46827 (597301), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Если, например, интерпретируемая машинная команда имеет вид

ADD 50

то нужно содержимое ячейки 50 основной памяти сложить с содержимым аккумулятора. Рассмотрим микрокод, который выполняет эту операцию.

(10) АКК РАКОП + 1

(11) РАКОП АКК

(12) РР РДП

(13) РАП РР

(14) READ

(15) РР РДП

(16) АКК АКК + РР

(17) РАКУП 0

Микрокоманды (10) и (11) обеспечивают установку в РАКОП адреса следующей по порядку ячейки основной памяти. Микрокоманды (12) и (13) выделяют адрес основной памяти команды, находящейся в РДП, и передают его в РАП. (Две микрокоманды с использованием РР для этого необходимы опять-таки потому, что машина не позволяет производить непосредственную передачу содержимого РДП в РАП.) После выполнения микрокоманды (13) в РАП оказывается адрес ячейки 50. Команда чтения READ (14) вызывает загрузку содержимого ячейки, указанной в РАП, в регистр РДП. По команде (15) эти данные заносятся в РР, а по команде (16) — суммируются с содержимым аккумулятора. Команда (17) устанавливает в РАКУП нулевой адрес подпрограммы выборки микрокоманд, так что следующий микрокомандный цикл начнет процесс выборки следующей команды машинного языка для выполнения.

Заключение

Аппаратура — это устройства вычислительной машины. Программное обеспечение составляют команды, интерпретируемые аппаратурой, а микропрограммы включают микрокодированные команды, размещаемые в высокоскоростной управляющей памяти.

Расслоение памяти обеспечивает возможность одновременного доступа к последовательным ячейкам основной памяти, поскольку ячейки с соседними адресами размещаются к различных модулях памяти. Механизм прерываний играет важную роль для режимов работы, при которых много операций могут выполняться асинхронно, но в определенных случаях требуют синхронизации. Буферизация с несколькими буферами позволяет эффективно совмещать операции ввода-вывода с вычислениями.

Спулинг (ввод-вывод с буферизацией) позволяет отделить работающую программу от низкоскоростных устройств ввода-вывода, таких, как принтеры и устройства ввода данных с перфокарт. При спулинге ввод-вывод данных для программы осуществляется при посредстве высокоскоростного внешнего запоминающего устройства, например накопителя на магнитных дисках, а фактическое чтение или распечатка данных производится в то время, когда устройства ввода перфокарт и принтеры свободны. Для изоляции пользователей друг от друга в многоабонентских системах необходимо предусматривать защиту памяти; защиту можно реализовывать несколькими различными способами, в том числе при помощи граничных регистров или ключей защиты.

Применение стандартного интерфейса ввода-вывода существенно упрощает подключение к машине новых внешних устройств. Внешние устройства могут работать под непосредственным управлением центрального процессора в режиме он-лайн, или автономно (оф-лайн), под управлением отдельных контроллеров, независимых от процессора. Функционально законченные вычислительные машины, которые выполняют операции ввода данных с перфокарт на магнитную ленту, вывода данных с магнитной ленты на печать и т. д. для более крупных машин, называются процессорами ввода-вывода, или компьютерами-сателлитами.

Канал — специализированная вычислительная машина для выполнения операций ввода-вывода без участия центрального процессора. Для координации взаимодействия между центральным процессором и каналом применяется, как правило, способ регулярного опроса или механизм прерываний. Наиболее известные типы каналов — это селекторные, байт-мультиплексные и блок-мультиплексные каналы.

Система управления вводом-выводом (IOCS) — это пакет программ, назначение которого заключается в том, чтобы освободить пользователя от необходимости детального управления вводом-выводом. Пакеты IOCS являются важной частью современных операционных систем.

Метод относительной адресации дает возможность работать с очень большим адресным пространством без необходимости увеличивать размер машинного слова; во время выполнения программы все адреса формируются путем прибавления смещения к содержимому базового регистра. Благодаря этому упрощается также перемещение программ по памяти.

Наличие в машине нескольких режимов работы обеспечивает защиту программ и данных. В режиме супервизора могут выполняться любые команды (включая привилегированные), а в режиме задачи — только непривилегированные. Эти режимы определяют

границу между возможностями пользователя и возможностями операционной системы. В некоторых машинах предусматриваются более двух подобных режимов работы.

Системы виртуальной памяти в обычном случае дают возможность программам работать с гораздо более широким диапазоном адресов, чем адресное пространство имеющейся основной памяти. Это позволяет освободить программиста от ограничений, связанных с емкостью основной памяти.

Метод прямого доступа к памяти исключает необходимость прерывать работу центрального процессора при передаче каждого байта блока данных во время выполнения операций ввода-вывода — в этом случае требуется только один сигнал прерывания, вырабатываемый при завершении передачи всего блока. Каждый символ записывается в основную память и читается из нее с захватом цикла памяти — здесь каналу предоставляется приоритет, поскольку центральный процессор может и подождать.

В архитектурах компьютеров высокого быстродействия применяются конвейеры, которые позволяют совмещать работу нескольких команд, в каждый конкретный момент времени находящихся на различных стадиях выполнения.

В современных вычислительных машинах реализуется иерархическая структура памяти, включающая кэш-память, основную (первичную, оперативную) память и внешнюю (вторичную, массовую) память; при переходе с уровня на уровень иерархии в указанном порядке емкости памяти увеличиваются, а стоимость в расчете на байт уменьшается.

Программное обеспечение — это программы, состоящие из команд, которые интерпретируются аппаратными средствами; команды определяют алгоритмы, обеспечивающие решение задач. Программы для компьютера можно писать на машинном языке, языке ассемблера или языках высокого уровня. Программисты редко работают непосредственно на машинных языках — программы в машинных кодах генерируются при помощи ассемблеров и компиляторов. Макропроцессоры дают возможность программистам, работающим на языке ассемблера, писать макрокоманды, которые порождают много команд на языке ассемблера. Компиляторы обеспечивают трансляцию программ, написанных на языках высокого уровня, на машинный язык. Интерпретаторы непосредственно выполняют исходные программы, не генерируя при этом объектные модули.

Процедурно-ориентированные языки являются универсальными, а проблемно-ориентированные языки специализируются для эффективного решения задач определенных классов. Компиляторы без оптимизации работают быстро, однако генерируют- относительно неэффективные коды; оптимизирующие компиляторы позволяют получать эффективные коды, но работают гораздо медленнее, чем без оптимизации.

Абсолютные загрузчики осуществляют загрузку программ в конкретные ячейки, адреса которых указываются при компиляции; перемещающие загрузчики могут размещать программы в различных свободных участках памяти. Привязка программы к памяти по абсолютным адресам осуществляется во время трансляции, а привязка перемещаемых программ — во время загрузки или даже во время выполнения.

Связывающие загрузчики объединяют отдельные блоки программы, создавая единый модуль, готовый к выполнению; этот выполняемый модуль размещается в основной памяти. Редакторы связей также осуществляют объединение программ, однако сформированный ими готовый к выполнению модуль записывается во внешнюю память для последующего использования.

Микропрограммирование — это написание программ, которые управляют элементарными операциями аппаратуры; микропрограммирование играет исключительно важную роль в современных архитектурах компьютеров и операционных системах. Динамическое микропрограммирование предусматривает возможность простой загрузки новых микропрограмм в управляющую память для непосредственного выполнения.

Команды вертикального микрокода очень похожи на команды машинного языка; типичная вертикальная микрокоманда указывает, что необходимо выполнить определенную операцию с определенными данными. Горизонтальный микрокод содержит команды с более широкими возможностями — они позволяют задавать одновременное выполнение многих операций над многими элементами данных.

Микропрограммирование зачастую применяется при эмуляции, позволяя сделать один компьютер функциональным эквивалентом другого компьютера. Эмуляция особенно необходима и полезна в тех случаях, когда пользователям приходится переводить свои программы с машины на машину.

Микропрограммирование позволяет реализовать микродиагностику, т. е. контроль ошибок с гораздо большей степенью детализации, чем это возможно для команд машинного языка.

Благодаря микропрограммированию можно специализировать компьютер применительно к требованиям конкретных пользователей. Поставщики компьютеров обычно предлагают факультативные средства микропрограммной поддержки, позволяющие повысить скоростные характеристики; реализация часто выполняемых последовательностей команд при помощи микрокода сокращает время их выполнения. Многие функции операционных систем в современных вычислительных машинах реализуются не обычными программами, а микропрограммами, и благодаря этому, как правило, обеспечивается более высокая скорость выполнения и более надежная защита.

Терминология

абсолютный загрузчик (absolute loader)

автономный режим (оф-лайн) (off-line)

адресное пространство (диапазон адресов) (address space)

аппаратура, аппаратные средства (hardware)

ассемблер (assembler)

базовый регистр, регистр базы (base register)

байт-мультиплексный канал (byte-multiplex or channel)

библиотека подпрограмм (subroutine library)

блок-мультиплексный канал (block-multiplexor channel)

быстрый компилятор без оптимизации (quick-and-dirty compiler)

буфер (buffer)

буферизация с переключением («триггерная» буферизация) (flip-flop buffering)

вертикальный микрокод (vertical microcode)

виртуальная память (virtual storage)

внешняя (вторичная, массовая)

память (secondary storage)

время загрузки (load time)

входной, фронтальный процессор (front end processor)

выходная, целевая программа (target program)

горизонтальный микрокод (horizontal microcode)

готовая, заранее ассемблированная IOCS (preassembled IOCS)

граничные регистры (bounds registers)

двойная буферизация (double buffering)

двухадресные команды (two-address instructions)

загрузочный модуль, модуль загрузки (load module)

загрузчик (loader)

захват цикла (памяти) (cycle stealing)

защита памяти (storage protection)

иерархия памяти (storage hierarchy)

интервальный таймер (interval timer)

интерпретатор (interpreter)

интерфейс ввода-вывода (I/O interface)

исходная программа (source program)

канал (channel)

канал прямого доступа к памяти (DMA channel)

ключи защиты памяти (storage protect keys)

компиляторы (compilers)

конвейеризация (pipelining)

контроллер устройств ввода-вывода (I/O device controller)

координированный (упорядоченный) доступ (sequentialization of access)

кэш-память (cache storage)

макрокоманда (macro instruction)

макропроцессор (macro processor)

макрорасширение (macro expansion)

машинно-зависимый (machine-dependent)

машинно-независимый (machine-independent)

машинный язык (machine language)

микродиагностика (microdiagnostics)

микрокод (microcode)

микрокоманда (microinstruction)

микропрограмма (microprogram)

микропрограммирование (microprogramming)

микропрограммная поддержка (microcode assists)

микропрограммное обеспечение (firmware)

мультиплексные каналы (multiplexor channels)

мультипроцессорная обработка (multiprocessing)

объединение программ (program combination)

объектная программа (object program)

одноадресные команды (single-address instructions)

опрос (регулярный, упорядоченный) (polling)

оптимизирующий компилятор (optimizing compiler)

основная (первичная, оперативная) память (primary storage)

относительная адресация, адресация «база + смещение» (base-plus-displacement addressing)

перемещаемая (позиционно-независимая) программа (location-independent program)

перемещающий загрузчик (relocating loader)

плотность записи (recording density)

подканал (subchannel)

последовательное внешнее запоминающее устройство (sequential device)

прерывание по завершению (операции) ввода-вывода (I/O completion interrupt)

прерывания (interrupts)

привилегированные команды (privileged instructions)

привязка (программы к памяти) (binding)

принцип минимума привилегий (при предоставлении доступа к ресурсам и информации) (principle of least privilege)

проблемно-ориентированный (problem-oriented)

программное обеспечение (software)

простая (одиночная) буферизация (single buffering)

процедурно-ориентированный (procedure-oriented)

процессор ввода-вывода (stand-alone processor)

Характеристики

Список файлов книги