- тактовая частота ( в микропроцессорах имеет порядок 32-64 МГц, в ПК – 1-3 ГГц);
- разрядная сетка (среднее значение – 32-64);
- оперативная память (в микропроцессорах 64-32 Мбайта, в ПК – Гбайт). Оперативная память энергозависима.
Режимы работы ЭВМ
Исторически режим работы – однопрограммный, т.е. загрузка процессора и оперативной памяти проходит последовательно.
Рисунок 55. Однопрограммный режим
Почти одновременно начинается создание многопользовательского режима, который предполагает наличие устройств, которые позволяют работать одновременно процессору и оперативной памяти.
Рисунок 56. Двухпрограммный режим
Появляется режим с разделением реального времени.
Рисунок 57. Режим с разделением реального времени
В течение кванта процессор может работать над определенной программой.
Пусть имеем П1, П2, .. ПN, т.е. N пользователей.
Если в течение 1-го кванта обслуживалась 1-я программа, то во время других квантов будут обслуживаться другие программы в зависимости от приоритетов. Через N начинается обработка 1-го кванта. 50мсек – очень мало, поэтому для пользователя все программы работают в режиме реального времени. В ОС есть планировщик, в котором учитываются приоритеты, составляется план, который передается в диспетчер, который в соответствии с планом отдает соответствующие кванты работы процессору.
Когда много пользователей, на процессор падает большая нагрузка. Поэтому возникают некоторые особенности при работе процессора:
Он должен уметь чувствовать паузу, а после паузы должен принимать запрос на обслуживание.
Если пользователей много, а ОП одна общая, то в многопользовательском режиме она должна быть поделена на сегменты:
Рисунок 58. Структура ОП при многопользовательском режиме
Каждый пользователь может пользоваться только своим сегментом. По адресу, по которому обращается процессор при обслуживании, например П2, должна быть установлена нижняя и верхняя границы адреса, т.е. адреса должны удовлетворять условию нГа2 А2 вГа2. если это условие нарушается, то возникает особый случай – неправильная адресация и возникает внутреннее прерывание действия процессора.
В интервале между квантами процессор не работает, проходят переходные процессы: замены Пi на Пj.
Осуществляется переходный процесс, в течение которого запоминается состояние выполнения предыдущей программы и ввод последующей программы.
Существует несколько режимов работы процессора по запросу на обслуживание. В многопользовательском режиме запросы на обслуживание поступают извне, поэтому рассмотрим режим прерывания.
Текущая программа (ТА) – та, которая выполняется процессором в данный момент.
Прерывающая программа (ПП) – та, от которой вводится запрос на обслуживание.
Рисунок 59. Обслуживание прерывающей программы по запросу
В первом случае уход в ПП детерминирован, а во втором случаен.
Главные различия работ по прерыванию состоят в том, как поступают запросы и как они обслуживаются.
Это вариант бесприоритетного обслуживания пользователя.
Когда выполняется ТП и ПП, то в процессоре находится вектор состояния – информационное слово определенной длины, в котором запоминаются: адрес выполняемой на данный момент команды, состояние счетчика команд, , счетчика тактов, основных регистров процессора.
В процессоре есть регистр слова состояния. Процессор работает, значит меняется слово состояния. Пришел запрос, по переходному процессу запоминается вектор состояния процессора по предшествующей программе, чтобы не возвращаться к нулю. Когда предшествующая программа заменяется на новою программу, вводится вектор прерывания, который может включать точно такое же состояние, которое мы указали, но может быть и так: в векторе прерывания указывается начальный адрес прерывающей программы. Когда процессор по нему обращается, то в начале программы в него поступает вектор прерывания. Иногда вектор состояния называется словом состояния программы; в микропроцессоре – словом состояния процессора.
Классификация запросов на прерывание.
Типы прерывания:
- внутреннее прерывание: в любом процессоре есть блок контроля и диагностики (БКД), который следит за правильностью выполнения вычислительного процесса. Если она нарушается, то БКД выдает запрос на обслуживание внутреннего прерывания;
- внешнее прерывание – оно поступает от внешних по отношению к процессору пользователей (запрос на прерывание может приходить от пультов, датчиков, и т.д.);
- по вводу/выводу;
- программное прерывание;
- прерывание при обращении к программе.
Основные характеристики системы прерывания.
Число входов в систему прерывания (сколько пользователей могут оставить свои запросы) : чаще всего 10-15, в технологических системах – сотни;
Система прерывания может быть приоритетной и бесприоритетной.
Чаще всего в ЭВМ присутствует приоритетность обслуживания: каждому пользователю присваивается в определенном порядке приоритет. Например, если Птп<П1<П2<П3, то (переходные процессы подразумеваются; оцениваются моменты прихода запроса - ti):
Число приоритетов носит название «глубина приоритетов» (не больше 1 байта). Число уровней около 8.
Быстродействие системы прерывания: оценивается интервалом времени. Начало совпадает с моментом прихода запроса, окончание – момент начала обеспечения прерывающей программы, т.е быстродействие определяется интервалом переходного процесса.
Прерывание может осуществляться на структурном и операционном уровнях ЭВМ.
На СУ работаем с программами, командами. Один вариант перехода на прерывающую программу – по завершению команды на СУ.
Тогда быстродействие самое маленькое, но слово состояния программы в этом случае минимально по своим размерам: надо запоминать минимум информации по предыдущей программе.
На ОУ прерывание начинает обслуживаться по завершении МК, быстродействие максимально, но вектор состояния имеет максимальный объем.
Одна из характеристик системы прерывания связана с быстродействием ( с какого момента прерывается текущая программа: после выполнения команды, или после выполнения МК).
Другая характеристика связана с тем, как осуществляется запрос на прерывание:
- процесс прерывания с поиском источника запроса;
- процесс прерывания с векторным прерыванием.
В 1-м случае выставляется импульс запроса и он запоминается в определенной ячейке, но может прийти несколько запросов. Адрес запроса сначала неизвестен (существует только факт того, что пришел общий сигнал прерывания – ОСП). Прежде чем начать обслуживание, процессор должен установить, какой источник информации послал запрос на обслуживание. Начинается процесс поиска адреса.
Во 2-м случае источник запроса на прерывание выставляет вектор прерывания и в нем помимо необходимых характеристик указывается код прерывания, который характеризует приоритет источника. Приоритет источника сравнивается с приоритетом ТП, и решается вопрос : обслуживать/не обслуживать. Возможны ситуации, что приоритеты равны, тогда предпочтение отдается ТП.
Рисунок 62. БСА прерывания
Процедура прерывания с учетом приоритетов и с поиском ИЗП (источника запроса на прерывание).
Эта процедура постоянно функционирует в процессоре. Если происходит запрос на прерывание неизвестно от кого, то формируется ОСП, и он запоминается в определенной ячейке. начинается работа. Проверяется, есть ли ОСП или нет. Если нет (0), то процессор возвращается к ТП. Если есть (1), то устанавливается номер источника информации и его код прерывания (КП). КП сравнивается с приоритетом ТП. Если КП<КПТП, то (1) и возвращаемся к ТП , нет – тогда (0) и устанавливается начальный адрес прерывающей программы и начинается обслуживание.
А2 
