Вопросы для самопроверки

1. Как принято определять объем оперативной памяти? Почему при указании объема памяти компьютера не учитывают кэш-память?

2. Почему в современных персональных компьютерах используют различные виды памяти: кэш-память, оперативную, внешнюю?

3. Что такое «адресное пространство»? Как адресуется различная память в современных персональных компьютерах?

4. С какой целью в адресном пространстве предусматривают адреса постоянной памяти? Что хранится в ПЗУ?

5. Как можно повысить скорость обращения к ОП? Что такое «расслоение» памяти? Как оно выполняется и к чему приводит?

6. Какие существуют принципиальные ограничения на расслоение памяти и к чему они приводят?

7. Каким образом осуществляется контроль правильности информации, находящейся в ОП, и в какой момент он осуществляется?

8. Как организована ОП и какой объем информации можно получить за одно обращение к ней?

9. На каких элементах строится ОП в персональных компьютерах и чем это обусловлено? С какой целью выполняется регенерация памяти?

10. Какие существуют виды кэш-памяти? Почему в настоящее время чаще всего используют множественно-ассоциативную кэш-память?

11. Как и в какой момент нужно производить запись информации в ОП из кэш-памяти? Что такое сквозная запись и запись с обратным копированием?

12. Какой выигрыш можно получить при использовании записи с обратным копированием? Для чего она неудобна?

13. Приведите примеры характеристики внешней памяти на жестких дисках. Каким образом на них представлена информация?

14. Что такое «виртуальная» организация памяти? Каким образом осуществляется использование информации из «виртуального» пространства процессором?

15. Какими средствами и как можно ускорить преобразование виртуального адреса в физический?

16. Почему в персональных компьютерах используют кэш-память нескольких уровней? Какими объемами характеризуется такая кэш-память L1 и L2?

17. Какие функции реализуют кэш-памяти L1 и L2? Какие объемы кэш-памятей у современного персонального компьютера?

18. Что такое страничная организация памяти? Как она осуществляется? Чем она неудобна?

19. В чем заключаются преимущества сегментно-страничной организации памяти?

20. Что такое флэш-память? Где она используется и для каких целей?

21. Что такое защита памяти? Как она выполняется в машинах с процессором Pentium?

22. Какие методы защиты памяти используют в современных персональных компьютерах и в чем их сущность?

23. Каким образом обеспечивается защита информации в памяти от несанкционированного доступа?

24. Что такое «свопинг» и как он осуществляется?

Глава 7. Интерфейсы

В первых компьютерах АЛУ соединялось с памятью и различного рода устройствами ввода-вывода так, как хотели этого разработчики машины. Однако, начиная с середины 60-х годов прошлого столетия, ситуация меняется коренным образом: подключение периферийных устройств осуществляется по общим и единым правилам. Это открыло пути к массовому производству периферийных устройств, а саму машину превратило в систему с переменным составом оборудования.

7.1 Понятие интерфейса и его характеристики

Совокупность таких правил, а также аппаратные, программные и конструктивные средства для их реализации принято называть аппаратным интерфейсом, или интерфейсом ввода-вывода. Затем в мини- и микроЭВМ идеи стандартизации обменов информацией получили дальнейшее развитие. Все обмены между процессором, памятью и периферийными устройствами происходили по единой системе соединений, получившей название шины. Впервые это название было предложено фирмой DEC и широко привелось.

Принято различать физический и логический интерфейсы. Физический интерфейс – это совокупность механических и электрических аппаратных средств, а также физических сред передачи сигналов. Логический интерфейс – совокупность правил передачи кодированной информации между устройствами, узлами или элементами системы, т.е. протоколы взаимодействия, или алгоритмы формирования сигналов обмена.

Интерфейсы принято характеризовать:

• видом связи, т.е. способностью вести дуплексную (сообщения могут одновременно передаваться в двух направлениях), полудуплексную (линии связи используются для двусторонней передачи, но сообщения передаются в разные моменты времени) или симплексную (передача возможна только в одном направлении) передачу;

• пропускной способностью, т.е. количеством информации, которое можно передать по линиям интерфейса в единицу времени;

• максимальной частотой передачи сигналов данных;

• динамическими параметрами – временем передачи отдельного слова, блока, пакета;

• максимально допустимым расстоянием или суммарной длиной линий, соединяющих все устройства интерфейса;

• общим числом линий в интерфейсе;

• допустимым числом подключаемых устройств;

• задержками при организации передачи, вызванными необходимостью выполнять подготовительные и завершающие действия при установлении связи между устройствами.

Важной составной частью физического интерфейса служат линии связи для передачи сигналов. Линия связи – это физическая среда, по которой осуществляется передача сигналов от одного или нескольких источников к одному или нескольким получателям информации. Такими линиями связи для передачи сигналов могут быть провода, витая пара, медные полосковые соединительные линии на печатной плате, оптоволокно, радио или инфракрасные каналы.

Группу линий связи, обеспечивающих передачу команд и данных между устройствами компьютера, принято называть шиной. Существует два типа шин: параллельная и последовательная. По параллельной шине, состоящей из нескольких линий связи, передача сообщения происходит квантами, содержащими по m бит. Наиболее распространены интерфейсы, в которых одновременно могут передаваться 8, 16, 32 и 64 бита. В последовательном интерфейсе передача сообщения производится всего по одной линии, хотя общее число линий может быть значительно больше. По ним передаются сигналы синхронизации и управления. Последовательные интерфейсы характеризуются меньшими скоростями передачи информации, чем параллельные, но обычно позволяют передавать сообщения на значительно большие расстояния.

Компонентами любого интерфейса принято считать:

• шину (физические линии) и разъемы (слоты);

• форму и параметры сигналов;

• электронные схемы (контроллеры и адаптеры);

• алгоритмы управления.

В первых персональных компьютерах передача команд и данных осуществлялась по единой шине. Однако вскоре стало ясным, что наличие всего одной шины, к которой подключаются и быстрые, и медленные устройства, ограничивает его возможности. Тогда то и стали применяться в персональных компьютерах несколько различных шин, к которым все устройства подключаются с помощью специальных контроллеров. Передача информации через эти интерфейсы осуществляется посредством сигналов, имеющих различные параметры, и посредством различных алгоритмов.

Наибольшее развитие система интерфейсов получила в персональных компьютерах. Поскольку в их работе принимают участие как внутренние, так и внешние устройства, и нужно обеспечить передачу информации между любыми из них, то интерфейсы персональных компьютеров принято подразделять на внутренние, локальные и внешние.

К внутренним интерфейсам персональных компьютеров принято относить системную шину (это интерфейс между ЦП и главным концентратором), шину системной памяти (интерфейс между главным концентратором и ОП), шину графического процессора AGP (интерфейс между главным концентратором и графическим процессором), интерфейс для подключения концентратора ввода-вывода. К числу внутренних относят также универсальный интерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect), служащий для подключения контроллеров разнообразных ПУ.

Локальными называют интерфейсы для подключения накопителей на жестких дисках (IDE/ATA и SCSI) и звуковых и модемных кодеков.

К внешним интерфейсам относят последовательный порт COM (RS-232), параллельный порт LPT (IEEE 1284), универсальный последовательный интерфейс USB, интерфейс FireWire (IEEE 1394) и ряд других, служащих для подключения ПУ. Эти интерфейсы часто называют интерфейсами ввода-вывода. Они предназначены для подключения внешних устройств, например, клавиатуры, принтера, сканера, мыши или дисплея, к центральной части компьютера.