1.5.3. Прикладные программные средства

Прикладные программные средства – это готовые и, как правило, продаваемые программные системы на CD или DVD дисках – фильмы, учебники, энциклопедии, игры, книги, виртуальные музеи, путеводители, рекламные материалы и т. д.

ний.

Устройство ввода

• Клавиатура

• Мышь и тачпад

• Планшет

• Джойстик

• Сканер

• Цифровые фото, видеокамеры, веб-камеры

• Микрофон

 Устройство вывода

• Монитор

• Графопостроитель

• Принтер

• Акустическая система

Устройства ввода-вывода

• Интерактивная доска

• Стример

• Дисковод

• Сетевая плата

• Модем

• Гаптоклон

33. CMOS. Сетевое оборудование.

КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник; англ. CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor) — технология построения электронных схем. В более общем случае — КМДП (со структурой металл-диэлектрик-полупроводник). В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями (ТТЛ, ЭСЛ и др.) является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний).

ЗНАЧЕНИЯ параметров биос изменять которые можно в BIOS Setup, хранятся в специальной микросхеме динамической памяти, которая называется CMOS (или КМОП). Кроме настроек BIOS в CMOS хранятся параметры конфигурации компьютера. Суммарный объем памяти CMOS составляет всего 256 байт и потребляет она очень мало энергии. Стандартная батарейка, расположенная на материнской плате питает CMOS в течение 5-6 лет, после чего необходимо производить ее замену.

При включении компьютера происходит тестирование оборудования, в процессе которого сравнивается его текущая конфигурация с данными в CMOS-памяти. Если обнаруживаются отличия, то происходит автоматическое обновление CMOS-памяти, либо вызывается BIOS Setup.

Если срок батарейки, питающей CMOS, подошел к концу, то при включении компьютера на экран будет выведено сообщение, например, "CMOS-checksum error". Для возобновления работы компьютера необходимо будет установить новую батарейку взамен вышедшей из строя.

После замены батарейки при первом включении компьютера заводские настройки, хранящиеся в BIOS, будут "сброшены" в CMOS-память. Это, кстати, один из способов устранить неисправность, если вы "перемудрили" с настройками BIOS. Для этого надо выключить компьютер, вынуть на 30 секунд батарейку из материнской платы, установить ее назад, и заводские настройки BIOS будут восстановлены, а компьютер снова заработает.

Память CMOS

Начиная с компьютеров на процессоре 80286 (IBM PC AT) постоянная память ROM BIOS обязательно дополняется небольшой энергонезависимой оперативной памятью CMOS RAM, которая выполнена на микросхемах с пониженным энергопотреблением с технологией КМОП (CMOS) и при выключении питания компьютера подпитывается от батарейки или аккумулятора (эта память, как правило, входит в состав других микросхем). В CMOS-памяти хранится информация о текущих показаниях часов (дате и времени), о значении времени для будильника, о конфигурации компьютера: приоритете загрузки с разных накопителей, количестве памяти, типах накопителей, режимах энергопотребления, о типе дисплея, об установках клавиатуры и т.д. CMOS RAM отличается от постоянной памяти тем, что записанная в нее информация легко меняется программным путем.

Задавать все параметры компьютера, сохраняемые в CMOS RAM, позволяет программа BIOS Setup, вызвать которую можно путем нажатия назначенных клавиш во время процедуры начальной загрузки компьютера (информация об этом всегда выводится на экран). В современных компьютерах данная программа предлагает довольно удобный и наглядный интерфейс пользователя с привычными меню.

Описание работы с BIOS Setup любого компьютера обязательно поставляется вместе с ним. Иногда с помощью этой программы удается значительно повысить быстродействие компьютера благодаря выбору оптимальных (или даже предельных) для данной конфигурации параметров: частоты системной шины, количества тактов задержки при обмене с системной памятью и кэш-памятью.

Сетево́е обору́дование — устройства, необходимые для работы компьютерной сети, например: маршрутизатор, коммутатор, концентратор, патч-панель и др. Можно выделить активное и пассивное сетевое оборудование.

Активное сетевое оборудование

активное оборудование — это оборудование, содержащее электронные схемы, получающее питание от электрической сети или других источников и выполняющее функции усиления, преобразования сигналов и иные. Это означает способность такого оборудования обрабатывать сигнал по специальным алгоритмам. В сетях происходит пакетная передача данных, каждый пакет данных содержит также техническую информацию: сведения о его источнике, цели, целостности информации и другие, позволяющие доставить пакет по назначению. Активное сетевое оборудование не только улавливает и передает сигнал, но и обрабатывает эту техническую информацию, перенаправляя и распределяя поступающие потоки в соответствии со встроенными в память устройства алгоритмами. Эта «интеллектуальная» особенность, наряду с питанием от сети, является признаком активного оборудования. Например, в состав активного оборудования включаются следующие типы приборов:

• сетевой адаптер — плата, которая вставляется в компьютер и обеспечивает его подсоединение к ЛВС

• репитер  — прибор, как правило, с двумя портами, предназначенный для повторения сигнала с целью увеличения длины сетевого сегмента

• концентратор (активный хаб, многопортовый репитер) — прибор с 4-32 портами, применяемый для объединения пользователей в сеть

• мост — прибор с 2 портами, обычно используемый для объединения нескольких рабочих групп ЛВС, позволяет осуществлять фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые (MAC) адреса

• коммутатор (свитч) — прибор с несколькими (4-32) портами, обычно используемый для объединения нескольких рабочих групп ЛВС (иначе называется многопортовый мост)

• маршрутизатор (роутер) — используется для объединения нескольких рабочих групп ЛВС, позволяет осуществлять фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые (IP) адреса

• медиаконвертер — прибор, как правило, с двумя портами, обычно используемый для преобразования среды передачи данных (коаксиал-витая пара, витая пара-оптоволокно)

• сетевой трансивер  — прибор, как правило, с двумя портами, обычно используемый для преобразования интерфейса передачи данных (RS232-V35, AUI-UTP).

Отметим, что некоторые специалисты не включают в состав активного оборудования повторитель (репитер) и концентратор (хаб), так как эти устройства просто повторяют сигнал для увеличения расстояния соединения или топологического разветвления и обработки его по каким либо алгоритмам не проводят. Но управляемые хабы и при этом подходе относятся к активному сетевому оборудованию, так как могут быть наделены некой «интеллектуальной особенностью».

Пассивное сетевое оборудование

пассивное оборудование, - оборудование, не получающее питание от электрической сети или других источников, и выполняющее функции распределения или снижения уровня сигналов. Например, кабельная система: кабель (коаксиальный и витая пара), вилка/розетка (RG58, RJ45, RJ11, GG45), патч-панель, балун для коаксиальных кабелей (RG-58) и т. д. Также, к пассивному оборудованию иногда относят оборудование трассы для кабелей: кабельные лотки, монтажные шкафы и стойки, телекоммуникационные шкафы.

33. Элементная база ЭВМ. Общие принципы организации ЭВМ.

См вопр 20

33. Адресная структура команд МП.

Структура команды определяется ее форматом, т.е. количеством двоичных разрядов, отводимых под всю команду, а также количеством и расположением отдельных полей команды .Полем называется совокупность двоичных разрядов, кодирующих составную часть команды.

Типовая команда, в общем случае, должна указывать:

• подлежащую выполнению операцию;

• адреса исходных данных (операндов), над которыми выполняется операция;

• адрес, по которому должен быть помещен результат операции.

В соответствии с этим команда состоит из двух частей: операционной и адресной. Операционная часть команды представляет собой поле кода операции, с помощью которого задается подлежащая выполнению операция. В адресной части команды содержится информация о местонахождении исходных данных и месте сохранения результата операции. Обычно местонахождение каждого из операндов и результата задается в команде путем указания адреса соответствующей ячейки основной памяти или номера регистра процессора. Принципы использования информации из адресной части команды определяет система адресации. Система адресации задает число адресов в команде команды и принятые способы адресации.

Для определения количества адресов, включаемых в адресную часть, используется термин адресность. В максимальном варианте необходимо указать три компонента: адрес первого операнда, адрес второго операнда и адрес результата операции. Такой формат команды называется трехадресным (рис. 54).

Рисунок 54 – Трехадресный формат команды

В трехадресном формате длина команды может оказаться достаточно большой, если все три поля будут задавать адреса в основной памяти.

Если по умолчанию взять в качестве адреса результата адрес одного из операндов (обычно второго), то можно обойтись без третьего адреса, и в итоге получаем двухадресный формат команды (рис. 55). Естественно, что в этом случае соответствующий операнд после выполнения операции теряется.

Рисунок 55 – Двухадресный формат команды

Длину команды можно сократить, если в качестве первого операнда использовать только регистры. Так как число регистров в МП невелико, для указания одного из них в команде достаточно иметь сравнительно короткое адресное поле. Соответствующий формат носит название полутора адресного  или регистрового формата (рис. 56).

Рисунок 56 – Регистровый формат команды

Если выделить определенное стандартное место для хранения первого операнда и результата, то можно еще больше сократить команду, перейдя к одноадресному формату (рис. 57). Обычно для этой цели используется аккумулятор.

Рисунок 57 – Одноадресный формат команды

Если для обоих операндов выделяется четко заданное местоположение, а также в случае команд, не требующих операнда, используется безадресный (нуль адресный) формат команды (рис. 58).

Рисунок 58 – Безадресный формат команды

В таком варианте адресная часть команды вообще отсутствует или не задействуется.

33. Виртуальная память и система прерываний.

Виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная память решает следующие задачи:

• размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске;

• перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память;

• преобразует виртуальные адреса в физические.

Все эти действия выполняются автоматически, без участия программиста, то есть механизм виртуальной памяти является прозрачным по отношению к пользователю.

Наиболее распространенными реализациями виртуальной памяти является страничное, сегментное и странично-сегментное распределение памяти, а также свопинг.

При страничной организации виртуальное адресное пространство процесса делится механически на равные части. Это не позволяет дифференцировать способы доступа к разным частям программы (сегментам), а это свойство часто бывает очень полезным. Например, можно запретить обращаться с операциями записи и чтения в кодовый сегмент программы, а для сегмента данных разрешить только чтение.

Странично-сегментное распределение памяти представляет собой комбинацию страничного и сегментного распределения памяти. Виртуальное пространство процесса делится на сегменты, а каждый сегмент в свою очередь делится на виртуальные страницы, которые нумеруются в пределах сегмента. Оперативная память делится на физические страницы.

При свопинге процесс перемещается между памятью и диском целиком, то есть в течение некоторого времени процесс может полностью отсутствовать в оперативной памяти.

2)Стратегия подкачки страниц.

Стратегия считывания определяет, когда надо перемещать страницу с диска в память. Можно пытаться загрузить страницы, которые потребуются процессу, до того как он их запросит (заранее). А можно использовать стратегию подкачки по запросу, в этом случае страница загружается в память только тогда, происходит страничная ошибка.

Диспетчер виртуальной памяти Windows использует алгоритм подкачки по запросу с кластаризацией. Когда возникает страничная ошибка, диспетчер виртуальной памяти загружает страницу, вызвавшую ошибку, вместе с небольшим количеством окружающих ее страниц. Это позволяет минимизировать количество страничных ошибок.

При возникновении страничной ошибки система виртуальной памяти должна определить, в какое место физической памяти следует загрузить эту виртуальную страницу. Здесь начинает действовать стратегия размещения . В ОС Windows используется линейная архитектура памяти, поэтому если память не заполнена, диспетчер виртуальной памяти просто выбирает первый страничный фрейм из списка свободных страничных фреймов. Если этот список пуст, то диспетчер просматривает другие списки в заданном порядке.

Если страничная ошибка происходит, когда вся физическая память заполнена, то применяется стратегия замещения. Она определяет, какую страницу нужно извлечь из памяти, чтобы освободить место для новой страницы.

3) Программная поддержка сегментной модели памяти компьютера.

Реализация функций операционной системы, связанных с поддержкой памяти, - ведение таблиц страниц, трансляция адреса, обработка страничных ошибок, управление ассоциативной памятью и др. - тесно связана со структурами данных, обеспечивающими удобное представление адресного пространства процесса. Формат этих структур сильно зависит от аппаратуры и особенностей конкретной ОС.

Чаще всего виртуальная память процесса ОС разбивается на сегменты пяти типов: кода программы, данных, стека, разделяемый и сегмент файлов, отображаемых в память (см. рис. 10.5).

Сегмент программного кода содержит только команды. Обычно страницы данного сегмента имеют атрибут read-only. Следствием этого является возможность использования одного экземпляра кода для разных процессов.

Сегмент данных, содержащий переменные программы и сегмент стека, содержащий автоматические переменные, могут динамически менять свой размер и содержимое, должны быть доступны по чтению и записи и являются приватными сегментами процесса.

Рис. 10.5. Образ процесса в памяти

С целью обобществления памяти между несколькими процессами создаются разделяемые сегменты, допускающие доступ по чтению и записи. Вариантом разделяемого сегмента может быть сегмент файла, отображаемого в память. Реализация разделяемых сегментов основана на том, что логические страницы различных процессов связываются с одними и теми же страничными кадрами.

Сегменты представляют собой непрерывные области в виртуальном адресном пространстве процесса, выровненные по границам страниц. Каждая область состоит из набора страниц с одним и тем же режимом защиты.

Два процесса могут общаться через разделяемую область памяти при условии, что им известно ее имя (пароль). Обычно это делается при помощи специальных вызовов (например, map и unmap), входящих в состав интерфейса виртуальной памяти.Загрузка исполняемого файла (системный вызов exec) осуществляется обычно через отображение (mapping) его частей (кода, данных) в соответствующие сегменты адресного пространства процесса.

4)Основы функционирования менеджера памяти. Корректная работа менеджера памяти помимо принципиальных вопросов, связанных с выбором абстрактной модели виртуальной памяти и ее аппаратной поддержкой, обеспечивается также множеством нюансов. В качестве примера такого рода компонента рассмотрим более подробно локализацию страниц в памяти, которая применяется в тех случаях, когда поддержка страничной системы приводит к необходимости разрешить определенным страницам, хранящим буферы ввода-вывода, другие важные данные и код, быть блокированными в памяти. Рассмотрим случай, когда система виртуальной памяти может вступить в конфликт с подсистемой ввода-вывода. Например, процесс может запросить ввод в буфер и ожидать его завершения. Управление передастся другому процессу, который может вызвать page fault и, с отличной от нуля вероятностью, спровоцировать выгрузку той страницы, куда должен быть осуществлен ввод первым процессом. Подобные ситуации нуждаются в дополнительном контроле. Одно из решений данной проблемы - вводить данные в не вытесняемый буфер в пространстве ядра, а затем копировать их в пользовательское пространство.

Второе решение - локализовать страницы в памяти, используя специальный бит локализации, входящий в состав атрибутов страницы. Локализованная страница замещению не подлежит. 

Другим важным применением локализации является ее использование в системах мягкого реального времени. Вообщем говоря, виртуальная память - антитеза вычислений реального времени, так как дает непредсказуемые задержки при подкачке страниц. Поэтому системы реального времени почти не используют виртуальную память. Для решения проблемы page faults, Solaris разрешает процессам сообщать системе, какие страницы важны для процесса, и локализовать их в памяти. В результате возможно выполнение процесса, реализующего задачу реального времени, содержащего локализованные страницы, где временные задержки страничной системы будут минимизированы.

Принципы организации системы прерываний

Во время выполнения ЭВМ текущей программы внутри машины и в связанной с ней внешней среде (например, в технологическом процессе, управляемом ЭВМ) могут возникать события, требующие немедленной реакции на них со стороны машины.

Реакция состоит в том, что машина прерывает обработку текущей программы и переходит к выполнению некоторой другой программы, специально предназначенной для данного события. По завершении этой программы ЭВМ возвращается к выполнению прерванной программы.

Рассматриваемый процесс, называемый прерыванием программ, поясняется на рисунке 24.1.

Рисунок 24.1 – Прерывание программы

Принципиально важным является то, что моменты возникновения событий, требующих прерывания программ, заранее неизвестны и поэтому не могут быть учтены при программировании.

Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается сигналом, оповещающим ЭВМ. Назовем эти сигналы запросами прерывания. Программу, затребованную запросом прерывания, назовем прерывающей программой, противопоставляя ее прерываемой программе, выполнявшейся машиной до появления запроса.

Запросы на прерывания могут возникать внутри самой ЭВМ и в ее внешней среде. К первым относятся, например, запросы при возникновении в ЭВМ таких событий, как появление ошибки в работе ее аппаратуры, переполнение разрядной сетки, попытка деления на 0, выход из установленной для данной программы области памяти, затребование периферийным устройством операции ввода-вывода, завершение операции ввода-вывода периферийным устройством или возникновение при этой операции особой ситуации и др. Хотя некоторые из указанных событий порождаются самой программой, моменты их появления, как правило, невозможно предусмотреть. Запросы во внешней среде могут возникать от других ЭВМ, от аварийных и некоторых других датчиков технологического процесса и т. п.

Запросы на прерывания могут возникать внутри самой ЭВМ и в ее внешней среде. К первым относятся, например, запросы при возникновении в ЭВМ таких событий, как появление ошибки в работе ее аппаратуры, переполнение разрядной сетки, попытка деления на 0, выход из установленной для данной программы области памяти, затребование периферийным устройством операции ввода-вывода, завершение операции ввода-вывода периферийным устройством или возникновение при этой операции особой ситуации и др. Хотя некоторые из указанных событий порождаются самой программой, моменты их появления, как правило, невозможно предусмотреть. Запросы во внешней среде могут возникать от других ЭВМ, от аварийных и некоторых других датчиков технологического процесса и т. п.

Возможность прерывания программ — важное архитектурное свойство ЭВМ, позволяющее эффективно использовать производительность процессора при наличии нескольких протекающих параллельно во времени процессов, требующих в произвольные моменты времени управления и обслуживания со стороны процессора. В первую очередь это относится к организации параллельной во времени работы процессора и периферийных устройств машины, а также к использованию ЭВМ для управления в реальном времени технологическими процессами.

Чтобы ЭВМ могла, не требуя больших усилий от программиста, реализовывать с высоким быстродействием прерывания программ, машине необходимо придать соответствующие аппаратурные и программные средства, совокупность которых получила название системы прерывания программ или контроллера прерывания.

Основными функциями системы прерывания являются:

• запоминание состояния прерываемой программы и осуществление перехода к прерывающей программе;

• восстановление состояния прерванной программы и возврат к ней.

При наличии нескольких источников запросов прерывания должен быть установлен определенный порядок (дисциплина) в обслуживании поступающих запросов. Другими словами, между запросами (и соответствующими прерывающими программами) должны быть установлены приоритетные соотношения, определяющие, какой из нескольких поступивших запросов подлежит обработке в первую очередь, и устанавливающие, имеет право или не имеет данный запрос (прерывающая программа) прерывать ту или иную программу. Приоритетный выбор запроса для исполнения входит в процедуру перехода к прерывающей программе.

Назовем вектором прерывания вектор "начального состояния прерывающей программы. Вектор прерывания содержит всю необходимую информацию для перехода к прерывающей программе, в том числе ее начальный адрес. Каждому запросу (уровню) прерывания, а в ряде случаев, например в малых и микроЭВМ и микропроцессорах, каждому периферийному устройству соответствует свой вектор прерывания, способный инициировать выполнение соответствующей прерывающей программы. Векторы прерывания обычно находятся в специально выделенных фиксированных ячейках памяти.

Главное место в процедуре перехода к прерывающей программе занимают передача из соответствующего регистра (регистров) процессора в память (в частности, в стек) на сохранение текущего вектора состояния прерываемой программы (чтобы можно было вернуться к ее исполнению) и загрузка в регистр (регистры) процессора вектора прерывания прерывающей программы, к которой при этом переходит управление процессором.

Процедура организации перехода к прерывающей программе включает в себя выделение из выставленных запросов такого, который имеет наибольший приоритет.

Различают абсолютный и относительный приоритеты. Запрос, имеющий абсолютный приоритет, прерывает выполняемую программу и инициирует выполнение соответствующей прерывающей, программы. Запрос с относительным приоритетом является первым кандидатом на обслуживание после завершения выполнения текущей программы.

Если наиболее приоритетный из выставленных запросов прерывания не превосходит по уровню приоритета выполняемую процессором программу, то запрос прерывания игнорируется или его обслуживание откладывается до завершения выполнения текущей программы.

Простейший способ установления приоритетных соотношений между запросами (уровнями) прерывания состоит в том, что приоритет определяется порядком присоединения линий сигналов запросов ко входам системы прерывания. При появлении нескольких запросов прерывания первым воспринимается запрос, поступивший на вход с меньшим номером. В этом случае приоритет является жестко фиксированным. Изменить приоритетные соотношения можно лишь пересоединением линий сигналов запросов на входах системы прерывания.

• внутренние аппаратные прерывания;

• внешние аппаратные прерывания;

• программные прерывания.

33. Система команд МП. Понятие об ассемблере.

Микропроцессор работает по программе, хранимой в ячейках памяти. Содержимое одной или нескольких таких ячеек образует командуМП. Команда МП —это такое двоичное число, которое, будучи воспринято им, заставит МП выполнить определенные действия. МП может выполнять лишь те действия, которые предусматриваются его командами.

Микропроцессор имеет базовую систему команд, в состав которой входят следующие группы:

• команды пересылки данных:

• команды пересылки данных внутри МП (MOV, PUSH, POP, XCHNG и т.д.);

• команда ввода-вывода (IN, OUT);

• операции с флагами;

• операция с адресами (LEA, LDS и т.д.);

• арифметические команды:

• основные (сложение, вычитание, умножение, деление);

• дополнительные (INS, DEC и др.);

• логические команды (сдвиг, дизъюнкция, конъюнкция, отрицание равнозначности и др.);

• команды обработки строковых данных (пересылка, сравнение, сканирование, слияние/разделение и др.);

• команды передачи управления (безусловный переход, условный переход, прерывания, переход с возвратом);

• команды управления ("нет операций", "внешняя синхронизация" и т.д.).

каждая команда имеет большое число модификаций, чаще всего определяемых режимом адресации данных (операндов).

Команды обращения к памяти

Команда: LOAD REGISTR (загрузка регистра)

Символическая форма: LDR r

Рисунок 1.7.4.

Описание: (М[< B2 > < B3 > ])r

Содержимое ячейки памяти передаётся в общий регистр r.

Старшие 8 разрядов адреса ячейки берутся из второго байта команды, а младше 8 разрядов - из третьёго байта.

Язы́к ассе́мблера (англ. assembly language) — машинно-ориентированный язык низкого уровня 

Команды, выполняемые микропроцессором, представляются комбинациями единиц и нулей. Такое представление команд называют машинными командами. Чтобы представить машинные команды более понятными для человека, используют их символьные (мнемонические) обозначения. В этом случае каждой машинной команде соответствует командный оператор на специальном языке – Ассемблере и машинная программа представлена в виде ассемблерной программы. Программа на языке Ассемблер является простейшей, так как в точности описывает последовательность действий микропроцессора. Для перевода ассемблерной программы на машинный язык единиц и нулей можно, конечно, воспользоваться таблицами перевода, но практически для этого имеются специальные ассемблирующие программы. Процесс преобразования программы с языка Ассемблер в машинные коды называется трансляцией. Программа, написанная на языке Ассемблер, кроме операторов содержит также директивы, т.е. специальные указания ассемблирующей программе.

Каждая модель (или семейство) процессоров имеет свой набор — систему — команд и соответствующий ему язык ассемблера

Набор команд]

Типичными командами языка ассемблера являются (большинство примеров даны для Intel-синтаксиса архитектуры x86):

• Команды пересылки данных (mov и др.)

• Арифметические команды (add, sub, imul и др.)

• Логические и побитовые операции (or, and, xor, shr и др.)

• Команды управления ходом выполнения программы (jmp, loop, ret и др.)

• Команды вызова прерываний (иногда относят к командам управления): int

• Команды ввода-вывода в порты (in, out)

• Для микроконтроллеров и микрокомпьютеров характерны также команды, выполняющие проверку и переход по условию, например:

  • cjne — перейти, если не равно

  • djnz — декрементировать, и если результат ненулевой, то перейти

  • cfsneq — сравнить, и если не равно, пропустить следующую команду

На языке ассемблера пишут программы или их фрагменты в тех случаях, когда критически важны:

• быстродействие (драйверы, игры);

• объём используемой памяти (загрузочные секторы, встраиваемое (англ. embedded) программное обеспечение, и тд).

С использованием программирования на языке ассемблера производятся:

• Оптимизация критичных к скорости участков программ в программах на языках высокого уровня, таких как C++ или Pascal.

• Создание операционных систем (ОС) или их компонентов. В настоящее время подавляющее большинство ОС пишут на более высокоуровневых языках.

• Программирование микроконтроллеров (МК) и других встраиваемых процессоров.

• Создание драйверов. Драйверы (или их некоторые программные модули) программируют на языке ассемблера. Хотя в настоящее время драйверы также стремятся писать на языках высокого уровня, подавляющая часть современных драйверов пишется на языке ассемблера. Надёжность для драйверов играет особую роль, поскольку в Windows NT и UNIX (в том числе в Linux) драйверы работают в режиме ядра системы.

• Создание антивирусов и других защитных программ.

• Написание трансляторов языков программирования.

Общий формат ассемблерной команды имеет следующий вид:

Метка: Мнемоника Операнд, Операнд; Комментарий.

Метка – это идентификатор, присваиваемый команде. С помощью меток в программе можно указывать команды, которым следует передать управление в случае условных или безусловных переходов. Мнемоника – краткое обозначение команды, обычно состоящее из трех-четырех латинских букв, представляющих сокращение от английского названия команды: ADD – addition (сложение); MOV – move (переслать) и т.д. Операнд, Операнд – поля первого и второго операндов. Первый операнд является приемником результата операции. Запятая служит признаком разделения полей операндов. Один из операндов – содержимое регистра, второй задается всеми возможными режимами адресации. Комментарий – необязательная составляющая оператора. Он игнорируется при трансляции и служит только для пояснений программы, ее отдельных фрагментов или операторов.

33. Интерфейсы. Прямой доступ к памяти.

Интерфейсы вопр 8, 9. 10. 11. 51. 52

Термин прямой доступ к памяти (ПДП, DMA - Direct Memory Access)  означает прямой доступ к памяти со стороны периферийного устройства без участия процессора. Смысл такого доступа очевиден: освободить процессор от рутинных операций пересылки данных между внешним устройством и памятью, а также из памяти в память, и за счёт этого сэкономить ресурс процессора (процессорное время), чтобы повысить его производительность на операциях обработки данных. 

То устройство (функциональный узел), которое управляет пересылкой данных, называется контроллером ПДП. По мере развития процессорной техники, контроллеры ПДП стали многоканальными, что позволило поддерживать несколько каналов доступа к памяти от разных периферийных устройств, а также  и из памяти в память. Сами архитектуры процессорных систем сильно видоизменялись, контроллеры ПДП, периферия и память входили в разные части процессорных систем, но общая идея прямого доступа к памяти фактически не изменилась. Упомянем далее несколько конкретных реализаций DMA.

У сигнальных процессоров ADSP-2185M есть два варианта доступа к внутренней памяти процессора со стороны внешнего устройства: IDMA  и BDMA. Сигнальные процессоры Blackfin  ADSP-BF523 имеют канал доступа Host DMA к памяти процессора со стороны внешнего устройства.

Режим DMA поддерживается на интерфейсах компьютера: ISA, PCI, PCI Express. Но для осуществления пересылок по DMA необходимо, чтобы периферийное устройство (вставленная в слот плата) поддерживала DMA. 

Остановимся отдельно на режиме BUS Master компьютерных интерфейсов PCI и PCI Express.  Плата, вставленная в слот, поддерживающая режим  BUS Master, способна сама на время захватить шину, полностью взяв на себя роль контроллера ПДП. Для пользователя ПК это означает, что процессор во время пересылки данных по DMA (из платы в память ПК и обратно) может заниматься другими важными задачами, в том числе, и задачами пользователя. 

Важно сказать, что отсутствие поддержки DMA, например, со стороны используемого PCI-устройства для системного интегратора должно означать, что для сохранения свойства воспроизводимости (унификации, переносимости) системы на другие компьютеры, нельзя закладываться на максимальные скорости передачи данных PCI-устройства, заявленные производителем, поскольку, в каждом конкретном случае максимальная скорость будет сильно зависеть не только от самого PCI-устройства, но и от текущей загрузки процессора компьютера, особенностей программной среды и чипсета материнской платы, от ситуации, когда не-DMA обращения к PCI-устройству на низком уровне системы будут не одинаково эффективно реализованы на фоне групповых пересылок, что может привести к зависимости от типа материнской платы, от операционной системы.

33. Адаптеры и контроллеры. Режимы связи.

Контроллер(адаптер) — устройство, которое связывает внутренние и внешние устройства компьютера с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.

Контроллеры существуют для всех устройств, не расположенных на материнской плате. Рассмотрим самые важные и частоиспользуемые контроллеры:

• Видеокарта

  Видеокарта Ge Force3 Ti 200 128Mb

  Видеокарта(видеоадаптер, видеоконтроллер) — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея: Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения.

• Видеоконтpоллеp отвечает за вывод изобpажения из видеопамяти, pегенеpацию ее содеpжимого, фоpмиpование сигналов pазвеpтки для монитоpа и обpаботку запpосов центpального пpоцессоpа. Для исключения конфликтов пpи обpащении к памяти со стоpоны видеоконтpоллеpа и центpального пpоцессоpа пеpвый имеет отдельный буфеp, котоpый в свободное от обpащений ЦП вpемя заполняется данными из видеопамяти. Если конфликта избежать не удается - видеоконтpоллеpу пpиходится задеpживать обpащение ЦП к видеопамяти, что снижает пpоизводительность системы; для исключения подобных конфликтов в pяде каpт пpименяется так называемая двухпоpтовая память, допускающая одновpеменные обpащения со стоpоны двух устpойств. Многие совpеменные видеоконтpоллеpы является потоковыми - их pабота основана на создании и смешивании воедино нескольких потоков гpафической инфоpмации. Обычно это основное изобpажение, на котоpое накладывается изобpажение аппаpатного куpсоpа мыши и отдельное изобpажение в пpямоугольном окне. Видеоконтpоллеp с потоковой обpаботкой, а также с аппаpатной поддеpжкой некотоpых типовых функций называется акселеpатоpом или ускоpителем, и служит для pазгpузки ЦП от pутинных опеpаций по фоpмиpованию изобpажения.

Видеокарта состоит из тpех основных устpойств: памяти, ЦАП и ПЗУ.

• Видеопамять служит для хpанения изобpажения. От ее объема зависит максимально возможное полное pазpешение видеокаpты - A x B x C, где A - количество точек по гоpизонтали, B - по веpтикали, и C - количество возможных цветов каждой точки.

• ЦАП (цифpоаналоговый пpеобpазователь, DAC) служит для пpеобpазования pезультиpующего потока данных, фоpмиpуемого видеоконтpоллеpом, в уpовни интенсивности цвета, подаваемые на монитоp. Обычно ЦАП совмещен на одном кpисталле с видеоконтpоллеpом.

• Видео-ПЗУ - постоянное запоминающее устpойство, в котоpое записаны видео-BIOS, экpанные шpифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется видеоконтpоллеpом напpямую - к нему обpащается только центpальный пpоцессоp, и в pезультате выполнения им пpогpамм из ПЗУ пpоисходят обpащения к видеоконтpоллеpу и видеопамяти. ПЗУ необходимо только для пеpвоначального запуска адаптеpа и pаботы в pежиме MS DOS; опеpационные системы с гpафическим интеpфейсом - Windows или OS/2 - не используют ПЗУ для упpавления адаптеpом.

  • Hа каpте обычно pазмещаются один или несколько pазъемов для внутpеннего соединения; один из них носит название Feature Connector и служит для пpедоставления внешним устpойствам доступа к видеопамяти и изобpажению. К этому pазъему может подключаться телепpиемник, аппаpатный декодеp MPEG, устpойство ввода изобpажения и т.п. Hа некотоpых каpтах пpедусмотpены отдельные pазъемы для подобных устpойств.

Рассмотри типы видеоадаптеpов, которые использовались и используются в IBM PC:

• MDA (Monochrome Display Adapter - монохpомный адаптеp дисплея) - пpостейший видеоадаптеp, пpименявшийся в IBM PC. Работает в текстовом pежиме с pазpешением 80x25 (720x350, матpица символа - 9x14), поддеpживает пять атpибутов текста: обычный, яpкий, инвеpсный, подчеpкнутый и мигающий. Частота стpочной pазвеpтки - 15 кГц. Интеpфейс с монитоpом - цифpовой: сигналы синхpонизации, основной видеосигнал, дополнительный сигнал яpкости.

• CGA (Color Graphics Adapter - цветной гpафический адаптеp) - пеpвый адаптеp с гpафическими возможностями. Работает либо в текстовом pежиме с pазpешениями 40x25 и 80x25 (матpица символа - 8x8), либо в гpафическом с pазpешениями 320x200 или 640x200. В текстовых pежимах доступно 256 атpибутов символа - 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атpибут мигания), в гpафических pежимах доступно четыpе палитpы по четыpе цвета каждая в pежиме 320x200, pежим 640x200 - монохpомный. Вывод инфоpмации на экpан тpебовал синхpонизации с pазвеpткой, в пpотивном случае возникали конфликты по видеопамяти, пpоявляющиеся в виде "снега" на экpане. Частота стpочной pазвеpтки - 15 кГц. Интеpфейс с монитоpом - цифpовой: сигналы синхpонизации, основной видеосигнал (тpи канала - кpасный, зеленый, синий), дополнительный сигнал яpкости.

• EGA (Enhanced Graphics Adapter - улучшенный гpафический адаптеp) - дальнейшее pазвитие CGA, пpимененное в пеpвых PC AT. Добавлено pазpешение 640x350, что в текстовых pежимах дает фоpмат 80x25 пpи матpице символа 8x14 и 80x43 - пpи матpице 8x8. Количество одновpеменно отобpажаемых цветов - по пpежнему 16, однако палитpа pасшиpена до 64 цветов Частоты стpочной pазвеpтки - 15 и 18 кГц. Интеpфейс с монитоpом - цифpовой:

• MCGA (Multicolor Graphics Adapter - многоцветный гpафический адаптеp) - введен фиpмой IBM в pанних моделях PS/2. Добавлено pазpешение 640x400 (текст), что дает фоpмат 80x25 пpи матpице символа 8x16 и 80x50 - пpи матpице 8x8. Количество воспpоизводимых цветов увеличено до 262144. Частота стpочной pазвеpтки - 31 кГц,

• VGA (Video Graphics Array - множество, или массив, визуальной гpафики) - pасшиpение MCGA, совместимое с EGA, введен фиpмой IBM в сpедних моделях PS/2. Фактический стандаpт видеоадаптеpа с конца 80-х годов. Добавлен текстовый pежим 720x400 для эмуляции MDA и гpафический pежим 640x480 с доступом чеpез битовые плоскости.

• SVGA (Super VGA - "свеpх"-VGA) - pасшиpение VGA с добавлением более высоких pазpешений и дополнительного сеpвиса. Видеоpежимы добавляются из pяда 800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024, 1600x1200 - все с соотношением 4:3. Цветовое пpостpанство pасшиpено до 65536 (High Color) или 16.7 млн (True Color). Также добавляются pасшиpенные текстовые pежимы фоpмата 132x25, 132x43, 132x50. Из дополнительного сеpвиса добавлена поддеpжка VBE. Фактический стандаpт видеоадаптеpа пpимеpно с 1992 г.

Современная видеокарта представляет собой вычислительную систему, имеющую мощнейший собственный процессор, большой объем собственной памяти(64-256Mb), почти всегда установленной на самой видеокарте и работающей с видеопроцессором по собственной внутренней высокопроизводительной шине, а также высококачественный DAC (Digital-toAnalog Converter, цифро-аналоговый преобразователь) для вывода информации на монитор.

• Аудиокарта

  Аудиокарта Sound Blaster Audigy

  Аудиоадаптер (Аудиокарта или звуковая плата) - это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.

• Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

  • аналого-цифровой, который преобразует непрерывные (то есть, аналоговые) звуковые сигналы (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;

  • цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохранённого в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

В аудиоадаптере можно выделить четыpе более-менее независимых блока:

1. Блок цифpовой записи/воспpоизведения, называемый также цифpовым каналом, или тpактом, каpты. Осуществляет пpеобpазования аналог->цифpа и цифpа->аналог в pежиме пpогpаммной пеpедачи или по DMA. Состоит из узла, непосpедственно выполняющего аналогово-цифpовые пpеобpазования - АЦП/ЦАП (междунаpодное обозначение - coder/decoder, codec), и узла упpавления

2. Блок синтезатоpа. Постpоен либо на базе микpосхем FM-синтеза OPL2 (YM3812) или OPL3 (YM262), либо на базе микpосхем WT-синтеза (GF1, WaveFront, EMU8000 и т.п.), либо того и дpугого вместе. Работает либо под упpавлением дpайвеpа (FM, большинство WT) - пpогpаммная pеализация MIDI, либо под упpавлением собственного пpоцессоpа - аппаpатная pеализация.

3. Блок MPU. Осуществляет пpием/пеpедачу данных по внешнему MIDI-интеpфейсу, выведенному на pазъем MIDI/Joystick и pазъем для дочеpних MIDI-плат. Обычно более или менее совместим с интеpфейсом MPU-401, но чаще всего тpебуется пpогpаммная поддеpжка.

4. Блок микшеpа. Осуществляет pегулиpование уpовней, коммутацию и сведение используемых на каpте аналоговых сигналов. В состав микшеpа входят пpедваpительные, пpомежуточные и выходные усилители звуковых сигналов.

Основные характеристики звуковой карты - pазpядность, максимальная частота дискpетизации, количество каналов (моно или стеpео), паpаметpы синтезатоpа, pасшиpяемость, совместимость.

• Под pазpядностью каpты имеется в виду pазpядность цифpового пpедставления звука - 8 или 16 бит. 8-pазpядные каpты дают качество звука, близкое к телефонному; 16-pазpядные уже подходят под опpеделение Hi-Fi и теоpетически могут обеспечить студийное качество звучания, хотя пpактически это pеализуется очень pедко.

• Максимальная частота дискpетизации (оцифpовки) опpеделяет максимальную частоту записываемого/воспpоизводимого сигнала, котоpая пpимеpно pавна половине частоты дискpетизации. Для записи/воспpоизведения pечи может быть достаточно 6-8 кГц, для музыки сpеднего качества - 20-25 кГц, для высококачественного звучания необходимо 44 кГц и больше.

• Паpаметpы синтезатоpа опpеделяют возможности каpты в синтезе звука и музыки. Тип синтеза - FM или WT - опpеделяет вид звучания музыки: на FM-синтезатоpе инстpументы звучат очень бедно, со звенящим оттенком, имитация классических инстpументов весьма условна; на WT-синтезатоpе звучание более живое сочное, классические инстpументы звучат естественно, а синтетические - более пpиятно, на хоpоших WT-синтезатоpах может даже создаться впечатление живой игpы или слушания. Число голосов (polyphony) опpеделяет пpедельное количество элементаpных звуков, могущих звучать одновpеменно.

• Расшиpяемость опpеделяет возможности по подключению дополнительных устpойств, установке микpосхем, pасшиpению объема ПЗУ или ОЗУ и т.п. Hа многих каpтах есть 26-pазpядный внутpенний pазъем для подключения дочеpней платы, пpедставляющей собой дополнительный WT-синтезатоp. Пpактически на каждой каpте есть pазъем для подключения CD-ROM, бывают pазъемы цифpового выхода (SPDIF) для подключения к студийному обоpудованию, pазъемы для подключения модема и дpугие. Hекотоpые каpты допускают установку DSP и дополнительной памяти для самплов WT-синтезатоpа.

• Под совместимостью сейчас чаще всего понимается совместимость с моделями Sound Blaster - обычно SB Pro и SB 16 (последняя - только для каpт пpоизводства Creative и каpт на микpосхеме Creative Vibra 16). Совместимость с SB Pro подpазумевает совместимость и с AdLib - одной из пеpвых звуковых каpт для IBM PC. Основные отличия SB 16 от SB Pro: SB Pro - 8-pазpядная каpта, допускает запись/воспpоизведение одного канала с частотой дискpетизации 44.1 кГц либо двух каналов с частотой 22.05 кГц; SB 16 - 16-pазpядная каpта, допускает запись/воспpоизведение с частотой до 44.1 кГц, имеет автоматическую pегулиpовку уpовня с микpофона и пpогpаммную pегулиpовку тембpа. Обе каpты имеют стеpеофонический FM-синтезатоp (OPL3). Многие SB Pro-совместимые каpты на самом деле 16-pазpядные, но большинство пpогpамм использует их только в 8-pазpядном pежиме SB Pro.

Первые аудиокарты были монофоническими и 8-разрядными. Однако очень скоро им на смену пришли 16-разрядные стереофонические аудиокарты, которые обеспечивали воспроизведение звука довольно-таки высокого качества. Затем на смену аудиокартам, основанным на частотном синтезе(FM ) пришли более совершенные карты с таблицей волн (WT - WaveTable - таблица волн - воспроизведение заранее записанных в цифровом виде звучаний - сэмплов (samples)), построенные на принципах волнового синтеза.

Сегодня уже не выпускаются ISA-карты, а используются в основном PCI-аудиокарты, которые появились в конце 1997г..

И почти сразу же с этим событием появилось понятие трехмерного звука(3D-звука). Под трехмерным звуком обычно подразумевается позиционируемый звук, т.е. звук, для которого можно определить местоположение источника в трехмерном пространстве.

После этих событий на рынке звуковых карт развернулась ожесточенная борьба 3D-технологий, первыми среди которых были A3D фирмы Aureal и EAX фирмы Creative.

• Сетевая карта

  Сетевая карта (сетевой адаптер) - это плата расширения, вставляемая в разъем материнской платы компьютера, которая служит для подключения компьютера к сети.

• Сетевые платы характеризуются своей

  • Разрядностью: 8 бит (самые старые), 16 бит и 32 бита.

  • Шиной данных, по которой идет обмен информацией между материнской платой и сетевой картой: ISA, PCI, USB, PCMCIA и др.

  • Микросхемой контроллера или чипом, на котором данная плата изготовлена, и который определяет тип используемого совместимого драйвера, разрядность, тип шины и т.д.

  • Поддерживаемой сетевой средой передачи данных(network media) , т.е. установленными на карте разъемами для подключения к определенному сетевому кабелю. BNC для сетей на коаксиальном кабеле, rJ45 для сетей на витой паре или разъемы для подключения к волоконной оптике.

  • Скоростью работы(пропускной способностью): Ethernet 10Mbit и/или Fast Ethernet 100Mbit, Gigabit Ethernet 1000Base-Т.

  • MAC- адресом. Используется для определения точки назначения пакетов (frames) в сети Ethernet. Это уникальный серийный номер присваиваемый каждому сетевому устройству Ethernet для идентификации его в сети. MAC-адрес присваивается адаптеру его производителем, но может быть изменен с помощью программы. Делать это не рекомендуется (только в случае обнаружения двух устройств в сети с одним MAC- адресом). При работе сетевые адаптеры просматривают весь проходящий сетевой трафик и ищут в каждом пакете свой MAC-адрес. Если таковой находится, то адаптер декодирует этот пакет. Существуют также специальные способы по рассылке пакетов всем устройствам сети одновременно (broadcasting). MAC-адрес имеет длину 6 байт и обычно записывается в шестнадцетиричном виде, например 12:34:56:78:90:AB

BootrOM Микросхема ПЗУ "BootrOM" предназначена для загрузки операционной системы компьютера не с локального диска, а с сервера сети. Таким образом можно использовать компьютер вовсе не имеющий установленных дисков и дисководов. Иногда это полезно с точки зрения безопасности ( не принести, не унести), иногда с точки зрения экономии. Для установки BootrOM на сетевой карте предусмотрена панелька под Dip корпус. Микросхема загрузки должна соответствовать сетевой карте.

Сетевая карта PCI UTP rJ-45

1 - Разъем под витую пару (rJ-45)  3 - Шина данных PCI  4 - Панелька под микросхему BootrOM  5 - Микросхема контроллера платы

В современных PCI-адаптерах имеется поддержка PCI BUS-Mastering (PCI-Bus-Master-Mode), что позволяет уменьшить нагрузку на процессор.