OEVMiS_ekz_shpory

2.7 Системные вызовы

Syscall – машинная команда, с помощью ее вызываются системные вызовы. Системные вызовы реализуются симулятором.

Используется для выполнения операций ввода вывода и для выполнения операции выхода из программ. Код системного вызова задается в регистре V0. Аргументы должны располагаться в регистра $A0 $A1.

1.В регистр $v0 поместить N системного вызова (тип).

2.В $a0 $a1 – параметры системного вызова

Типы системных вызовов:

3.1 Поколения вычислительных машин и систем.

Появление термина «поколение» относится к 1964 году, когда фирма IBM выпустила серию компьютеров IBM 360, назвав эту серию «компьютерами третьего поколения». Поколения вычислительных машин – это сложившееся в последнее время разбиение вычислительных машин на классы, определяемые элементной базой и производительностью».

Принято говорить о «механической» эре (нулевое поколение) и последовавших за ней пяти поколениях ВС. Первые четыре поколения традиционно связывают с элементной базой вычислительных систем: электронные лампы, полупроводниковые приборы, интегральные схемы малой и средней степени интеграции, БИС, СБИС. Пятое поколение в общепринятой интерпретации ассоциируют не столько с новой элементной базой, сколько с интеллектуальными возможностями ВС.

Нулевое поколение (1492-1945) «Механическая» эра (нулевое поколение) в эволюции ВТ связана с механическими, а позже – электромеханическими вычислительными устройствами. Основным элементом механических устройств было зубчатое колесо. Начиная с XX века, роль базового элемента переходит к электромеханическому реле.

Первое поколение(1937-1953)

На роль первой в истории электронной вычислительной машины в разные периоды претендовало несколько разработок. Общим у них было использование схем на базе элек- тронно-вакуумных ламп вместо электромеханических реле. Предполагалось, что электронные ключи будут значительно надежнее, поскольку в них отсутствуют движущиеся части. Однако технология того времени была настолько несовершенной, что по надежности электронные лампы оказались ненамного лучше, чем реле. Однако у электронных компонентов имелось одно важное преимущество: выполненные на них ключи могли переключаться примерно в тысячу раз быстрее своих электромеханических аналогов. Первой электронной вычислительной машиной чаще всего называют специализированный калькулятор ABC. Разработан он был в период с 1939 по 1942 год профессором Джоном Атанасовым совместно с аспирантом Клиффордом Берри и предназначался для решения системы линейных уравнений (до 29 уравнений с 29 переменными).

Третье поколение (1963-1972)

Третье поколение ознаменовалось резким увеличением вычислительной мощности ВМ, ставшим следствием больших успехов в области архитектуры, технологии и программного обеспечения. Основные технологические достижения связаны с переходом от дискретных полупроводниковых элементов к интегральным микросхемам и началом применения полупроводниковых запоминающих устройств, начинающих вытеснять ЗУ на магнитных сердечниках. Существенные изменения произошли и в архитектуре ВМ. Это, прежде всего, микропрограммирование как эффективная техника построения устройств управления сложных процессоров, а также наступление эры конвейеризации и параллельной обработки. В области программного обеспечения определяющими вехами стали первые операционные системы и реализация режима разделения времени.

Четвертое поколение (1972-1984)

Отсчет четвертого поколения обычно ведут с перехода на интегральные микросхемы большой и сверхбольшой степени интеграции. К первым относят схемы, содержащие около 1000 транзисторов на кристалле, в то время как число транзисторов на одном кристалле VLSI имеет порядок 100000. При таких уровнях интеграции стало возможным уместить в одну микросхему не только центральный процессор, но и вычислительную машину (ЦП, основную память и систему ввода/вывода).

Пятое поколение(1984-1990)

Главным поводом для выделения вычислительных систем второй половины 80-х годов в самостоятельное поколение стало стремительное развитие ВС с сотнями процессоров, ставшее побудительным мотивом для прогресса в области параллельных вычислений. Ранее параллелизм вычислений выражался лишь в виде конвейеризации, векторной обработки и распределения работы между небольшим числом процессоров. Вычислительные системы пятого поколения обеспечивают такое распределение задач по множеству процессоров, при котором каждый из процессоров может выполнять задачу отдельного пользователя.

Шестое поколение (1990-)

Поводом для начала отсчета нового поколения стали значительные успехи в области параллельных вычислений, связанные с широким распространением вычислительных систем с массовым параллелизмом МРР. Упрощенно их можно определить как совокупность большого количества (до нескольких тысяч) взаимодействующих, но достаточно автономных вычислительных машин.

3.2ЗУ на магнитных дисках. Характеристики, конструкция и принцип действия ЗУ на магнитных дисках. Массивы магнитных дисков с избыточностью. Концепция RAID.

Важным звеном в иерархии запоминающих устройств является внешняя, или вторичная память, реализуемая на базе различных ЗУ. Наиболее распространенные виды таких ЗУ — это магнитные и оптические диски и магнитоленточные устр-ва.

Магнитные диски Информация в ЗУ на магнитных дисках хранится на плоских металлических или пластиковых пластинах (дисках), покрытых магнитным материалом. Данные записываются и считываются с диска с помощью электромагнитной катушки» называемой головкой считывания/записи, которая в процессе считывания и записи неподвижна, в то время как диск вращается относительно нее. При записи на головку подаются электрические импульсы, намагничивающие участок поверхности под ней, причем характер намагниченности поверхности различен в зависимости от направления тока в катушке. Считывание базируется на электрическом токе, наводимом в катушке головки, под воздействием перемещающегося относительно нее магнитного поля. Когда под головкой проходит участок поверхности диска, в катушке наводится ток той же полярности, что использовался для записи инф-ции.

Характеристики дисковых систем

ВЗУ с фиксированными головками приходится по одной головке считывания/ записи на каждую дорожку. Головки смонтированы на жестком рычаге, пересекающем все дорожки диска. В дисковом ЗУ с подвижными головками имеется только одна головка, также установленная на рычаге, однако рычаг способен перемещаться в радиальном направлении над поверхностью диска, обеспечивая возможность позиционирования головки на любую дорожку.

Диски с магнитным носителем устанавливаются в дисковод, состоящий из рычага, шпинделя, вращающего диск, и электронных схем, требуемых для ввода и вывода двоичных данных. Несъемный диск зафиксирован на дисководе. Съемный может быть вынут из дисковода и заменен на другой аналогичный диск. Преимущество системы со съемными дисками — возможность хранения неограниченного объема данных при ограниченном числе дисковых устройств. Кроме того, такой диск может быть перенесен с одной ВМ на другую.

На оси может располагаться один или несколько дисков. В последнем случае используют термин дисковый пакет.

Взависимости от применяемой головки считывания/записи можно выделить три типа дисковых ЗУ. В первом варианте головка устанавливается на фиксированной дистанции от поверхности так, чтобы между ними оставался воздушный промежуток. Второй вариант - это когда в процессе чтения и записи головка и диск находятся в физическом контакте.

Для правильной записи и считывания головка должна генерировать и воспринимать магнитное поле определенной интенсивности, поэтому чем уже головка, тем ближе должна она размещаться к поверхности диска (более узкая головка означает и более узкие дорожки, а значит, и большую емкость диска). Однако приближение головки к диску означает и больший риск ошибки за счет загрязнения и дефектов. В процессе решения этой проблемы был создан диск типа винчестер.

Головки винчестера и диски помещены в герметичный корпус, защищающий их от загрязнения. Кроме того, головки имеют очень малый вес и аэродинамическую фор-

му. Они спроектированы для работы значительно ближе к поверхности диска, чем головки в обычных жестких дисках, тем самым повышается плотность хранения данных. При остановленном диске головка прилегает к его поверхности. Давления, возникающего при вращении диска, достаточно для подъема головки над Поверхностью. В результате создается неконтактная система с узкими головками считывания/записи, обеспечивающая более плотное прилегание головки к поверхности диска, чем в обычных жестких дисках.

RAID - массив независимых (или недорогих) дисков с избыточностью. В основе концепции RAID лежит переход от одного физического МД большой емкости к массиву недорогих, независимо и параллельно работающих физических дисковых ЗУ, рассматриваемых операционной системой как одно большое логическое дисковое запоминающее устройство. Такой подход позволяет повысить производительность дисковой памяти за счет возможности параллельного обслуживания запросов на считывание и запись, при условии, что данные находятся на разных дисках. Повышенная надежность достигается тем, что в массиве дисков хранится избыточная информация, позволяющая обнаружить и исправить возможные ошибки. На период, когда концепция RAID была впервые предложена, определенный выигрыш достигался и в плане стоимости. В настоящее время, с развитием технологии производства МД, утверждение об экономичности массивов RAID становится проблематичным, что, однако, вполне компенсируется их повышенными быстродействием и отказоустойчивостью.

Для всех уровней RAID характерны три общих свойства:

•RAID представляет собой набор физических дисковых ЗУ, управляемых операционной системой и рассматриваемых как один логический диск;

•данные распределены по физическим дискам массива;

•избыточное дисковое пространство используется для хранения дополнительной информации, гарантирующей восстановление данных в случае отказа диска.

3.3ЗУ на основе оптических дисках. Оптическая технология. Виды оптических дисков.

В1983 году была представлена первая цифровая аудиосистема на базе компактдисков (CD - compact disk). Компакт-диск - это односторонний диск, способный хранить более чем 60-минутную аудиоинформацию. Громадный коммерческий успех CD способствовал развитию технологии дешевых оптических запоминающих устройств для ВМ. За последующие годы были созданы различные системы памяти на оптических дисках, три из которых в прогрессирующей степени приживаются в вычислительных машинах: CD-ROM, WARM и стираемые оптические диски.

Для аудио компакт-дисков и CD-ROM используется идентичная технология.

Диск изготавливается из пластмассы, например поликарбоната, и покрыт окрашенным слоем с высокой отражающей способностью, обычно алюминием. Цифровая информация заносится в виде микроскопических углублений в отражающей поверхности. Запись информации производится с помощью сильно сфокусированного луча лазера высокой интенсивности.

Технология дисков WORM - дисков с однократной записью и многократным считыванием, была разработана для мелкосерийного производства оптических дисков. Такие диски предполагают ввод информации лучом относительно мощного лазера. При этом пользователь с помощью несколько более дорогого, чем CD-ROM, устройства может единожды записать информацию, а затем многократно ее считывать. Для обеспечения более быстрого доступа в устройстве поддерживается метод постоянной угловой скорости при относительном снижении емкости.

Типовая техника подготовки такого диска предполагает мощный лазер для создания на поверхности диска последовательности пузырьков. Для записи информации предварительно отформатированный пузырьками диск помещается в накопитель WORM, где имеется маломощной лазер, тепла от которого тем не менее достаточно для того, чтобы «взорвать» пузырек. В процессе операции считывания лазер в накопителе WORM освещает поверхность диска. Так как «взорванный» пузырек создает более высокий контраст, чем окружающая поверхность, его легко распознать с помощью простой электроники. Данный тип носителя привлекателен для архивного хранения документов и файлов.

Среди многих рассматривавшихся технологий оптических дисков с возможностью многократной записи и перезаписи информации коммерчески приемлемой 'оказалась только магнитооптическая. В таких системах энергия лазерного луча используется совместно с магнитным полем. Запись и стирание информации происходят за счет реверсирования магнитных полюсов маленьких областей диска, покрытого магнитным материалом. Лазерный луч нагревает облучаемое пятно на поверхности, и в этот момент магнитное поле может изменить ориентацию магнитных полюсов на облучаемом участке. Поскольку процесс поляризации не вызывает физических изменений на диске, ему не страшны многократные повторения. При чтении направление магнитного поля можно определить по поляризации лазерного луча. Поляризованный свет, отраженный от определенного пятна, изменяет свой угол отражения в зависимости от характера намагниченности.

3.4Твердотельные устройства хранения. Флэш-память. Флэш-карты. Твер-

дотельные диск (SSD – Solid State Disk). Флэш-диски (FLASH SSD).

Твердотельный накопитель (англ. SSD, solid-state drive) — компьютер-

ное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер.

Различают два вида твердотельных накопителей: SSD на основе памяти, подобной оперативной памяти компьютеров, и SSD на основе флеш-памяти.

Существуют и так называемые гибридные жесткие диски, появившиеся, в том числе, из-за текущей, пропорционально более высокой стоимости твердотельных накопителей. Такие устройства сочетают в одном устройстве накопитель на жѐстких магнитных дисках (HDD) и твердотельный накопитель относительно небольшого объѐма, в качестве кэша (для увеличения производительности и срока службы устройства, снижения энергопотребления).

Пока такие накопители используются, в основном, в переносных устройствах (ноутбуках, сотовых телефонах, планшетах и т. п.).

Флеш-память (англ. flash memory) — разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Это же слово используется в электронной схемотехнике для обозначения технологически законченных решений постоянных запоминающих устройств в виде микросхем на базе этой полупроводниковой технологии.

3.5Устройства вывода информации. Печатающие устройства. Графопостроители. Устройства отображения информации. Мониторы на основе электронно-лучевой трубки. Жидкокристаллические, газоплазменные и по-

лупроводниковые устройства отображения информации.

Принтер — периферийное устройство компьютера, предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель из электронного вида малыми тиражами (от единиц до сотен) без создания печатной формы.

Графопостроитель , плоттер — устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке.

ЭЛТ — на основе электронно-лучевой трубки (В приборах используются сфокусированные потоки электронов, управляемые по интенсивности и положению в пространстве)

ЖК — жидкокристаллические мониторы (на основе жидких кристаллов)

Плазменный — на основе плазменной панели (основанный на явлении свечения люминофора под воздействием ультрафиолетовых лучей, возникающих при электрическом разряде в ионизированном газе, иначе говоря в плазме).

Проектор — видеопроектор и экран, размещѐнные отдельно или объединѐнные в

одном корпусе (как вариант — через зеркало или систему зеркал);

и проекционный телевизор

OLED-монитор — на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode — органический светоизлучающий диод)

Виртуальный ретинальный монитор — технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза

Лазерный — на основе лазерной панели (пока только внедряется в производство)

3.6 Устройства ввода информации. Клавиатуры. Манипуляторы. Сканеры. Дигитайзеры.

Клавиатура является основным устройством ввода информации в компьютер. В техническом аспекте компьютерная клавиатура представляет совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным образом определенную электрическую цепь. В настоящее время распространены два типа клавиатур:

-с механическими переключателями;

-с мембранными переключателями.

Впервом случае датчик представляет традиционный механизм с контактами с драгоценного металла, а во втором - тонкие посеребренные листки пластика, между которыми с небольшим воздушным зазором находится, например, проводящая жидкость.

Вторым, но не менее важным инструментом управления компьютером и ввода информации, несомненно, является кнопочный манипулятор «мышь». В процессе «эволюции» компьютерной мыши наибольшие изменения претерпели датчики перемещения.

Сканер— устройство, выполняющее преобразование расположенного на плоском носителе (чаще всего бумаге) изображения в цифровой формат. Процесс получения такой цифровой копии называется сканированием.

Во время сканирования при помощи АЦП создаѐтся цифровое описание изображения внешнего для ЭВМ образа объекта, которое затем передаѐтся посредством системы ввода/вывода в ЭВМ.

Графический планшет (дигитайзер, диджитайзер) — это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Также может прилагаться специальная мышь.

Первый графический планшет, похожий на современные, использовался для распознавания рукописного ввода компьютером Stylator в 1957. Более известный и часто ошибочно именуемый первым, графический планшет RAND Tablet («Графакон») , представленный в 1964, использовал сетку проводников под поверхностью планшета, на которые подавались закодированные троичным кодом Грея электрические импульсы. Емкостно связанное перо принимало этот сигнал, который затем мог быть декодирован обратно в координаты.

Всовременных планшетах основной рабочей частью также является сеть из проводов (или печатных проводников), подобная той, что была в «Графаконах». Эта сетка имеет достаточно большой шаг (3—6 мм), но механизм регистрации положения пера позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 200 линий на мм).

По принципу работы и технологии существуют различные типы планшетов. В электростатических планшетах регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под пером. В электромагнитных — перо излучает электромагнитные волны, а сетка служит приѐмником. В обоих случаях на перо должно быть подано питание.