30. Понятия «интерфейс», «магистраль», «протокол». Состав интерфейсов; структура шин адреса, данных, команд, управления

Под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных, аппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных  функциональных элементов в автоматизированных системах сбора и обработки информации при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости.

По способу организации обмена интерфейс делят на последовательные и параллельные.Посл.-по некоторой группе линий отдельные разряды слов передаются последовательно один за другим(меньше линий).Увеличивается надежность, но снижается скорость.Парал.-разряды слов передаются по езависимым проводникам(линий столько, сколько передается сигналов).Наоборот.

Под протоколом понимается строго заданная процедура или совокупность правил, регламентирующая способ выполнения определенного класса функций. Взаимосвязь понятий интерфейса и протокола не всегда однозначна, так как практически любой интерфейс содержит в большей или меньшей степени элементы протокола, определяемые процедурами и функциональными характеристиками интерфейса.

магистраль — совокупность всех шин интерфейса. Конструктивно (как правило) магистраль — это печатная плата, обеспечивающая соединение контактов разъемов, с помощью которых к магистрали подключаются различные устройства ЭВМ (то есть их интерфейсы)

Количество линий в шине-ширина в шине.

Шина данных-для передачи информ. сигналов.Данная перед. в виде двоичных слов.Шина данных может содержать некоторое количество контрольных сигналов, предназначенных для контроля за правильностью данных.Простейшия вид контроля-контроль по четности.9 линий для передачи байта дополняются 9-ой контрольной, так чтобы общаее количество бит во всей комбинации было четным.

Шина адреса-для выбора блока или элемента блока, который будет участвовать в операции обмена.Может быть магистральной(проходит через все устройства, устройства подключаются к шине параллельно и адрес задается в виде двоичного кода этого устройства) и радиальной(каждому блоку может соответствовать отдельная линия адресной шины, n-линий,n-расп. устройств)

Шина управлинея-для передачи команд выполнения каких-то действий по обмену.Минимально 2 линии(в простейшем случае) 1-для активации операции чтения, 2-для активации операции записи.

На шине в каждом взаимодействии участвуют обычно 2 устройтсва: -задатчик(главное устройство)-исполнитель(подчиненное).Задатчик генерирует операцию, формирует команду и адрес.Команда чтения или записи трактуются по отношению к задатчику.Чтение-прием данных задатчиком.Задатчиком является центральный процессор(в большинстве случаев)

Память является только исполнителем.

31. Функции интерфейса. Арбитраж и синхронизация Интерфейс – совокупность средств для связи блоков системы между собой. Интерфейс ограничивает электрически конструктивную и информационную совместимость между блоками. Основные шины: • Шина данных • Шина адреса • Шина управления • Шина арбитража • Шина прерываний • Синхронизация По назначению интерфейсы делят на: - Системные (объединение всех компонентов в единую систему) - Локальные ( для объединения небольшого кол-ва устройств с какими-то уникальными возможностями) - Интерфейс внешних устройств - Приборный интерфейс ( Служит для соед. ограниченного числа устройств определенного класса с блоком управления этого класса) • Функция арбитража (шина арбитража) На шине активны 2 устройства: задачник и исполнитель. Если на шине возможно несколько задачников, то арбитраж определяет важность задачника (кто вперед). Самый простой случай – это сигнал о занятости шины. Системы арбитража могут быть централизованы и децентрализованы. • Синхронизация – упорядоченное во времени процессов взаимодействия устройств. ПО СПОСОБУ СИНХРОНИЗАЦИИ ПРОЦЕССЫ ДЕЛЯТСЯ НА АСИНХРОННЫЕ И СИНХРОННЫЕ..

32. Синхронные и асинхронные интерфейсы Интерфейс – совокупность средств для связи блоков системы между собой. В асинхронном интерфейсе обмен данными обслуживается двумя сигналами: первый формируется активной стороной (синхронизация задачника), второй – выставляет адрес команды на шине управления и после этого формирует сигнал задачника. В синхронном интерфейсе существует единый источник таковых сигналов. Длительность всех процессов привязывается к этому источнику. В асинхронном интерфейсе длительность операций будет индивидуальна для каждого устройства. В синхронном интерфейсе длительность обмена можно искусственно увеличить. Синхронные интерфейсы применяются при передаче данных на небольшие расстояния с небольшой скоростью

33. Магнитные носители информации; гибкие и жесткие магнитные диски; формат диска; основные характеристики диска Современный жесткий магнитный диск представляет собой набор круглых пластин, находящихся на одной оси и покрытых с одной или двух сторон специальным магнитным слоем. Около каждой рабочей поверхности каждой пластины расположены магнитные головки для чтения и записи информации. Эти головки присоединены к специальному рычагу, который может перемещать весь блок головок над поверхностями пластин как единое целое. Поверхности пластин разделены на концентрические кольца, внутри которых, собственно, и может храниться информация. Набор концентрических колец на всех пластинах для одного положения головок (т. е. все кольца, равноудаленные от оси) образует цилиндр. Каждое кольцо внутри цилиндра получило название дорожки (по одной или две дорожки на каждую пластину). Все дорожки делятся на равное число секторов. Количество дорожек, цилиндров и секторов может варьироваться от одного жесткого диска к другому в достаточно широких пределах. Как правило, сектор является минимальным объемом информации, которая может быть прочитана с диска за один раз. При работе диска набор пластин вращается вокруг своей оси с высокой скоростью, подставляя по очереди под головки соответствующих дорожек все их сектора. Номер сектора, номер дорожки и номер цилиндра однозначно определяют положение данных на жестком диске и, наряду с типом совершаемой операции – чтение или запись, полностью характеризуют часть запроса, связанную с устройством, при обмене информацией в объеме одного сектора. При планировании использования жесткого диска естественным параметром планирования является время, которое потребуется для выполнения очередного запроса. Время, необходимое для чтения или записи определенного сектора на определенной дорожке определенного цилиндра, можно разделить на две составляющие: время обмена информацией между магнитной головкой и компьютером, которое обычно не зависит от положения данных и определяется скоростью их передачи (transfer speed), и время, необходимое для позиционирования головки над заданным сектором, – время позиционирования (positioning time). Время позиционирования, в свою очередь, состоит из времени, необходимого для перемещения головок на нужный цилиндр, – времени поиска (seek time) и времени, которое требуется для того, чтобы нужный сектор довернулся под головку, – задержки на вращение (rotational latency). Времена поиска пропорциональны разнице между номерами цилиндров предыдущего и планируемого запросов, и их легко сравнивать. Задержка на вращение определяется довольно сложными соотношениями между номерами цилиндров и секторов предыдущего и планируемого запросов и скоростями вращения диска и перемещения головок. Без знания соотношения этих скоростей сравнение становится невозможным. Поэтому естественно, что набор параметров планирования сокращается до времени поиска различных запросов, определяемого текущим положением головки и номерами требуемых цилиндров, а разницей в задержках на вращение пренебрегают

34. Накопители на оптических дисках Первые оптические диски разработаны в 70х гг. в Японии (Laser Vision) Современные компакт-диски разработаны компаниями Philips и Sony. Имеется некий периферический сигнал (звук). Через некоторые промежутки времени изменяется частота сигнала. Частота отсчета принята 44,1 кГц. Амплитуда звукового сигнала описывается в виде 16-битного целого числа. Этот носитель информации должен обеспечить примерно 176,4 Кбайт в секунду. Примерно 74 мин. Для записи звучания. Данные наносятся на дорожку, имеющую форму спирали (32 мм толщина, 22,5 тыс. витков, 5,5 км длина спирали). Выжигаются отметки (отверстия). Байт кодируется 14-ти битным словом по таблице. 42 последовательных слова – это фрейм. Из них 192 бита – информационных, а остальные контрольные (296). 98 последовательных фреймов – это есть один сектор. Сектор состоит из преамбулы (16 байт), а дальше сектор. Скорость считывания данных с компакт-диска постоянна и линейна, а угловая скорость меняется.

35. Иерархия памяти в ЭВМ; взаимодействие между уровнями иерархии; алгоритмы замещения данных в иерархии памяти.

Существуют две важные тенденции в организации памяти в ЭВМ.

1. Постоянно растет потребность в памяти

2. Чисто технологически тяжело сделать массовую память большего объема, так чтобы по скорости доступа она приближалась к скорости процессора, а по стоимости оставалось относительно дешевой. Физически в большинстве случаев массовая память реализ-ся с помощью динамической памяти. Динамическая память – массив из большого кол-ва конденсаторов. Считывание и запись в динамическую память – процесс зарядки и разрядки конденсаторов длительный процесс.

Если скорость выполнения команды составляет единицы наносекунд, то скорость оборотов 10-ки наносекунд. С другой стороны для фон-неймановских процессов характерен принцип локальности, т.е. в ограниченный промежуток времени процессор обращается к ограниченному набору команд и данных. Выход из описанной ситуации состоит в иерархической организации памяти. Память при этом состоит из нескольких уровней. При переходе от уровня к уровню возрастает время доступа к памяти и увеличивается объем памяти. 5 уровней иерархии. Верхний уровень – регистры ЦП. Объем регистров небольшой от нескольких слов до нескольких сотен слов. Время доступа к регистру памяти – период тактовой частоты процессора или меньше

КЭШ-память (сверхоперативное внешнее устройство) потайная сумку, карман. Все обращения к основной ОП проходи через КЭШ, который хранит часто используемые элементы данных. Объем КЭШа – несколько кб до нескольких мб. КЭШ может состоять из нескольких уровней. Верхний, 1-ый – в процессоре. Объем – несколько кб. Скорость доступа 2-3 тактов процессора 2-ой уровень – на процессорной плате. Объем несколько сотен килобайт скорость доступа 5-7 тактов. 3-ий уровень на системной плате. Скорость 7-10 тактов

Оперативная память. Скорость доступа 10-15 циклов процессора

Внешняя память. Магнитные дискеты. Скорость доступа – сотни циклов процессора

Архивная память. Оптические диски, ленточные накопители для длительного хранения данных.

Управление взаимодействием осуществляет программно-аппаратный контроллер соответствующего уровня. Каждый блок имеет некую политику, которая его однозначно идентифицирует. При обращении к верхнему уровню контроллер находит блок по соотв. Тэгу. Если он присутствует на верхнем уровне – успех, иначе промах. Качество организации иерархии описывает hit rate – относительная доля попаданий. Если блок наверх уровне отсутствует, производиться обращение к более низкому уровню. С нижнего уровня требуемый блок следует переместить наверх.