1.4.5. Способы организации ввода-вывода информации

Существует три способа организации ввода/вывода информации: прямой доступ к памяти, доступ по запросу на прерывание и программный ввод/вывод.

1. Прямой доступ к памяти. Невозможен без дополнительного модуля – контроллера прямого доступа, который и берет на себя управление данным процессом. Этот способ используется для обслуживания быстрых передающих устройств (например, дисковые накопители).

2. Доступ у памяти по запросу на прерывание. Прерывание текущего процесса осуществляется по готовности внешнего устройства передавать данные. Сохраняется текущее состояние процессора и производится прерывание. По окончании передачи данных состояние процессора восстанавливается и его работа продолжается. В данном случае процессом передачи данных управляет сам процессор.

3. Программный ввод/вывод или «петля ожидания». Процессор ожидает готовности внешнего устройства для передачи данных. И начинает обрабатывать данные по специальному биту – флагу готовности. Довольно медленный способ передачи данных.

В курсовом проекте в создаваемой ЭВМ предполагается использование программного ввода/вывода и ввода/вывода по прерыванию.

1.4.6. Способ оценки производительности эвм

Для оценки производительности работы ЭВМ необходимо вычислить время, затрачиваемое на выполнение некоторой обобщенной команды. В качестве единицы времени используется такт. Для вычисления величины времени выполнения обобщенной команды используется формула, определяющая величину взвешенного арифметического среднего, которая позволяет учесть частоту использования каждой команды в заданной смеси команд.

X=

Xi – время (такты) выполнения команды i-го типа в заданной смеси команд;

Ci – дробная величина (доля). Характеризует частоту использования команды i-го типа в заданной смеси команд. Сумма всех N долей составляет единицу.

1.4.7. Приращение производительности эвм

В современных компьютерах используют множество приемов, призванных повысить производительность машины. В проекте используется метод конвейерной обработки команд: в каждый момент времени на конвейерном процессоре обрабатывается несколько команд, причем все они находятся на разных стадиях обработки. В результате происходит прирост производительности машины. Ожидаемый прирост производительности относительно первоначальной системы – 15 %.

1.5. Способ тестирования ЭВМ

Способ тестирования заключается в моделировании процесса выполнения тестовой программы.

Пусть дан линейный массив двоичных чисел. Нужно определить индексы (местоположение) нечетных чисел в массиве. Получится новый линейный массив.

Дано:[0001 0010 0000 0110 0100 0000 0000 0100 1010 1100 0101 0000]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Получим: [1 11] и [0001 0101]

1.6. Взаимодействие программ пользователя с внешними устройствами

Нужно обеспечить взаимодействие программ пользователя с внешними устройствами, используя функции BIOS, DOS, язык C.

1.7. Демонстрация возможностей взаимодействияCPUс внешними устройствами

Программа создается с помощью языка С++ для демонстрации возможностей взаимодействия с клавиатурой в среде операционной системы MS DOS. В программе необходимо инициировать переменные, используемые для описания начального положения курсора. Для перемещения символа ‘*’ в пределах заданного на экране монитора прямоугольного окна необходимо использовать клавиши, обозначенные символами ←, ↑, →, ↓ (стрелки). В программе используются средства прерывания (int21h).

1.8. Интерфейс Win32 API

В Windows для манипуляции с памятью в режиме пользователя используются программные средства Win32 API, а для манипуляции с памятью в режиме ядра используются специальные системные вызовы, отличающиеся от API вызовов. Подсистема Win32 API также отвечает за графический режим.

Требуется пояснить назначение и привести примеры функций подсистемы Win32.

2. Структура и алгоритм функционирования ЭВМ классической модели

2.1. Вводные замечания

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки информации, изобретённого Д. фон Нейманом еще в 1946 году.

Процессоры классифицируются по признаку поточности I и D (команд и данных) как системы ОКОД, ОКМД, МКОД, МКМД.

1)ОКОД (одиночный поток команд одиночный поток данных). Архитектура фон Неймана. Это последовательные ЭВМ, в которых выполняется единственная программа, т. е. имеется только один счетчик команд и одно арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Этот эффект называется «узким горлышком фон Неймана».

Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными. Параллельные процессоры используются в суперкомпьютерах.

2)ОКМД (одиночный поток команд множественный поток данных). В таких ЭВМ выполняется единственная программа, но каждая ее команда обрабатывает много чисел. Это соответствует векторной форме параллелизма.

3)МКОД (множественный поток команд одиночный поток данных). Подразумевается, что в данном классе несколько команд одновременно работает с одним элементом данных, однако эта позиция классификации Флинна на практике не нашла применения;

4)МКМД (множественный поток команд множественный поток данных). В таких ЭВМ одновременно и независимо друг от друга выполняется несколько программных ветвей, в определенные промежутки времени обменивающихся данными. Такие системы обычно называют многопроцессорными. В класс МКМД входят машины двух типов: с управлением от потока команд (IF . Instruction Flow) и управлением от потока данных (DF . Data Flow).

В курсовой работе проектируется ОКОД архитектура.