Системное программное обеспечение
Лекция № 1 «Введение. Архитектура ПК на основе INTEL процессоров»
Введение
Структуру вычислительной системы в рамках данного курса можно представить в виде пирамиды:
Прикладные программы
Системы программирования
Управление логическими устройствами
Управление физическими устройствами
Аппаратные средства
Операционная система — программа, обеспечивающая функционирование и взаимодействие пользователя с вычислительной системой, а также управляющая ее ресурсами (логическими и физическими).
К операционной системе относится второй и третий уровень пирамиды.
Введение
Системное программное обеспечение (СПО) – комплекс программ, реализующий функциональность вычислительной системы и имеющий целью повышение ее производительности и эффективность взаимодействия с пользователем. Компоненты СПО называют системными программами.
Язык системного программирования должен удовлетворять следующим требованиям:
•возможность создания программ, эффективно использующих ресурсы вычислительной системы (например, память, время процессора, дисковое пространство и т.д.);
•оптимальное использование аппаратных особенностей компьютера (например доступ ко всей имеющейся оперативной памяти, работу в защищенном режиме, использование и управление кэш – памятью и т.д.);
•некоторые программы, например драйверы для управления периферийным оборудованием, имеют специальную структуру. Язык должен обеспечить возможность создания программ произвольной структуры;
•удобство отладки системных программ и минимизация ошибок.
Введение
В |
настоящее |
время |
нет |
языка, |
полностью |
удовлетворяющего этим требованиям.
Всем требованиям, кроме последнего, удовлетворяет машинный язык и близкий к нему язык Ассемблера.
Последнему требованию удовлетворяют языки высокого уровня, но они не удовлетворяют первым трем требованиям.
Поэтому при создании системных программ используют и язык Ассемблер и язык высокого уровня (обычно С и С++). Ассемблер особенно эффективен для решения проблем, связанных с аппаратурой (или даже, более того, зависящих от аппаратуры как, к примеру, повышение быстродействия программы и минимизация используемой памяти).
Введение
Язык ассемблера — это символическое представление машинного языка, системы команд процессора. Отсюда понятно, что, несмотря на общее название, язык ассемблера для каждого типа компьютера свой. Это касается и внешнего вида программ, написанных на ассемблере, и идей, отражением которых этот язык является.
Целью курса является:
1.изучение языка Ассемблера для микропроцессоров фирмы Intel (семейства 80х86) как средства разработки системного программного обеспечения;
2.применение языка Ассемблера для создания системных программ.
Введение
Микропроцессоры корпорации Intel и персональные компьютеры на их основе прошли не очень длинный во времени, но значительный по существу путь развития, в котором можно выделить следующие основные тенденции:
1.кардинальное изменение возможностей и даже самих принципов архитектуры процессоров от поколения к поколению; 2.неуклонное соблюдение принципа обеспечения совместимости новых
моделей со старыми, чтобы не отпугивать потенциального потребителя перспективой полной замены освоенного или разработанного им программного обеспечения.
Введение
Сегодня в семействе 80x86 принято выделять семь поколений процессоров.
Первое поколение (процессоры 8086 и 8088, математический сопроцессор 8087) задало архитектурную основу – базовую систему команд, систему основных 16– разрядных регистров, сегментную систему адресации в пределах 1 Мб с большим разнообразием режимов адресации, систему прерываний. В процессорах применялась «малая» конвейеризация: пока одни узлы выполняли текущую команду, блок предварительной выборки выбирал из памяти следующую.
Введение
Втрое поколение (80286 и сопроцессор 80287) добавило
всемейство так называемый «защищённый режим», позволяющий для каждой задачи использовать виртуальную память размером до 1Гб на основе адресуемой физической памяти в пределах 16 Мб. Защищённый режим является основой для построения многозадачных операционных систем,
вкоторых система привилегий жестко регламентирует взаимоотношения задач с памятью, операционной системой и друг с другом. Производительность процессоров 80286 возросла не только в связи с ростом тактовой частоты, но и за счет значительного усовершенствования конвейера.
Введение
Третье поколение (80386/80387 с «суффиксами» DX и SX, определяющими разрядность внешней шины) ознаменовалось переходом к 32–разрядной архитектуре. Кроме расширения диапазона представляемых величин также увеличилась ёмкость адресуемой памяти. На этих процессорах начала широко использоваться система Microsoft Windows.
Четвертое поколение (80486 также DX и SX) не внесло существенных изменений в архитектуру, зато был принят ряд мер для повышения производительности. В этих процессорах значительно усложнен исполнительный конвейер. В данном поколении отказались от внешнего сопроцессора – он стал размещаться на одном кристалле с центральным (либо его нет совсем).
Введение
Пятое поколение (процессор Pentium) дало суперскалярную архитектуру. Для быстрого снабжения конвейеров командами и данными из памяти шина данных этих процессоров сделана 64– разрядной, из–за чего их первое время иногда ошибочно называли 64– разрядными процессорами. «На закате» этого поколения появилось расширение ММХ (Multimedia Extension) для ускорения выполнения мультимедиа программ. Но применять его можно не только к задачам, прямо связанным с технологией мультимедиа. В ММХ появился и новый тип арифметики – с насыщением: если результат операции не помещается в разрядной сетке, то переполнения (или «антипереполнения») не происходит, а устанавливается максимально (или минимально) возможное значение числа.