Аппаратные средства вычислительной техники. Ч.1. Лабораторный практикум

4.ЕВЗУ – емкость памяти ВЗУ Гбайт.

5.VСШ – пропускная способность системной шины, Мбайт/с.

6.VСМ – пропускная способность северного моста.

7.VЮМ – пропускная способность южного моста, Мбайт/с.

8.VШОП – пропускная способность шины ОП, Мбайт/с.

9.VШВЗУ – пропускная способность шины ВЗУ, Мбайт/с.

10.NВЗУ – номер ВЗУ с файлом.

11.n – количество обращений к файлу.

12.LF – длина файла, Мбайт.

13.LR – длина записи в файле, Мбайт.

Таблица 4.1

Значения параметров

Выходные переменные модели:

а) время работы процессора ТП и его загрузка SП; б) время работы ВЗУ ТВЗУ и его загрузка SВЗУ;

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.

50

Задание 1. Определить зависимости ТП, ТВЗУ, ТОП и SП, SВЗУ, SОП для процессора, ВЗУ и ОП, где аргумент – число процессорных команд К меняется от 20 до 100 с шагом 10.

Параметры: все остальные значения параметров берутся из табл. 3.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операции «Чтение» и «Запись» одновременно.

Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.

Задание 2. Определить зависимости ТП, ТВЗУ, ТОП и SП, SВЗУ, SОП для процессора, ВЗУ 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. 4.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операции «Чтение» и «Запись» одновременно.

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, ТВЗУ, ТОП и SП, SВЗУ, SОП для процессора, ВЗУ и ОП, где аргумент – длина файла LF меняется от 10 до 100 с шагом 20.

Параметры: все остальные значения параметров берутся из табл. 3.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операции «Чтение» и «Запись» одновременно.

Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.

51

Задание 4. Определить зависимости ТП, ТВЗУ, ТОП и SП, SВЗУ, SОП для процессора, ВЗУ 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. 3.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операции «Чтение» и «Запись» одновременно.

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, ТВЗУ, ТОП и SП, SВЗУ, SОП для процессора, ВЗУ и ОП, где аргумент – быстродействие процессора РЦП принимает значения: 2; 5; 10; 20.

Параметры: все остальные значения параметров берутся из табл. 4.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операции «Чтение» и «Запись» одновременно.

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, ТВЗУ, ТСШ и SП, SВЗУ, SСШ для процессора, ВЗУ 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. 4.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операции «Чтение» и «Запись» одновременно.

Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.

52

Задание 7. Определить зависимости ТП, ТВЗУ, ТСМ и SП, SВЗУ, SСМ для процессора, ВЗУ и северного моста, где аргумент – пропускная способность северного моста VСМ принимает значения: 0,5; 1,5; 2,5; 5,0.

Параметры: пропускная способность ВЗУ VВЗУ принимает значения 0,5; 5; 10. Все остальные параметры берутся из табл. 4.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операции «Чтение» и «Запись» одновременно.

Построить на одном графике зависимости а), б) и д) времени работы трех устройств, а на другом графике – зависимости величины загрузки этих устройств.

Задание 8. Определить зависимости ТП, ТВЗУ, ТОП и SП, SВЗУ, SОП для процессора, ВЗУ и ОП, где аргумент – пропускная способность шины памяти ОП VОП принимает значения: 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5.

Параметры: пропускная способность ВЗУ VВЗУ принимает значения 0,5; 2; 5. Все остальные параметры берутся из табл. 4.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операции «Чтение» и «Запись» одновременно.

Построить на одном графике зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – зависимости величины загрузки этих устройств.

Задание 9. Определить зависимости ТП, ТВЗУ, ТОП и SП, SВЗУ, SОП для процессора, ВЗУ и ОП, где аргумент – быстродействие процессора РЦП принимает значения: 2; 5; 10; 20.

Параметры: пропускная способность шины памяти VОП принимает значения 0,5; 2; 5. Все остальные параметры берутся из табл. 4.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операции «Чтение» и «Запись» одновременно.

53

Построить на одном графике зависимости а), б) и в) времени работы трех устройств, а на другом графике – зависимости величины загрузки этих устройств.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА О ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЕ

Отчет должен содержать следующее:

1.Название и цель работы.

2.Исходные данные.

3.Графики зависимостей времени работы устройств и их загрузки от изменяемых параметров.

4.Выводы о влиянии параметров задачи на характеристики исследованной подсистемы.

5.Выводы о влиянии параметров устройств на характеристики исследованной подсистемы.

6.Выводы о влиянии типа операции обращения к файлу на характеристики исследованной подсистемы.

Контрольные вопросы

1.Какие режимы ввода-вывода поддерживаются в компьютере?

2.Чем отличается программно-управляемый режим от прямого доступа в память?

3.Какое устройство управляет прямым доступом в память?

4.Перечислите основные операции, выполняемые при чтении данных из ВЗУ.

5.Какие операции выполняются при записи данных в файл на ВЗУ?

6.Каковы преимущества прямого доступа в память?

7.Как влияет длина исполняемой программы на характеристики компьютера при ПДП?

8.Как влияет количество обращений к файлу на характеристики компьютера при ПДП?

9.Как влияет длина записи файла на характеристики компьютера при

ПДП?

10.Какая операция обращения к файлу: чтение или запись, требует больше времени?

54

11.Как влияет тип операции обращения к файлу на обмен данными при

ПДП?

12.Чем занят центральный процессор при выполнении прямого доступа к

памяти?

13.Как влияет быстродействие процессора на характеристики компьютера при ПДП?

14.Как влияет пропускная способность системной шины на характеристики компьютера при ПДП?

15.Как влияет пропускная способность шины памяти на характеристики компьютера при ПДП?

16.Как влияет пропускная способность шины ВЗУ на характеристики компьютера при ПДП?

55

Лабораторная работа № 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДСИСТЕМЫ ПРЯМОГО ДОСТУПА К ПАМЯТИ КОМПЬЮТЕРА В МУЛЬТИПРОГРАММНОМ

РЕЖИМЕ

Краткая теория

Цель работы. Изучение принципов выполнения операции прямого доступа в память современных компьютеров, работающих в мультипрограммном режиме, с помощью простейшей имитационной модели.

Как отмечалось в предыдущей работе, операции ввода-вывода в современных компьютерах могут выполняться в одном из двух основных режимов:

1)программно-управляемый режим, который предполагает непосредственное участие центрального процессора;

2)режим прямого доступа, реализуемый под управлением контроллера ввода-вывода.

Первый режим характеризуется тем, что все действия, связанные

свводом или выводом, реализуются командами прикладной программы.

Режим прямого доступа является альтернативой программноуправляемому обмену. Он представляет собой способ подключения внешнего устройства, при котором это устройство обращается к оперативной памяти, не прерывая работы процессора. Такой обмен происходит под управлением контроллера прямого доступа к памяти

(КПДП) [1, 5].

Основное назначение прямого доступа (ПДП – DMA, Direct Memory Access) – передача данных между разными устройствами с минимальным привлечением процессора. Как правило, одним из этих устройств является оперативная память, хотя иногда возможны передачи как между двумя внешними устройствами, так из памяти в память. Прямой доступ позволяет осуществлять обмен данными между внешним устройством и оперативной памятью параллельно с выпол-

56

нением программы процессором. При этом увеличивается производительность компьютера за счет того, что данные не пересылаются в ЦП и обратно, а также за счет параллельного выполнения нескольких программ [7, 8].

При использовании прямого доступа в память в мультипрограммном режиме во время работы с одной программой процессор может обслуживать другую. Таким образом, производительность компьютера возрастает.

В лабораторной работе исследуется работа компьютера, структура которого приведена на рис. 3.2. Он содержит центральный процессор, оперативную память, северный и южный мосты, а также внешние запоминающие устройства. Отличие данной лабораторной работы от предыдущей в использовании мультипрограммного режима, при котором в моделируемом компьютере выполняются две или три программы одновременно.

Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется на персональном компьютере с ОС Windows. Программа имитационного моделирования подсистемы прямого доступа имеет имя evm-2.1.jar и находится в папке Лаб_5. Она разработана на языке java с использованием интегрированной среды NetBeans. Для запуска программы необходимо наличие в системе java runtime environment (jre) не ниже версии 1.6.

Приложение и позволяет задать:

a)параметры основных устройств компьютера;

b)состав моделируемых программ (от двух до трех в данной работе);

c)характеристики этих программ.

Моделируемые программы, как и в предыдущей работе, состоят из заданного количества команд, между которыми в случайные места вставляются операции обращения к файлу. Выполнение каждой программы начинается с первого этапа процессорной обработки. Как только встречается команда обращения к файлу, происходит прерывание процессора. Сигнал прерывания через системную шину, северный и южный мосты поступает в порт ВЗУ, на котором находится со-

57

ответствующий файл. При этом процессор прекращает обслуживание текущей программы. Он может перейти к выполнению команд следующей программы, если она еще не закончилась и не ожидает обращения к файлу.

Обращение к файлу с заданным номером и окончание этой операции происходят так же, как в предыдущей работе.

В модели необходимо задать параметры моделируемых устройств. Это выполняется так же, как в предыдущей лабораторной работе.

После задания параметров устройств активируется две или три задачи. Делается это установкой галочки рядом с их номером в соответствующем окне меню. Затем вводятся параметры задач, как в предыдущей лабораторной работе.

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. Моделирование заканчивается, если выполнены все этапы процессорной обработки и обращения к файлу для всех задач.

Его результаты представляются в правой части экрана в виде числовых значений времени занятости и загрузки основных устройств, а также временных диаграмм. На диаграмме черным отображается занятость устройства, а белым – простой.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Подготовка к работе

1.Знакомство со всеми разделами руководства.

2.Получение у преподавателя задания на исследование подсистемы прямого доступа в память с различными параметрами задачи.

58

3.Исследование подсистемы с заданными параметрами задачи.

4.Оформление отчета.

Последовательность выполнения лабораторной работы

Получить у преподавателя номер варианта с исходными данными. В данной лабораторной работе необходимо исследовать работу подсистемы прямого доступа в память в мультипрограммном режиме

при следующих исходных данных.

Входные и выходные переменные обозначены так же, как и в лабораторной работе № 4.

1. Для двух задач

Задание 1. Определить зависимости ТП, ТВЗУ, ТОП и SП, SВЗУ, SОП для процессора, ВЗУ и ОП, где аргумент – числа процессорных команд К1 и К2 для каждой задачи меняются одновременно от 20 до 100 с шагом 10.

Параметры: все остальные значения параметров компьютера берутся из табл. 5.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операция «Запись» из ОП в ВЗУ.

Построить на одном графике все зависимости времени работы трех устройств, а на другом графике – все зависимости величины загрузки этих устройств.

Задание 2. Определить зависимости ТП, ТВЗУ, ТОП и SП, SВЗУ, SОП для процессора, ВЗУ и ОП, где аргумент – число процессорных команд К1 для первой задачи меняется от 20 до 100 с шагом 10. Число команд К2 для второй задачи устанавливается равным 100.

Параметры: все остальные значения параметров компьютера берутся из табл. 5.1 по номеру варианта.

Выполнить два варианта:

а) операция «Чтение» из ВЗУ в ОП; б) операция «Запись» из ОП в ВЗУ.

59