Модели вычислений. Многоуровневая организация вычислительных процессов
Многоуровневая организация вычислител процессов
1 уровень. Машинные коды – это "язык процессора ". Программа состоит из команд, записанных в двоичном коде (с помощью 0 и 1). Каждая команда имеет две составляющие: код операции и адресную часть. Код операции определяет, какую команду должен исполнить процессор. Адресная часть указывает, где в памяти компьютера хранятся операнды и куда поместить результат выполнения операции. (Операнды – это данные, над которыми выполняется операция) В настоящее время программисты не пользуются непосредственно машинными кодами при создании программ, так как это трудоёмко и не наглядно, но, на каком бы языке программирования ни была написана программа, перед выполнением она переводится в машинные коды. Перевод производится автоматически программой-компилятором (транслятором) или интерпретатором (для языка Basic).
2 уровень. Ассемблер – это семейство языков низкого уровня, то есть близких к машинным кодам. Такой язык могут использовать только высококвалифицированные программисты, знакомые с архитектурой процессора. Отличия ассемблера от машинных кодов заключаются в том, что двоичный код операции заменяется буквенным обозначением (мнемокодом), подсказывающим суть операции, а двоичные адреса операндов заменяются именами переменных.
3 уровень. Алгоритмические языки высокого уровня, то есть близкие к разговорному английскому языку. Эти языки удобны для программистов. Практически для каждого блока алгоритма существует какая-либо команда языка программирования. Задача программиста, в основном, заключается в описании блок-схемы алгоритма с помощью соответствующих конструкций языка. Примером таких языков являются Basic, Pascal, C.
Прерывания. Шина современных пк
Прерывание – сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передается обработчику прерывания, котор реагирует на событие и обслужив его, после чего возвращает управление в прерванный код.
В зависимости от источника возникновения сигнала прерывания делятся на:
асинхронные или внешние (аппаратные) – события, которые исходят от внешних источников (например, периферийных устройств) и могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры, движение мыши;
внутренние – события в самом процессоре как результат нарушения каких-то условий при исполнении машинного кода: деление на ноль или переполнение, обращение к недопустимым адресам и недопустимый код операции;
программные (частный случай внутреннего прерывания) – инициируется исполнением специальной инструкции в коде программы. Программные прерывания, как правило, используются для обращения к функциям встроенного программного обеспечения, драйверов и операционной системы.
Совокупность линий, по которым обмениваются информацией компоненты и устройства компьютера, называется шиной.
Шина предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом.
Обычно шина имеет разъемы для подключения внешних устройств, которые в результате сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.
Линии шины делятся на три группы в зависимости от типа передаваемых данных:
Линии данных (шина данных);
Линии адреса (шина адреса);
Линии управления (шина управления).
Шина данных. По этой шине происходит обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью.
Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за определенный промежуток времени и выше производительность компьютера.
Шина адреса. По шине адреса передается уникальный идентификационный код. Она служит для адресации к какому-либо устройству компьютера.
Процесс обмена данными возможен лишь в том случае, когда известен отправитель и получатель этих данных. Каждый компонент компьютера, каждый регистр ввода/вывода и ячейка памяти имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство памяти компьютера.
Шина управления. Для успешной передачи данных недостаточно установить их на шине данных и задать адрес на шине данных. Для того чтобы данные были записаны (считаны) в регистры устройств, подключенных к шине, адреса которых указаны в шине адреса, необходим ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания и т.д. Все эти сигналы передаются по шине управления.
Основные характеристики шины:
Разрядность шины определяется количеством данных, параллельно проходящих через нее.
Пропускная способность шины определяется количеством бит информации, передаваемых по шине за секунду.
Интерфейс. Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимается совокупность различных характеристик какого-либо периферийного устройства компьютера, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором.
