:

- с постоянным носителем;

- со сменным носителем.

В ЗУ первого вида носитель является частью самого устройства и не может быть извлечен из него в процессе нормального функционирования (оперативные ЗУ, жесткие диски).

В ЗУ второй группы носитель не является собственной частью устройства и может устанавливаться в ЗУ и извлекаться из него в процессе работы (гибкие диски, CD-ROM-дисководы, карты памяти, магнито-оптические диски).

6. По способу подключения к системе ЗУ делятся:

- на внутренние (стационарные);

- внешние (съемные).

В первом случае ЗУ, как правило, является обязательным компонентом вычислительной системы, устанавливается в корпусе системы (например, оперативная память) или интегрируется с другими ее компонентами (например, кэш-память).

Во втором случае устройство подключается к системе дополнительно и представляет собой отдельный блок. Подключение (и отключение) таких ЗУ, в зависимости от особенности их реализации, может производиться как при выключенной системе –

7. По количеству блоков, образующих модуль или ступень памяти, можно различать:

- одноблочные ЗУ;

- многоблочные ЗУ.

в многоблочное ЗУ входят блоки (или банки памяти), допускающие возможность параллельной работы. В этом случае за счет одновременной работы блоков можно повысить общую производительность модуля (ступени) ЗУ, иначе называемую его пропускной способностью и измеряемую количеством информации, которое модуль может записать или считать в единицу времени.

32. Классификация запоминающих устройств по функциональным возможностям.

По функциональным возможностям ЗУ можно разделять:

- на простые -допускающие только хранение информации;

- многофункциональные, которые позволяют не только хранить, но и перерабатывать хранимую информацию без участия процессора непосредственно в самих ЗУ.

33. Классификация запоминающих устройств по возможности изменения информации.

По возможности изменения информации различают ЗУ:

- постоянные (или с однократной записью);

- односторонние (с перезаписью или перепрограммируемые);

- двусторонние.

В постоянных ЗУ (ПЗУ) информация заносится либо при изготовлении, либо посредством записи (или, как иначе называют эту процедуру, программирования или прожига), которая может быть выполнена только однократно. В ходе такой записи изменяется сам носитель информации, например, пережигаются проводники в микросхемах ПЗУ или формируются лунки в отражающем слое CD-ROM.

Односторонними называют ЗУ, которые имеют существенно различные времена записи и считывания информации. Наиболее распространенными типами таких ЗУ являются перепрограммируемые постоянные ЗУ или компакт-диски с перезаписью – CD-RW. Время записи в устройствах этих типов значительно превышает время считывания информации.

К односторонним ЗУ можно отнести и ЗУ на приборах с зарядовой связью (ПЗС), в которых время записи (формирования изображения), вообще говоря, заметно меньше времени считывания (передачи изображения).

34. Классификация запоминающих устройств по способу доступа.

. По способу доступа различают ЗУ:

- с адресным доступом;

- с ассоциативным доступом.

При адресном доступе для записи или чтения место расположения информации в ЗУ определяется ее адресом. Логически адрес может иметь различную структуру. Например, в оперативных ЗУ адрес представляет собой двоичный код, одна часть разрядов которого указывают строку матрицы элементов памяти, а другая – столбец этой матрицы. В ЗУ на магнитных дисках адрес может представлять собой либо комбинацию номеров цилиндра, головки и сектора (так называемая

CHS-геометрия), либо логический номер сектора (LBA-адресация).

При этом, в зависимости от того, как именно срабатывает механизм доступа, различают следующие виды адресного доступа:

- произвольный;

- прямой (циклический);

- последовательный

Термин “память с произвольным доступом” (random access memory – RAM) применяют к ЗУ, в которых выбор места хранения информации производится непосредственным подключением входов и выходов элементов памяти (через буферы, усилители и логические элементы) к входным и выходным шинам ЗУ. Это наиболее быстрый вид адресного доступа, применяемый в оперативных ЗУ и кэш-памяти.

При прямом (циклическом) доступе непосредственной коммутации связей оказывается недостаточно. В таких ЗУ обычно происходит еще и перемещение данных относительно механизма чтения/записи.

При ассоциативном доступе место хранения информации при чтении и записи определяется не адресом, а значением некоторого ключа поиска. Каждое записанное и хранимое в ассоциативной памяти слово имеет поле ключа. Значение этого ключа сравнивается со значением ключа поиска при чтении данных из памяти. В случае совпадения сравниваемых значений информация считывается из памяти.

35. Классификация запоминающих устройств по организации носителя.

По организации носителя различают ЗУ:

- с неподвижным носителем;

- с подвижным носителем.

В первых из них носитель механически неподвижен в процессе чтения и записи информации, что имеет место, например, в оперативных и кэш ЗУ, твердотельных дисках, ЗУ с переносом зарядов и др.Для ЗУ второй группы чтение и запись информации сопровождаются механическим перемещением носителя, что обычно имеет место в различных ЗУ с магнитной записью, например в жестких и гибких дисках. Однако, возможны и иные варианты. Например, фирмой IBM разрабатывается ЗУ с механическим перемещением записывающих и считывающих элементов (микроигл) и неподвижным носителем информации (пластиковой пленкой).

36. Классификация запоминающих устройств по возможности смены носителя.

По возможности смены носителя ЗУ могут быть:

- с постоянным носителем;

- со сменным носителем.

37. Классификация запоминающих устройств по способу подключения.

По способу подключения к системе ЗУ делятся:

- на внутренние (стационарные);

- внешние (съемные).

38. Классификация запоминающих устройств по количеству блоков.

По количеству блоков, образующих модуль или ступень памяти, можно различать:

- одноблочные ЗУ;

- многоблочные ЗУ.

39.Системы памяти: классификация, критерии оценки.

Особенности построения систем памяти могут затрагивать их структуру, принципы функционирования, логического взаимодействия и другие аспекты. К основным классификационным признакам систем памяти можно отнести следующие:

Среди многоуровневых СП иногда выделяют системы с одним или несколькими исполнительными уровнями, т.е. уровнями, непосредственно доступными процессору. Широко известным примером такой системы является память ПЭВМ, в которой процессор имеет непосредственный доступ как к кэш памяти, так и к оперативной памяти.

2. Характер связей между уровнями. Связи между уровнями системы памяти, допускающие обмен информацией между ними, определяют допустимые потоки данных в системе и ее структуру. По характеру связей можно выделить:

- централизованные СП, в которых обмен информацией между ЗУ различных уровней осуществляется через какое-либо одно ЗУ, обычно через оперативную память;

- линейные СП, в которых обмен информацией возможен только между смежными уровнями системы (например, кэш – оперативная память – жесткие диски);

- смешанные СП, обладающие связями, характерными как для централизованных, так и для линейных СП (например, кэш – оперативная память – жесткий диск и CD ROM, имеющие одинаковые связи с оперативной памятью);

- СП со структурой полного графа, включающие в себя устройства, позволяющие устанавливать связи для обмена информацией между двумя любыми уровнями. Эти системы могут различаться по способу реализации таких связей на магистральные, в которых одна или большее количество шин разделяются во времени между всеми подключенными к ним устройствами, и матричные, имеющие коммутационную матрицу.

3. Тип разбиения адресного пространства памяти. Обычно память разделяется на логические блоки для упрощения управления ею. Поддержка такого разбиения обеспечивается аппаратной частью.

Различают системы памяти:

- без разделения поля памяти на блоки;

- со страничной памятью, адресное пространство которых разделено на участки одинакового размера, называемые страницами;

- с сегментированием памяти, в которых память разделяется на сегменты, размер которых жестко не задается;

- с двухуровневым (странично-сегментным) разделением поля памяти.

4. Количество обслуживаемых системой памяти процессоров – признак, по которому различают СП однопроцессорных и многопроцессорных ЭВМ и систем.

5. Порядок обслуживания обращений к ЗУ нижних уровней также может использоваться для подразделения СП. По этому признаку различают системы с обслуживанием обращений в порядке поступления и с диспетчеризацией обращений.

Учтем, что противоречивость предъявляемых к ним требований и большое количество факторов, влияющих на их характеристики, обусловливают сложность получения достаточно объективных и точных комплексных оценок СП.

КРИТЕРИИ СП:

Любой критерий оценки должен включать основные характеристики оцениваемой системы, к которым в рассматриваемом случае относятся емкость системы памяти, среднее время обращения к ней, пропускная способность, стоимость и надежность. Ряд характеристик, например радиационная устойчивость, габариты, масса, энергопотребление, в типовых применениях могут не учитываться. Хотя, если речь идет, например о мобильных системах, последние три из названных характеристик имеют важное значение. Емкость EСП системы памяти можно рассматривать в двух аспектах: либо как сумму объемов всех ЗУ, входящих в состав СП, либо как количество информации (программ и данных), которое можно разместить в системе. В первом случае можно говорить о технической емкости СП, во втором – об эффективной емкости. Определяется методами организации хранения данных, методами управления памятью и др.

Средней пропускной способностью B системы памяти называют количество информации, которое можно передать в СП или извлечь из нее в единицу времени.

Стоимость CСП системы памяти определяется как сумма стоимостей всех входящих в ее состав ЗУ, контроллеров и дополнительных аппаратных средств, используемых для управления памятью. Некоторые средства управления памятью, как и сами ЗУ, могут быть интегрированы в процессор или в системные микросхемы (микросхемы чипсета или др.). В этом случае собственно стоимость ЗУ и средств управления ими приходится определять путем сравнения с аналогичными микросхемами, обладающими другими параметрами, или приближенно.

Все характеристики систем памяти взаимосвязаны между собой и имеют противоречивый характер. Например, уменьшение времени обращения к СП связано с использованием более быстродействующих, а следовательно, и дорогостоящих ЗУ. Увеличения пропускной способности дисковых ЗУ можно достичь, используя аппаратные или алгоритмические методы диспетчеризации, что приводит либо к росту стоимости и снижению надежности СП, либо к увеличению расходов времени на работу операционной системы.

40. Классификация систем памяти по количеству уровней.

1.Количество уровней, т.е. отличных по своему назначению или конструктивным характеристикам запоминающих устройств. По этому признаку можно разделять СП на одноуровневые и многоуровневые. На практике одноуровневые системы памяти, представляющие собой одно или группу одинаковых ЗУ, встречаются лишь в специализированных системах.Среди многоуровневых СП иногда выделяют системы с одним или несколькими исполнительными уровнями, т.е. уровнями, непосредственно доступными процессору. Широко известным примером такой системы является память ПЭВМ, в которой процессор имеет непосредственный доступ как к кэш памяти, так и к оперативной памяти.

41. Классификация систем памяти по характеру связей между уровнями.

Характер связей между уровнями. Связи между уровнями системы памяти, допускающие обмен информацией между ними, определяют допустимые потоки данных в системе и ее структуру. По характеру связей можно выделить:

42. Классификация систем памяти по типу разбиения адресного пространства.

Тип разбиения адресного пространства памяти. Обычно память разделяется на логические блоки для упрощения управления ею, причем поддержка такого разбиения обеспечивается не только со стороны операционной системы, но и аппаратной частью. По этому признаку различают системы памяти:

- без разделения поля памяти на блоки;

- с сегментированием памяти, в которых память разделяется на сегменты, размер которых жестко не задается;

- с двухуровневым (странично-сегментным) разделением поля памяти.

43. Классификация систем памяти по количеству обслуживаемых системой памяти процессоров.

Количество обслуживаемых системой памяти процессоров – признак, по которому различают СП однопроцессорных и многопроцессорных ЭВМ и систем. Когда мультипроцессирование не является просто средством повышения надежности за счет дублирования вычислений, СП, по сути, является центром связи системы в единое целое. В таких условиях СП должна обеспечивать многоканальный доступ к информации с поддержкой целостности и непротиворечивости (когерентности) данных на всех уровнях системы.

44. Классификация систем памяти по порядку обслуживания обращений к запоминающим

устройствам нижних уровней.

Порядок обслуживания обращений к ЗУ нижних уровней также может использоваться для подразделения СП. По этому признаку можно различать системы с обслуживанием обращений в порядке поступления и с диспетчеризацией обращений, Т.е. обслуживанием их в том порядке, который позволит уменьшить среднее время ожидания обслуживания обращения

45. Емкость систем памяти.

Емкость EСП системы памяти можно рассматривать в двух аспектах: либо как сумму объемов всех ЗУ, входящих в состав СП, либо как количество информации (программ и данных), которое можно разместить в системе. В первом случае можно говорить о технической емкости СП, во втором – об эффективной емкости. Понятно, что эффективная емкость всегда меньше технической, так как она определяется не только собственно составом СП, но и методами организации хранения данных, методами управления памятью и др. Например, можно вспомнить о файловых системах, которые накладывают ограничения снизу на место на диске, занимаемое даже самым небольшим файлом.

46. Среднее время обращения к системам памяти.

Среднее время обращения Tобр к СП можно определить через частоты обращений к отдельным устройствам системы и времена обращений tобрi к этим устройствам как

Tобр = Σi fi Tобрi / Σi fi,

где fi есть среднее количество обращений к i-му ЗУ в единицу времени. Очевидно, что в этом случае Tобр в значительной степени зависит от относительных частот обращения к различным ЗУ, а не только от времени обращения к ним.

47. Средняя пропускная способность систем памяти.

Средней пропускной способностью B системы памяти называют количество информации, которое можно передать в СП или извлечь из нее в единицу времени. В общем виде B можно определить, усреднив (взвешенно) пропускные способности отдельных ЗУ, входящих в состав СП.