46. Драйверы. Сервисные программные средства: программы диагностики, программы оптимизации дисков и др. Программы-оболочки. Утилиты: программы-архиваторы, антивирусные программы и др.

Драйвер— компьютерная программа, с помощью которой другие программы (обычно операционная система) получают доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.

Драйвер состоит из нескольких функций, которые обрабатывают определенные события операционной системы. Обычно это 7 основных событий:

• Загрузка драйвера. Тут драйвер регистрируется в системе, производит первичную инициализацию и т. п.

• Выгрузка. Драйвер освобождает захваченные ресурсы — память, файлы, устройства и т. п.

• Открытие драйвера. Начало основной работы. Обычно драйвер открывается программой как файл, функциями CreateFile() в Win32 или fopen() в UNIX-подобных системах.

• Чтение.

• Запись: программа читает или записывает данные из/в устройство, обслуживаемое драйвером.

• Закрытие: операция, обратная открытию, освобождает занятые при открытии ресурсы и уничтожает дескриптор файла.

• Управление вводом-выводом (англ. IO Control, IOCTL). Зачастую драйвер поддерживает интерфейс ввода-вывода, специфичный для данного устройства. С помощью этого интерфейса программа может послать специальную команду, которую поддерживает данное устройство. Например, для SCSI-устройств можно послать команду GET_INQUIRY, чтобы получить описание устройства. В Win32-системах управление осуществляется через API-функцию DeviceIoControl(). В UNIX-подобных — ioctl().

Сервисная программа (утилита) – программа, относящаяся к широкой разновидности вспомогательных программ, входящих в состав общего программного обеспечения. Ее назначением является выполнение специальных типовых задач, связанных с работой ЭВМ, например, диагностика, управление памятью, борьба с компьютерными вирусами, форматирование дисков, архивация файлов и т.д.

47. Процессоры Intel. Совместимость, идентификация и сравнение производительности процессоров. Охлаждение процессоров. Доработка системы охлаждения. Дополнительное охлаждение.(Сумматоры

Процессоры Intel.

• 8-битные процессоры(8008,8080,8085)

Начало массового использования вычислительной техники следует отнести к моменту появления микропроцессора 8080.( 1974 г). Самым же важным было то, что шина данных работала с байтами — самыми простыми 8-битовыми машинными словами, что позволяло очень просто разрабатывать весьма разнообразные вычислительные устройства. Соответственно, увеличение разрядности шины данных позволило организовать адресуемую память размером 64 Кбайт. появилась возможность разрабатывать небольшие и надежные вычислительные системы на одной плате.

• 16-разрядные процессоры (8086, 8088,80186,80188,80286)

В 1978 г. корпорация Intel выпустила процессор 8086, а ровно через год — 8088, которые и положили начало эры ПК в современном понимании этого термина. Еще большее изумление вызвала возможность адресовать 1 Мбайт оперативной памяти, используя шестнадцатиразрядную шину данных. Можно сказать, что появление первого шестнадцатиразрядного процессора, который позволял использовать столько оперативной памяти, хотя это и было преждевременно, открывало перед программистами колоссальное поле деятельности. То есть в руки рядовых программистов попадал компьютер, не уступавший по своим возможностям труднодоступным машинам вычислительных центров.

Понимая, что шестнадцатиразрядная шина появилась преждевременно, т. к. требовала удвоенного количества интерфейсных микросхем, в июне 1979 г. корпорация Intel объявила о выпуске процессора 8088. Разница между ним и процессором 8086 состояла в том, что разрядность шины данных была сокращена до 8 битов.

• 32-разрядные процессоры

Сегодня программисты обычно уже не вспоминают о 16-разрядных процессорах и разрабатывают новые программы с учетом того, что они будут использоваться на компьютере с процессором не ниже 80386. В 1985 г., было объявлено о начале выпуска 32-разрядного процессора Intel 80386, особого интереса это событие в то время не вызвало. Программистам вполне хватало возможностей 80286 процессора, а 32-разрядная арифметика считалась непозволительной роскошью. Тогда никто из рядовых пользователей не думал, что архитектура и принципы Intel 386 станут образцом на долгие годы, утвердив доминирование корпорации Intel в компьютерном мире. С помощью нового процессора стало возможным адресовать 4 Гбайт памяти, а размеры виртуальной памяти достигли 64 Тбайт. в первых версиях процессора Intel 386 содержалась ошибка, касающаяся выполнения 32-разрядных арифметических операций. 0 апреля 1989 г. было объявлено о выпуске процессора Intel 486DX. Архитектура процессора не была повторением или улучшением Intel 386, а представляла совершенно оригинальное решение. Фактически, это была настоящая вычислительная машина, выполненная на одном кристалле кремния, у которой имелась оперативная память, периферийные устройства и даже набор микропрограмм для обработки внешних команд. Уникальная же архитектура процессора 486 позволяла без потери совместимости создавать совершенно новые процессоры, которые могли обрабатывать данные по другим алгоритмам.

Совместимость, идентификация и сравнение производительности процессоров.

Совместимость. Состав регистров и флагов по мере «взросления» процессоров постоянно расширяется. Принцип совместимости программного обеспечения, написанного для ранних моделей процессоров, со следующими моделями предписывает осторожно обращаться с неиспользуемыми (зарезервированными) битами и регистрами:

♦ не изменять значения бит, не используемых в данном процессоре;

♦ гарантировать нечувствительность программ к значению этих бит;

♦ при загрузке регистров в зарезервированные биты записывать нули;

♦ не пытаться использовать эти биты для хранения каких-либо признаков.

Кроме скорости исполнения, процессоры отличаются и некоторыми нюансами выполнения инструкций, которые обычно не влияют на выполнение программ, но могут использоваться для идентификации процессоров. Так, например, инструкция PUSH SP па процессоре 8086/88 исполняется иначе, чем на 80286 и более поздних, — различие касается порядка выполнения декремента указателя стека и его сохранения в стеке. Потребность в идентификации процессора операционной системой и приложениями созревала по мере расширения диапазона функциональных возможностей и уровня производительности процессоров. Начиная с процессоров Pentium, появилась новая инструкция CPUID, по которой любая программа на любом уровне привилегий в любой момент времени могла получить ту же информацию, что и BIOS после сброса. Идентификатор процессора, по замыслу Intel, должен стать дополнительным средством аутентификации в Интернете (и других сетях), наряду с именем пользователя и паролем, вводимыми вручную. Однако если имя и пароль можно сменить в любое время, идентификатор присваивается навечно и принудительно, хотя имеется возможность запретить процессору сообщать свой идентификатор. При сравнении процессоров применяются различные методы измерения производительности. Для сравнения процессоров с одинаковой архитектурой применялся показатель, равный усредненному числу операций, выполняемых за единицу времени. Чтобы по возможности не привязываться к быстродействию памяти, эти операции обычно совершались с регистровыми операндами. Во времена процессоров 8086/88 и 80286 их производительность достаточно четко характеризовалась тактовой частотой и типом процессора (8086 или 80286). В последующих моделях процессоров стали появляться довольно значительные изменения архитектуры, в результате которых тактовая частота уже перестала быть исключительным фактором, определяющим производительность. Для сравнения производительности 32-разрядных процессоров с архитектурой х86 фирма Intel в 1992 году предложила свою единицу измерения: iCOMP Index. Эта единица позволяет дать конечному пользователю упрощенный способ определения относительной мощности конкретного процессора. В 1996 году была введена новая единица iCOMP Index 2.0, отличающаяся набором показателей и весовыми коэффициентами. Тесты, проведенные на различных системных платах, дадут разные результаты. Но для конкретной системной платы производительность, естественно, будет тем выше, чем выше индекс процессора. Однако тестовые платформы для разных классов процессоров, естественно, различаются. Так что рост значений индекса, наблюдаемый от модели к модели, отражает не только достижения собственно процессора, но и улучшения в схемотехнике и компонентах современных компьютеров. Некоторые программы сравнивают производительность компьютера с первой моделью IBM PC XT на процессоре 8088 с тактовой частотой 4,77 МГц, принимая ее производительность за условную единицу. Однако у современных процессоров этот показатель исчисляется сотнями, а у сопроцессора — тысячами единиц. Кроме того, особого интереса этот показатель не представляет, поскольку определяет производительность на 16-битных операциях.Охлаждение процессоров.В последнее время складывается такая ситуация, что развитие существующих средств охлаждения микропроцессоров не успевает за увеличением выделяемой ими тепловой мощности. Модернизация технологических процессов, влияющих на потребляемую отдельным транзистором мощность, на практике не позволяет эффективно «термокомпенсировать» всевозрастающее количество этих самых транзисторов на кристалле. И традиционные процессорные кулеры уже едва справляются с охлаждением.

Нитрогенные системы (жидкий азот) В емкость, закрепленную на кристалле, наливается сжиженный газ — азот, имеющий температуру далеко ниже нуля по Цельсию. Но в этом подходе при массе его достоинств остается одна непроходимая проблема — собственно сам жидкий азот, который нужно будет покупать в огромных количествах и регулярно доливать.

Гидрогенные системы (водяное охлаждение) На кристалле процессора монтируется герметично закрытый теплоотвод, имеющий входную и выходную трубки (так называемые штуцеры). Вне корпуса или в его свободной области устанавливается теплообменник с вентилятором, похожий на автомобильный радиатор. Вместе с водяным насосом эти устройства трубками соединяются в замкнутую цепь, которая заполняется теплоносителем (водой). Насос прокачивает холодную воду через теплоотвод на процессоре, где она забирает тепло и нагревается. По трубкам вода поступает далее в теплообменник вне корпуса, где охлаждается и возвращается опять к теплоотводу.

Криогенные системы (фреон) Эти системы отличаются от «водяного охлаждение» только тем, что в качестве теплоносителя вместо воды используется «прирожденный» термальный агент — фреон. В итоге получается своего рода минихолодильник на процессоре. Эффективность выше, но и стоимость — как минимум, несколько сотен долларов. Аэрогенные системы с элементами Пельтье (воздух)Элемент Пельтье — это небольшая пластинка, играющая роль «прокладки» между кристаллом процессора и кулером. Эти элементы в некоторой степени повышают КПД кулера за счет увеличения эффективности теплообмена между теплоносителем (воздухом) и теплоотводом, нагретым на дополнительные 40°C. Традиционные схемы воздушного охлажденияПри всех его недостатках, оно обладает главным преимуществом — простотой и дешевизной реализации. Определенные же доработки позволяют по-новому взглянуть на дальнейшие перспективы воздушного охлаждения применительно к охлаждению все более мощных процессоров. Самые распространенные корпуса сегодня — различные xTower, в которых материнская плата расположена вертикально. Находящийся сверху вентилятор (установленный в блоке питания) высасывает воздух из корпуса, и создающееся разрежение заполняется воздухом, поступающим из отверстий внизу корпуса (если нет других отверстий). Этим создается элементарное поступление потока холодного воздуха внутрь корпуса. Вентилятор на процессоре нагнетает воздух в теплоотвод, подсасывая его из внутри корпусного пространства