Аппаратные средства вычислительной техники. Ч.1. Лабораторный практикум
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.4 |
|
Значения параметров для заданий 6 – 7 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
|
Задание 6 |
|
|
Задание 7 |
|
|||
варианта |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Аргумент |
|
Параметр |
Аргумент |
Параметр |
||||
|
|
|
|
|
РЦП |
|
|
|
|
|
|
EОП, |
|
Eвидео , |
|
|
|
||
|
Nком |
|
|
Nсимв/оп.вв |
|
Nоп.вв |
|||
|
|
Гбайт |
|
Гбайт |
млн.оп/с |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
100 – 1000, |
|
1 |
|
1 – 4, |
10 – 210, |
20 |
|
100; 200; 300; |
|
Шаг=100 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=50 |
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
200 – 900, |
|
2 |
|
1 – 4, |
100 – 500, |
30 |
|
50; 200;400; 500 |
|
Шаг=100 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
100 – 500, |
|
4 |
|
1 – 4, |
50 – 200, |
40 |
|
100; 200; 300; |
|
Шаг=50 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=50 |
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
100 – 600, |
|
8 |
|
1 – 4, |
10 – 210, |
50 |
|
50; 200;400; 500 |
|
Шаг=50 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
200 – 800, |
|
1 |
|
1 – 4, |
100 – 500, |
20 |
|
100; 200; 300; |
|
Шаг=100 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=100 |
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
300 – 1000, |
|
2 |
|
1 – 4, |
50 – 200, |
30 |
|
50; 200;400; 500 |
|
Шаг=100 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
100 – 1000, |
|
4 |
|
1 – 4, |
10 – 210, |
40 |
|
100; 200; 300; |
|
Шаг=100 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=50 |
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
100 – 500, |
|
8 |
|
1 – 4, |
100 – 500, |
50 |
|
50; 200;400; 500 |
|
Шаг=50 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
200 – 900, |
|
1 |
|
1 – 4, |
50 – 200, |
20 |
|
100; 200; 300; |
|
Шаг=100 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=50 |
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
100 – 600, |
|
2 |
|
1 – 4, |
10 – 210, |
30 |
|
50; 200;400; 500 |
|
Шаг=50 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
300 – 1000, |
|
4 |
|
1 – 4, |
100 – 500, |
40 |
|
100; 200; 300; |
|
Шаг=100 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=100 |
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
100 – 1000, |
|
8 |
|
1 – 4, |
50 – 200, |
50 |
|
50; 200;400; 500 |
|
Шаг=100 |
|
|
|
Шаг =1 |
Шаг=50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Режим с выводом символов на экран. Для этого надо на вкладке параметров установить флажок «Вывод символов на экран». Выполнить моделирование процесса выполнения задачи с теми же заданиями и исходными данными, что и в пункте 1.
20
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА О ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЕ
Отчет должен содержать следующее:
1.Название и цель работы.
2.Исходные данные.
3.График количества тактов работы устройств в зависимости от параметров, изменяемых в каждом пункте.
4.Выводы о влиянии параметров задачи и устройств на характеристики исследованной подсистемы.
Контрольные вопросы
1.Какие устройства входят в состав классической неймановской ЭВМ?
2.Чем отличается шинная архитектура от неймановской?
3.Что такое чипсет?
4.Какие микросхемы входят в состав чипсета и какие функции они выполняют?
5.Какие типы периферийных устройств Вы знаете?
6.Какие типы внешних устройств существуют?
7.Почему устройства хранения информации еще называют устройствами ввода-вывода?
8.Что представляет собой ввод информации в компьютер?
9.Что такое операция вывода?
10.В каких режимах осуществляется ввод текстовой информации в ЭВМ?
11.Какие устройства участвуют в операции ввода одного символа?
12.Для чего нужен буфер клавиатуры?
13.Какие функции выполняет видеокарта?
14.Как влияют параметры задачи на характеристики подсистемы в исследованных Вами режимах?
15.Как влияют параметры устройств на характеристики подсистемы в исследованных Вами режимах?
16.Какие устройства вносят основной вклад во время выполнения про-
грамм?
17.Какие операции вносят основной вклад во время выполнения про-
грамм?
21
Лабораторная работа № 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДСИСТЕМЫ ВЫВОДА ДАННЫХ
НА ПРИНТЕР В ОДНОПРОГРАММНОМ РЕЖИМЕ
Краткая теория
Цель работы. Изучение принципов выполнения операции вывода данных на печать в современных компьютерах, работающих в однопрограммном режиме, с помощью простейшей имитационной модели.
Современные компьютеры, как отмечалось в руководстве к предыдущей лабораторной работе, содержат центральный процессор, оперативную память, северный и южный мосты, а также устройства ввода-вывода. Типовая структура однопроцессорной вычислительной системы приведена на рис. 1.1.
Основными устройствами вывода информации в компьютере являются монитор и принтер. В лабораторной работе изучаются особенности функционирования последнего. Вывод на печать может осуществляться в одном из двух режимов:
a)программно-управляемый режим (без использования буфера принтера);
b)прямой доступ в память (с использованием буфера принтера).
Печать текста в описанном режиме осуществляется в соответствии со следующим алгоритмом:
1.Текст собирается в пространстве пользователя.
2.Обращаясь к системному вызову, программа:
a)получает доступ к принтеру;
b)просит распечатать текст.
3.Операционная система копирует текст в массив, расположенный в ядре.
4.ОС копирует первый символ в регистр данных принтера, который находится в оперативной памяти.
5.Символ печатается на бумаге.
6.Указатель устанавливается на следующий символ.
22
7. Процессор ждет, когда бит готовности принтера будет установлен.
Пункты 1 – 7 повторяются, пока не будет напечатан текст. Описанный режим иллюстрируется рис. 2.1.
Недостатком рассматриваемого способа вывода является неэффективное использование процессора.
Рис. 2.1. Печать строки «Привет!» в режиме программного вывода
При использовании прямого доступа с буфером принтера сначала текст копируется в буфер, после чего начинается печать. Такой режим еще называют выводом, управляемым прерываниями. Для него пункты 1 – 7 предыдущего алгоритма реализуются так же. Затем выполняются следующие шаги.
8. Процессор вызывает планировщик операционной системы и переключается на другую задачу. При однопрограммном режиме он простаивает. Процесс печати блокируется.
23
9.Когда принтер готов, он посылает прерывание процессору.
10.Начинается вывод на печать под управлением контроллера принтера.
Пункты 8 – 10 повторяются, пока не будет напечатан весь текст. Достоинством рассмотренного режима является более высокая загрузка процессора, т.е. более эффективное его использование.
Описание лабораторной установки
Лабораторная работа выполняется на персональном компьютере с ОС Windows. Программа имитационного моделирования подсистемы ввода-вывода имеет имя eprn.jar и находится в папке Лаб_2.
Для запуска программы необходимо наличие в системе java runtime environment (jre) не ниже версии 1.6.
В имитационной модели можно задать:
1)для устройств:
a)быстродействие процессора (в млрд оп/с);
b)емкость ОП (ГБ);
c)среднее количество страниц, выводимых в единицу времени;
d)объем буфера принтера (МБ);
e)пропускная способность шин и мостов (МБ/с);
2)для задачи:
a)количество процессорных операций (в млрд);
b)количество операций вывода;
c)объем выводимого файла (текста, в МБ);
d)количество символов в странице (количество символов за операцию – в тысячах).
Результатами моделирования служат:
1)общее время выполнения программы (в секундах);
2)коэффициенты загрузки устройств;
3)временные диаграммы работы устройств.
Моделируемая программа состоит из заданного количества команд, между которыми в случайные места вставляются операции вывода на печать. Выполнение этой программы начинается с первого
24
этапа процессорной обработки. Как только встречается команда печати, происходит прерывание процессора. Сигнал прерывания через системную шину, северный и южный мосты поступает в порт принтера. При этом процессор прекращает обслуживание текущей программы.
Прерывание процессора инициирует выполнение операции передачи текста в буфер принтера. Она выполняется под управлением контроллера оперативной памяти.
Далее происходит вывод текста на печать. Им управляет контроллер принтера. Описанная операция выполняется в течение времени ∆T, которая определяется по формуле
∆T = l / B,
где l – длина текста в страницах, В – быстродействие принтера.
По окончании печати контроллер генерирует сигнал прерывания, который сообщает процессору о завершении процедуры. После этого моделируемая программа реализует следующий этап процессорной обработки. Он длится промежуток времени
Tп = Θ / Вцп,
где Θ – количество команд между двумя операциями прерывания процессора,
Вцп – его быстродействие.
Модель позволяет задать режим вывода:
−программный;
−прямой доступ в память (ПДП).
В лабораторной работе изучается второй режим. Его и следует установить. Затем необходимо ввести параметры изучаемых устройств, перечисленные ранее. Без установки этих параметров моделирование не выполняется. Параметры не могут принимать отрицательные и нулевые значения.
После задания параметров устройств необходимо активировать одну задачу (обычно первую). Делается это установкой флажка рядом с ее номером. Для задачи необходимо ввести следующие параметры:
25
1)количество процессорных команд;
2)количество операций вывода в моделируемой программе;
3)объем файла в ОП (объем текста в МБ);
4)количество символов в странице (количество символов за операцию – в тысячах).
Параметры остальных (не активированных) задач устанавливать не нужно.
Если нажать кнопку «По умолчанию», будут загружены соответствующие параметры (при их наличии). Имеется возможность загрузить ранее сохраненные настройки, нажав кнопку «Загрузить настройки».
После задания всех параметров можно переходить к моделированию. Для этого необходимо нажать на кнопку «Пуск». Приложение перейдет в режим моделирования. В этом режиме на экран будет выводиться информация о выполняемых операциях, а также будут строиться временные диаграммы загрузки устройств. Выполнение каждой операции представляется закраской участвующих в ней устройств ее цветом. Моделирование заканчивается, если выполнены все этапы процессорной обработки и обращения к принтеру.
Его результаты представляются в правой части экрана в виде числовых значений времени занятости и загрузки основных устройств, а также временных диаграмм. На диаграмме черным цветом отображается занятость устройства, а белым – его ожидание (простой).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Подготовка к работе
1.Знакомство со всеми разделами руководства.
2.Получение у преподавателя задания на исследование подсистемы ввода-вывода с различными параметрами задачи.
3.Исследование подсистемы с заданными параметрами задачи.
4.Оформление отчета.
26
Последовательность выполнения лабораторной работы
В лабораторной работе необходимо исследовать режимы работы подсистемы вывода на принтер в однопрограммном режиме. При установке параметров имитационной модели должны быть заданы значения только для одной задачи.
Преподаватель выдает номер варианта исходных данных. Условные обозначения входных переменных:
1.К – количество процессорных команд.
2.РЦП – быстродействие процессора, млрд оп/с.
3.ЕОП – емкость оперативной памяти ОП, Гбайт.
4.Е принтера – объем буфера принтера, Мбайт.
4.VСШ – скорость (пропускная способность) системной шины, Мбайт/с.
5.VСМ – скорость (пропускная способность) северного моста
GMCH, Мбайт/с.
6.VЮМ – скорость (пропускная способность) южного моста ICH, Мбайт/с.
7.VШОП – скорость (пропускная способность) шины памяти, Мбайт/с.
8.n – количество операций вывода в моделируемой программе.
9.LТ – длина текста, Мбайт.
10.LС – количество символов в странице (тыс.).
Выходные переменные модели:
а) время работы процессора ТП и его загрузка SП; б) время работы ВЗУ Т принтера и его загрузка Sпринтера;
в) время работы северного моста ТСМ и его загрузка SСМ; г) время работы южного моста ТЮМ и его загрузка SЮМ; д) время работы ОП ТОП и ее загрузка SОП;
е) общее время работы компьютера при выполнении задачи. Задание 1. Определить зависимости ТП, Тпринтера, ТОП и SП, Sпринте-
для процессора, ВЗУ и ОП, где аргумент – число процессорных команд К меняется от 20 до 100 с шагом 10.
27
Параметры: все остальные значения параметров берутся из табл. 2.1 по номеру варианта.
Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.
Таблица 2.1
Значения параметров
№ |
РЦП |
EОП |
принтера |
VСШ |
VСМ |
VЮМ |
VШОП |
принтера |
К |
n |
LТ |
LС |
|
|
|||||||||||
варианта |
|
|
||||||||||
|
|
|
E |
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
2 |
2 |
10 |
4 |
3 |
5 |
1 |
100 |
2 |
100 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
5 |
4 |
3 |
5 |
6 |
4 |
10 |
2 |
200 |
3 |
200 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
10 |
6 |
4 |
10 |
8 |
5 |
5 |
3 |
300 |
4 |
100 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
20 |
4 |
3 |
5 |
10 |
6 |
10 |
4 |
100 |
5 |
200 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
10 |
2 |
2 |
10 |
4 |
5 |
5 |
4 |
200 |
6 |
100 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
5 |
1 |
3 |
5 |
6 |
4 |
10 |
3 |
300 |
7 |
100 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
2 |
2 |
4 |
10 |
8 |
3 |
5 |
2 |
200 |
8 |
200 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
5 |
4 |
3 |
5 |
10 |
2 |
10 |
1 |
100 |
9 |
200 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
10 |
6 |
2 |
10 |
4 |
5 |
6 |
1 |
200 |
10 |
100 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
20 |
4 |
3 |
5 |
6 |
6 |
10 |
2 |
300 |
8 |
200 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
5 |
2 |
4 |
10 |
8 |
5 |
5 |
3 |
200 |
6 |
100 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
2 |
1 |
2 |
5 |
10 |
4 |
10 |
4 |
100 |
4 |
200 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 2. Определить зависимости ТП, Тпринтера, ТОП и SП, Sпринтера, SОП для процессора, принтера и ОП, где аргумент – количество n обращений к файлу меняется от 2 до 10 с шагом 2.
Параметры: все остальные значения параметров берутся из табл. 2.1 по номеру варианта.
Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.
Задание 3. Определить зависимости ТП, Тпринтера, ТОП и SП, Sпринтера, SОП для процессора, принтера и ОП, где аргумент – длина файла LF меняется от 10 до 100 с шагом 20.
28
Параметры: все остальные значения параметров берутся из табл. 2.1 по номеру варианта.
Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.
Задание 4. Определить зависимости ТП, Тпринтера, ТОП и SП, Sпринтера, SОП для процессора, принтера и ОП, где аргумент – длина записи
LR в файле меняется от 2 до 10 с шагом 2.
Параметры: все остальные значения параметров берутся из табл. 2.1 по номеру варианта.
Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.
Задание 5. Определить зависимости ТП, Тпринтера, ТОП и SП, Sпринте- для процессора, принтера и ОП, где аргумент – быстродей-
ствие процессора РЦП принимает значения: 2; 5; 10; 20.
Параметры: все остальные значения параметров берутся из табл. 2.1 по номеру варианта.
Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.
Задание 6. Определить зависимости ТП, Тпринтера, ТСШ и SП, Sпринтера, SСШ для процессора, принтера и системной шины, где аргумент –
пропускная способность системной шины VСШ принимает значения:
0,2; 0,5; 1,0; 2,0.
Параметры: все остальные значения параметров берутся из табл. 2.1 по номеру варианта.
Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.
Задание 7. Определить зависимости ТП, Тпринтера, ТСМ и SП, Sпринтера, SСМ для процессора, принтера и северного моста, где аргумент – пропускная способность северного моста VСМ принимает значения:
0,5; 1,5; 2,5; 5,0.
29