Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Характеристики материнської плати

Основні характеристики материнської плати такі:

· тип гнізда для підключення процесора і кількість гнізд;

· максимальний обсяг оперативної пам’яті;

· інтерфейси і кількість слотів розширення;

· склад додаткових компонентів;

· склад і кількість рознімів для підключення зовнішніх пристроїв;

· форм-фактор.

Тип гнізда материнської плати для процесора визначає, які моделі процесорів і з якою тактовою частотою можна вмикати в нього.

Максимальний обсяг оперативної пам’яті визначає граничне значення обсягу оперативної пам’яті, який підтримує ця материнська плата. Реальний обсяг оперативної пам’яті визначається кількістю рознімів для модулів та обсягом одного модуля (1 Гбт, 2Гтб).

Інтерфейси і кількість слотів розширення визначають можливості материнської плати щодо вмикання пристроїв. У сучасних материнських платах обов’язково наявний слот PCI та AGP (для прискорення виведення даних на відеокарту і підвищення продуктивності комп’ютера). Деякі материнські плати містять убудовані відеоадаптери.

До додаткових компонентів належать наявність мережевого адаптера, звукової карти та ін.

Склад і кількість рознімів для підключення зовнішніх пристроїввизначає, скільки і які зовнішні пристрої можливо підключити до ком’ютера. Сучасні материнські плати містять як мінімум чотири порти USB та як мінімум один порт IEEE 1394.

Під форм-фактором розуміють розміри материнської плати, розміщення рознімів для вмикання пристроїв і карт розширення, а також розміщення отворів усередині плати, за допомогою яких материнську плату з’єднують з корпусом системного блока.

На сьогоднішній день існує чотири переважаючих розміри материнських плат – AT, LPX, ATX, і NLX. Стандарти AT, LPX та їх різновиди натепер застарілі.

Специфікація ATX, запропонована Intel ще в 1995 році (рис 10.1). Плата має форм-фактор 30,5х24,4 см і містить наступні переваги:

Інтегровані розніми портів вводу-виводу. На всіх сучасних платах конектори портів вводу-виводу присутні на платі, тому цілком природним виглядає рішення розташувати на ній і їх розніми, що приводить до досить значного зниження кількості сполучних проводів усередині корпуса. До того ж, серед традиційних паралельного і послідовного портів, розніму для клавіатури, додані нові порти S/2 і USB.

· Зручність доступу і збільшення кількості модулів пам'яті. У результаті всіх змін гнізда для модулів пам'яті перемістилися далі від слотів для материнських плат, від процесора і блока живлення. У результаті нарощування пам'яті стало у будь-якому випадку хвилинною справою.

· Зменшена відстань між платою і дисками. Розніми контролерів IDE і FDD перемістилися практично впритул до з'єднаних з ними пристроїв. Це дозволило скоротити довжину використовуваних кабелів, тим самим підвищити надійність системи.

· Рознесення процесора і слотів для плат розширення. Гніздо процесора переміщене з передньої частини плати на задню, поряд з блоком живлення. Це дозволяє встановлювати у слоті розширення повнорозмірні плати – процесор їм не заважає. До того ж, вирішилася проблема з охолоджуванням. Повітря, що засмоктується блоком живлення, обдуває безпосередньо процесор.

· Покращена взаємодія з блоком живлення. Тепер використовується один 20-контактний рознім, замість двох, як на AT платах. Крім того, додана можливість керування материнською платою блоком живлення – включення в потрібний час або по настанню певної події, можливість включення з клавіатури, відключення операційною системою і т.п.

· Напруга 3.3 В. Тепер напруга живлення 3.3 В, вельми широко використовувана сучасними компонентами системи (узяти хоч би карти PCI), надходить з блоку живлення. У AT-платах для його отримання використовувався стабілізатор, встановлений на материнській платі. У ATX-платах необхідність в стабілізаторах відпадає.

Специфікація ATN – продукт подальшого розвитку стандарту ATX. Відповідно до цього стандартув комп’ютер вставляється ризер-карта (Riser card). Ризер-карта має стандартні слоти PCІ і AGP, у які вставляються всі потрібні карти розширення. Наявність ризер-карти суттєво полегшує і здешевлює модернізацію комп’ютера.

 

Центральний процесор

Мікропроцесор – це пристрій, що служить для арифметичних і логічних перетворень даних, для організації обігу з ОП і зовнішніми пристроями і для керування ходом обчислювального процесу.

У комп'ютері обов'язково повинен бути присутній центральний процесор (СPUCentral Processing Unit). У багатопроцесорній системі функції центрального процесора розподіляються між декількома звичайно ідентичними процесорами для підвищення загальної продуктивності системи, а один з них призначається головним. На допомогу центральному процесору в комп'ютер введені співпроцесори, орієнтовані на виконання яких-небудь специфічних функцій. Широко поширені математичні співпроцесори, які ефективно оброблюють числові дані у форматі з плаваючою комою; графічні співпроцесори, що виконують геометричну побудову і обробку графічних зображень; співпроцесори вводу-виводу, що розвантажують центральний процесор від нескладних, але численних операцій взаємодії з периферійними пристроями. Можливі і інші співпроцесори, проте всі вони не самостійні – виконання основного обчислювального процесу здійснюється центральним процесором, який відповідно до програми видає «завдання» співпроцесорам на виконання їх «партій».

Центральний процесор задається наступними характеристиками:

· тактова частота генератора (більше 3 Ггц) і залежний від неї машинний такт ( 10 –100 нс). Чим коротший машинний такт, тим вища продуктивність процесора;

· ступінь інтеграції показує, скільки транзисторів містить процесор (від десятків тисяч до сотень мільйонів);

· внутрішня розрядність процесора або розрядність адресної шини (розрядність Pentium становить 32, а Itanium – 64);

· кількість рівнів кеш-пам'яті і її обсяг;

· частота системної шини (або швидкість зміни вмісту пам’яті – 800 Мгц);

· напруга живлення і потужність (Itanium 2 – 1,5 В, 62 Вт; Pentium – 3,5-5 В, 130 Вт).

Сучасні процесори вставляються в гніздо материнської плати за допомогою багатоконтактних розніміів (гніздо Socket 478 для Pentium IV і 611 контактне гніздо для Itanium 2). Розрядність адресної шини впливає на обсяг пам'яті, що адресується. Так, за допомогою 32-розрядної шини можна максимум адресувати 4 Гбт пам'яті, при 64-розрядної – до 1 Тбт. Розрядність шини даних впливає на продуктивність роботи комп'ютера.

У даний час існує велике число різновидів мікропроцесорів, що розрізняються за призначенням, функціональними можливостями, структурою, виконанням. Найбільшого поширення набули IBM сумісні комп'ютери.

Процесори фірми Intel зображені на рис. 10.2.

Центральні процесори для IBM сумісних комп'ютерів виготовляють фірми: Intel, AMD,Sun. Процесори з подібною архітектурою утворюють сім'ї.

Перший процесор фірми Intel 4004 (1971г.) був чотирирозрядний, з тактовою частотою 800 кГц і працював з пам'яттю 640 байт. Тепер цей процесор використовується в калькуляторах.

Найбільш поширені серед 16-бітових мікропроцесорів: Intel 8086, Intel 8088, 32-бітових – Intel 80386, Intel 80486, 64-бітових – Pentium які сумісні за ідеями і форматом даних від низу до верху. Ці мікропроцесори використовуються в різних модифікаціях. Тип – Intel 8086/8088 є базовим для IBM сумісних комп’ютерів. Всі подальші типи МП ґрунтуються на ньому і лише розвивають його архітектуру.

Окремо слід зупинитися на процесорі Pentium, промислові поставки якого почалися в 1993 році. Використовування нової (субмікронної) технології зробило можливим збільшити кількість транзисторів від 3,1млн в процесорі Pentium I до 178 млн в Pentium IV. Даний процесор має 64-бітову шину даних і шинний інтерфейс, 32-бітовий цілочисельний блок АЛП, підтримує багатопроцесорний режим роботи, високопродуктивний блок обчислень з плаваючою точкою, блок конвеєрних обчислень з плаваючою точкою. Суперскалярна архітектура дозволяє виконувати дві інструкції одночасно. Тактова частота процесора Pentium IV становить 3,4 ГГц.

Відгалуженням процесорів сімейства Pentium стали процесори сімейства Xeon, призначені для багатопроцесорних серверів. Вони працюють з частотою понад 3 ГГц і містять 169 млн транзисторів.

Іншим відгалуженням фірми Intel стали процесори сімейства Сeleron, які є спрощеним, а значить, більш дешевим варіантом процесорів Pentium (тактова частота 2,8 ГГц.)

Крім того, фірма Intel розробила процесор Pentium Міз зниженим споживанням, працюючий на частоті 1,4 Ггц.

Перший 64-розрядний процесор – Itanium з'явивсяв2001 році. Адресна шина цього процесора стала 64-розрядною, що дозволило адресувати пам'ять до 1 Тбт.Itanium 2 працює на частоті 3 Ггц.

Процесори AMD – це більш прості і дешеві клони фірми Intel. Так, 32-розрядний AMD Athlon XP, AMDAthlon MP є аналогами Pentium IV і Itanium 2 відповідно. Більш дешева версія процесора AMD – процесор Ceptron (Duron).

Процесор VIA C3 (спадкоємець фірми Cyrix – колишнього конкурента фірми Intel) з тактовою частотою 1,4 Ггц призначені для використовування в настільних і портативних комп'ютерах з підвищеними вимогами до захисту даних.

Сімейство процесорів UltraSPARC використовують у комп'ютерах, виготовлених фірмою Sun. Процесори PowerPc використовують для комп'ютерів серії Macintosh і фірми Intel.

Структура сучасних мікропроцесорів значно змінилася. Структура і основні компоненти процесора Itanium 2 наведені на рис. 10.3.

Так, процесор Itanium 2 містить:

· блок регістрової пам'яті;

· блок кеш-пам'яті;

· блок обробки команд;

· блок виконання команд;

· блок прогнозування переходів;

· блок керування.

Регістрова пам'ять призначена для зберігання даних, адрес, команд.

Робочий цикл процесора менший від часу доступу до оперативної пам'яті. Тому процесор вимушений простоювати. Для зменшення часу простою використовується пам'ять, яка отримала назву кеш-пам'ять. Ця пам'ять використовує більш швидкодійні (і більш дорогі) елементи, ніж оперативна пам'ять. Це зменшує час простою процесора, оскільки при повторному зверненні до пам'яті немає необхідності спілкуватися з оперативною пам'яттю, тому що дані зберігаються в кеш-пам'яті.

Рис. 10.3. Структура і основні компоненти процесора Itanium 2

 

Кеш-пам'ять складається з трьох основних компонентів:

· контролера кеш-пам'яті, керівника взаємодією кеш-пам'яті і системної шини процесора;

· кеш-пам'яті даних;

· кеш-пам'яті адрес.

Розрізняють кеш-пам'ять першого L1 і другого L2 рівня. Кеш-пам'ять першого рівня більш швидкодійна, її обсяг 8–16 кбт, вбудована в процесор. Кеш-пам'ять другого рівня (обсяг від 256 Кбт до 1 Мбт) раніше розміщувалася на материнській платі виконана у вигляді окремого блока, тому її часто називають зовнішньою. В деяких моделях між L2 і системною шиною використовують пам'ять L3 (обсяг до 2 Мбт) і називають її пам'яттю третього рівня.

Блок обробки команд призначений для завантаження і дешифрації команд.

Блок виконання команд спроектовано за технологією RISC, яка припускає більш швидке виконання команд, які часто використовуються. Використовується конвеєрна обробка команд, коли перший етап подальшої команди починається зразу ж після закінчення першого етапу подальшої команди. Тому такі процесори називаються скалярними. Процесори, що мають конвеєри, називаються суперскалярними.

Блок прогнозування переходів виконує аналіз раніше виконаних переходів і прогнозує можливість переходу.

Блок керування містить блок керування процесором і блок обробки переривань.

Основне призначення процесора полягає в обробці інструкцій з обробки даних – команд машинної мови процесора. Сукупність цих команд утворюють набір команд цього процесора. Основним або базовим набором команд фірми Intel називають набір команд процесора Intel 8086, який виконує наступні команди:

· переміщення даних (MOV);

· команди двійкової арифметики (додавання – ADD, віднімання – SUB, множення – MUL, розподіл для чисел з фіксованою комою – DIV);

· команди десяткової арифметики для двійково-десяткових чисел;

· логічні операції (AND, OR, NOT, XOR);

· команди зсуву (SHL, SHR, SAR, SAL, RCL, RCL, ROR, ROL);

· установки і перетворення бітів;

· команди керування (умовного і безумовного переходу – JUMP);

· команди вводу-виводу (IN, OUT);

· системні команди (INT N).

Команди обробки чисел у форматі з плаваючою точкою спочатку виконувалися програмно, або виконувалися в окремому співпроцесорі, який зараз є вбудованим.

У наступній модифікації МП фірми Intel – 8086 реалізована розширена система команд. Розширення системи команд продовжується у всіх нових моделях, але, окрім цього, в кожній новій моделі вводяться додаткові архітектурні рішення: в 80286 введені вбудований блок керування ОП, працюючий у віртуальному режимі (що дозволило збільшити гранично допустимий обсяг віртуальної пам'яті до 4 Гбайт при 16 Мбайт фізичної), і блоки, що дозволяють реалізувати мультизадачність – блок захисту ОП і блок перевірки рівня привілеїв. Крім того, у всіх подальших моделях вводяться і удосконалюються засоби, що дозволяють підвищити продуктивність МП: удосконалюються конвеєр команд і вбудований блок керування ОП, вводяться мікропрограмне керування операціями, прогнозування переходів за командами умовної передачі керування, скалярна архітектура ЦП (арифметичний конвеєр) і мультискалярна архітектура (дещо паралельно працюючих арифметичних конвеєрів, одночасно виконуючих машинні операції, завдяки чому з'являється можливість за один такт МП виконувати більше однієї машинної операції). Починаючи з 80486, в кристалі МП розміщується арифметичний співпроцесор для операцій з плаваючою точкою.

В процесорі Pentium MMX, реалізована технологія мультимедійного розширення для обробки звукових і відеосигналів, яка дозволяє пересилати восьмибайтні слова, упаковувати і розпаковувати дані і виконувати над ними операції в упакованому вигляді.

 

Розділ 11. ПАМ’ЯТЬ КОМП’ЮТЕРА

Пам'ять комп'ютера буває енергозалежною і енергонезалежною і ділиться на внутрішню і зовнішню.

 

Внутрішня пам'ять

Внутрішня пам'ять (пам'ять, розташована на материнській платі) включає: оперативну або системну пам'ять; пам'ять ВIOS (ROM BIOS); пам'ять пристроїв комп'ютера; кеш-пам'ять; регістрову пам'ять.

Регістрова пам'ять – це процесорна пам'ять невеликого обсягу, призначена для зберігання інформації, що обробляється в даний момент.

Оперативна пам'ять призначена в основному для зберігання програм, що виконуються, та їх даних протягом усього часу, поки комп'ютер працює. Вона подібна грифельній дошці, інформація на якій постійно витирається, замінюється новою і повністю зникає після вимкнення комп'ютера.

До пам'яті пристроїв належить відеопам'ять монітора (256 Мб – 1 Гб), клавіатури ( 8 Кб), буферна пам'ять (принтерів: 8 – 128 Кб).

Кеш-пам'ять – це спеціально виділена ділянка швидкодійного носія, яка призначена для зберігання даних, що часто використовуються. Надалі, коли програмі знов будуть потрібні ці дані, вона зможе їх прочитати із кеш-пам'яті за більш короткий час, а не з оперативної пам'яті.

Оперативна і кеш-пам'ять є енергозалежною пам'яттю і ділиться на динамічну і статичну.

Динамічна пам'ять (DRAM) побудована на мікросхемах, які вимагають періодичної регенерації (відновлення) інформації. Елементом пам'яті DRAM є конденсатор. Зарядженому стану конденсатора відповідає 1, розрядженому – 0. Оскільки місткість конденсатора дуже маленька, то вона вимагає періодичного відновлення. Відновлення проходить під час операцій зчитування даних, а також відновлення здійснює спеціальна схема регенерації.

Оперативна пам'ять комп'ютера реалізована на основі динамічної пам'яті.

У даний час використовують наступні типи динамічної пам'яті: SDRAM, RDRAM, XDR DRAM та ін. (рис 11.1, 11.2).

Статична пам'ять (SRAM) виконана на транзисторах, що забезпечує практично безстроковий час зберігання при низьких енергетичних витратах. Показники зчитування-записування даних у статичній пам'яті більш високі, ніж у динамічній.

Разом з тим статична пам'ять має істотні недоліки:

· при однаковому обсязі даних її розміри в чотири рази більші розмірів динамічної пам'яті;

· статична пам'ять більш дорога і більш технологічно складна, ніж динамічна.

Тому статичну пам'ять використовують у кеш-пам'яті,а також у мікроконтролерах різних пристроїв.

У даний час використовують наступні типи статичної пам'яті: DDR SRAM, QDR SRAM та ін.

Енергонезалежна пам'ять не вимагає живлення для зберігання даних. До неї належить пам'ять тільки для зчитування (ROM), програмована пам'ять (PROM).

ROM-пам’ять зберігає:

· програму первинного тестування комп'ютера. Ця програма одержує керування відразу після вмикання комп'ютера. Вона перевіряє всі підсистеми комп'ютера. У разі виявлення помилки або несправності комп'ютера відображає на екрані відповідне повідомлення.

· програму первинного завантаження комп'ютера.Програма первинного завантаження одержує керування після успішного завершення тестів і робить перший крок для завантаження операційної системи;

· базову систему введення-виведення. Вона подає набір програм, що використовуються для керування основними пристроями комп'ютера. Базова система введення-виведення дозволяє відображати на екрані комп'ютера символи і графіку, записувати і читати дані з магнітних дисків, друкувати на принтері і вирішувати багато інших важливих задач.

PROM– пам’ять, яка зберігає різні параметри конфігурації комп'ютера, наприклад, кількість і тип дискових накопичувачів, тип відеоадаптера, наявність співпроцесора і деякі інші дані, що зберігаються в так званій CMOS-пам'яті. Мікросхема CMOS-пам'яті також містить звичайний електронний годинник. Дякуючи йому, у будь-який момент можна дізнатися значення поточної дати і часу. Щоб при відключенні живлення комп'ютера вміст CMOS-пам'яті не стирався і годинник продовжував відлічувати час, мікросхема CMOS-пам'яті живиться від спеціальної маленької батареї або акумулятора, який також знаходиться на системній платі.

В енергонезалежній пам'яті використовуються елементи, що знаходяться в одному із станів: в стані «1», якщо пропускають струм, в стані «0» – якщо ні. Значення станів встановлюються за допомогою пристроїв, що звуться програматорами. Так, мікросхеми PROM-пам'яті на перетині рядків і стовпців мають з'єднання, тобто спочатку всі комірки знаходяться в одиничному стані. Далі за допомогою програматора „пропалюються” з'єднання, що потребують нульового значення.

У сучасних комп'ютерах внутрішня пам'ять випускається у вигляді мікросхем. Мікросхеми пам'яті виготовляють з кремнію за напівпровідниковою технологією з високим ступенем інтеграції елементів на кристалі (мікросхеми пам'яті належать до так званих “регулярних схем”, що дозволяє зробити установку елементів пам'яті в кристалі (чипі) настільки щільною, що розміри елементів пам'яті стають порівняними з розмірами окремих атомів). Мікросхема пам'яті розміщується в корпусі. Основні типи корпусів: DIP, SOJ, TSOP, TQPF. Мікросхеми спільно з допоміжними елементами кріпляться до карти – модуля пам'яті. Модулі вставляються в спеціальні слоти розширення на материнській платі. Окрім різної кількості контактів, модулі мають різну кількість і розташування ключів. Ключем називають виріз у модулі пам'яті, який разом з виступом у слоті розширення запобігає неправильній установці модуля.

 

Залежно від розміру або форм-фактора розрізняють такі види модулів: SIMM, DIMM, SODIMM, RIMM, випускаються в 72-, 84-, 144-, 232- контактному виконанні.

Збільшення обсягу ОЗП звичайно пов'язане з установкою додаткових мікросхем, обсягом до 1 Гб.

Зовнішня пам'ять

Зовнішня пам'ять призначена для тривалого зберігання інформації і є енергонезалежною пам'яттю. Обсяг інформації, що зберігається в зовнішній пам'яті, в 1000 разів перевищує обсяг внутрішньої пам'яті. Пристрої, призначені для зовнішньої пам'яті (рис 11.3.), діляться на такі групи: дисководи гнучких і жорстких дисків, оптичні дисководи (DVD), пристрої зовнішньої флеш-пам'яті.

Для зберігання інформації на магнітних дисках використовують спеціальні феромагнітні речовини – феромагнетики. Феромагнетики намагнічуються за допомогою магніту або електромагніту і зберігають свій стан. Магнітний шар має доменну структуру. Орієнтація доменів зіставляється із станом 0 або 1. На відміну від внутрішньої пам'яті, інформація на магнітний диск записується не по бітах, а кодується (довга послідовність нулів або одиниць створює магнітне поле і вносить помилки при зчитуванні).

Для зберігання двійкових даних в оптичних носіях (CD, DVD) використовують зміну відображення світла від матеріалу носія (рис. 11.4). Повне відображення світла зіставляють з одиницею, а його повну відсутність – з нулем. Дані записуються на носій за допомогою лазерного променя великої потужності, з подальшим нанесенням фоторезистивного шару і його металізацією.

Флешпам'ятьвиконана на транзисторах (рис 11.5). Транзистор має два ізольовані затвори: керуючий (control) і плаваючий (floating). Важливою особливістю транзистора є здатність утримувати електрони, тобто заряд. Також в комірці є так звані «стік» і «витік». При програмуванні між ними, унаслідок дії позитивного поля на керуючому затворі, створюється канал – потік електронів. Деякі з електронів, завдяки наявності більшої енергії, долають шар ізолятора і потрапляють на плаваючий затвор. На ньому вони можуть зберігатися протягом декількох років. Певний діапазон кількості електронів (заряду) на плаваючому затворі відповідає логічній одиниці, а все, що більше його, – нулю. При читанні ці стани розпізнаються шляхом вимірювання порогової напруги транзистора. Для стирання інформації на керуючий затвор подається висока негативна напруга, і електрони з плаваючого затвора переходять (тунелюють) на витік. У технологіях різних виробників цей принцип роботи може відрізнятися за способом подачі струму і читанням даних з комірки.

У структурі флеш-пам'яті для зберігання одного біта інформації потребується тільки один елемент (транзистор), тоді як в енергозалежних типах пам'яті для цього потрібно декілька транзисторів і конденсатор. Це дозволяє істотно зменшити розміри мікросхем, що випускаються, спростити технологічний процес, а отже, і знизити собівартість. Але і один біт далеко не межа: Intel вже випускає пам'ять StrataFlash, кожна комірка якої може зберігати по 2 біти інформації. Крім того, існують пробні зразки, з 4-ма і навіть 9-ма бітовими комірками. В такій пам'яті використо­вується технологія багаторівневих комірок. Вони мають звичайну структуру, а відмінність полягає в тому, що заряд їх ділиться на декілька рівнів, кожному з яких ставиться у відповідність певна комбінація бітів. Теоретично прочитати/записати можна і більше 4-х бітів, проте на практиці виникають проблеми з усуненням шумів і з поступовим витіканням електронів при тривалому зберіганні.

До достоїнств флеш-пам'яті слід віднести: високу щільність упаковки, електричне стирання і запис, невисоку вартість. Обсяг пам'яті 1 Гб, 2 Гб, 4 Гб або ін.

 

Способи адресації

Раніше пам'ять була дуже маленькою і для її адресації використову­валися 2 байти (так зване "слово"). Такий підхід дозволяв адресувати 64 Кб пам'яті, і адресація була лінійною – для вказівки адреси використовувалося одне-єдине число. Пізніше, з удосконаленням техніки, виробники зрозуміли, що є можливість підтримувати великі обсяги пам'яті, але для цього потрібно зробити розмір адреси більшим. Для сумісності з вже написаним програмним забезпеченням було вирішено зробити так: адресація тепер двокомпонентна (сегмент і зсув), кожна з яких 16-бітова, а старі програми як використовували одну 16-бітову компоненту, так і продовжують працювати. Фізична адреса в такій моделі обчислюється так: <сегментна адреса > · 16 + <зсув>. Таким чином, модель дозволяє адресувати від 0 до 65 535 · 16 + 65 535 байтів, тобто 1 114 095 байтів, що трохи більше 1 Мб. Одна важлива властивість сегментної адресації: одну і ту ж саму фізичну адресу можна подати різними комбінаціями <сегмент + зсув>. При цьому зсуви можуть вказуватися в процесорних командах як безпосередньо, так і за допомогою змінних і вмісту регістрів, а сегменти вказуються безпо­середньо, або для вказівки сегментів використо­вуються спеціальні 16-бітові сегментні регістри. Спочатку їх було 4: CS, DS, SS, ES (сегмент команд, сегмент даних, сегмент стека, додатковий сегмент).

З появою 32-бітових процесорів завдяки принципу сумісності, якого дотримується Intel як "законодавець" архітектури, сегментну модель було вирішено модифікувати і залишити.

Сегментна частина адреси залишилася 16-бітовою, а ось зсув став 32-бітовим, а також усі регістри, окрім сегментних, стали 32-бітовими. Змінився і принцип обчислення фізичної адреси: сегментна частина ні на що не помножується, а є спеціальна таблиця, адреса і розмір якої відомі процесору. Ця таблиця містить для кожного сегмента стартову адресу. Саме поняття "сегмент" тепер означає деяку область даних, що починається з довільної 32-бітової адреси і що закінчується так само довільною 32-бітовою адресою, а вищезазначена таблиця зберігає дані про ці сегменти – власне стартові адреси і розміри. Елементи цієї таблиці називаються дескрипторами. Порядковий номер дескриптора (нумерація починається з нуля) міститься в полі “Індекс” в селекторі. Значення селектора заздалегідь заноситься до відповідногоо сегментного регістру. Програміст, вказуючи сегмент і зсув, насправді вказує селектор і зсув. 32-бітові процесори мають два режими роботи – реальний і захищений. Стара модель сегментації працює в реальному режимі процесора, а нова – в захищеному. Більшість сучасного програмного забезпечення взагалі не чіпає сегментні регістри – операційна система виділяє один-єдиний сегмент, який починається з нульової адреси і має розмір (232 – 1) байтів (таким чином охоплюючи всю можливу оперативну пам'ять), – і завантажує відповідно регістри CS, DS, SS, ES.

З появою перших версій мультизадачності (на 286-х процесорах фірми Intel зокрема) перед розробниками ПО постала проблема. Оперативної пам'яті стало недостатньо для всіх програм, що повинні виконуватись одночасно. Більш того, не було чіткого механізму розподілу пам'яті між програмами. Використовувались загальні ділянки пам'яті, куди потім будь-яка „недружня” програма могла записати все що завгодно, зіпсувавши дані іншої програми. Це надавало можливості для дії вірусів і інших шкідливих програм. Потрібно було, по-перше, забезпечити повну ізоляцію процесів один від одного, по-друге, реалізувати механізми "підкачки" – скидання невживаних у даний час ділянок пам'яті одного процесу на диск, за рахунок чого звільнялася так необхідна другому процесу оперативна пам'ять. Все це привело до появи механізму сторінкової трансляції.

З появою сторінкової трансляції виникло дві адреси – фізична і віртуальна (або лінійна). Пам'ять (як фізична, так і віртуальна) розбита на рівного розміру блоки – сторінки. Кожна віртуальна сторінка пам'яті фізично зберігається в деякій фізичній сторінці, причому на одну фізичну сторінку можуть у різний час розподілятися різні віртуальні. Найцікавіше те, що програма користується віртуальними адресами і нічого не знає про те, де фізично знаходиться елемент, до якого вона звертається за віртуальною адресою. Власне трансляція (перетворення віртуальної адреси у фізичну) виконується апаратним процесором. Крім того, механізм сторінкової трансляції передбачає можливість реалізації "підкачки".

При сторінковій адресації використовуються таблиці сторінок. Фізично є дворівнева таблиця. Вона містить каталог таблиць сторінок з 1024 рядками. Кожний рядок містить адресу таблиці сторінок. Кожна таблиця сторінок складається з 1024 рядків, що містять кожний інформацію про одну сторінку розміром 4 Кб. Останні процесори дозволяють реалізувати таблицю з одним рівнем – є таблиця сторінок, що містить 1024 рядки, кожний з яких зберігає інформацію про сторінку розміром 4 Мб.

Таким чином, при зверненні до пам'яті використовуються три способи адресації:

· лінійна;

· сегментна;

· сторінкова.

За першим способом адреса є окремим цілочисельним значенням. Обчислення адреси здійснюється за допомогою операції приросту і зменшення. Архітектура мікропроцесора досить складна, та зате зручна, оскільки весь адресний простір використовується як єдине ціле.

При іншому способі адресації адресний простір ділиться на безліч сегментів і називається сегментованим простором. Початковий нульовий сегмент адреси називається базовим. При сегментній адресації адреса подається у вигляді двох цілочисельних величин – номера сегмента і зсуву. При формуванні фізичної адреси підсумовуються коди, які задають адресу сегмента і значення зсуву в заданому сегменті.

При сторінковій організації пам'яті фізична адреса визначається за спеціальними таблицями.

Способи адресації можна класифікувати за наступними характеристиками:

· наявністю адресної інформації в команді;

· наявністю звернення до оперативної пам'яті;

· формуванням адрес елементів пам'яті.

За наявністю адресної інформації в команді розрізняють явну і неявну адресацію. При явній адресації в команді є поле адреси операнда і в ньому заданий адресний код. При неявній адресації в команді відсутнє поле адреси операнда, а адреса визначається кодом операції. Використовування неявної адресації простіше, проте призводить до ускладнення команд процесора і його фізичної реалізації.

За наявністю звернення до оперативної пам'яті використовують наступні способи адресації:

· безпосередня адресація;

· пряма адресація;

· непряма адресація.

При безпосередній адресації операнд розташовується в адресному полі команди.При цьому зменшується час виконання операції, скорочується використовуваний обсяг пам'яті, але виникають труднощі в реалізації цього способу. Використовується для завдання недовгих констант.

При прямій адресації в адресному полі команди вказується адреса операнда. Спосіб малоефективний при адресації до пам'яті великого обсягу. Використовується в поєднанні з іншими методами. Найбільш ефективний при адресації регістрової пам'яті.

При непрямій адресації в полі команди міститься адреса елемента пам'яті, в якому знаходиться не сам операнд, а лише його адреса. Адресація до операнда здійснюється через ланцюжок покажчиків, тому спосіб називається непрямим.

Формування адрес елементів пам'яті можна розділити на абсолютні і відносні. Абсолютні способи формування не вимагають перетворення виконавчого коду. При формуванні відносних адрес відбувається підсумовування кодів бази і зсуву.

Доступ до пам'яті

За доступом до пам'яті розрізняють пам'ять магазинного і стекового типів.

Пам'ять магазинного типу утворюється з послідовно сполучених регістрів (рис. 11.6, a).

Якщо запис в регістрову структуру (рис. 11.6, а) проводиться через один регістр, а зчитування – через інший, то така пам'ять є аналогом лінії затримки і працює за принципом “першим увійшов – першим вийшов” (FIFOfirst input, first output).

Якщо ж запис і читання здійснюються через один і той же регістр (рис. 11.6, б), такий пристрій називається стековою пам'яттю, що працює за принципом “першим увійшов – останнім вийшов” (FILOfirst input, last output). При записуванні числа в стекову пам'ять спочатку вміст стека зсовується у бік останнього, к-го регістру (якщо стек був повністю заповнений, то число з к-го регістру втрачається), а потім число заноситься до вершини стека – в регістр 1. Читання здійснюється теж через вершину стека, після того, як число з вершини прочитане, стек зсовується у бік регістра 1.

 

а б

 

Рис. 11.6. Регістрова структура пам’яті:а – типу FIFO; б –типу FILO

 

Стекова пам'ять набула широкого розповсюдження. Для її реалізації в комп’ютері розроблені спеціальні мікросхеми. Але часто робота стекової пам'яті емулюється в основній пам'яті комп’ютера: за допомогою програм операційної системи виділяється частина пам'яті під стек (в IBM PC для цієї мети виділяються 64 Кб). Спеціальний регістр мікропроцесора (покажчик стека) постійно зберігає адресу комірки ОП, виконуючої функції вершини стека. Читання числа завжди проводиться з вершини стека, після чого вміст покажчика стека змінюється і вказує на черговий елемент стекової пам'яті (тобто фактично стек залишається нерухомим, а переміщується вершина стека). При записуванні числа в стек спочатку модифікується номер комірки в покажчику стека так, щоб він указував на чергову вільну комірку, після чого проводиться записування числа за цією адресою. Така робота покажчика стека дозволяє реалізувати принцип “першим увійшов – останнім вийшов”. У стек може бути завантажений в певній послідовності ряд даних, які згодом прочитуються із стека вже в зворотному порядку. За цією властивістю побудована система арифметичних перетворень інформації, відома під назвою “логіка Лукашевича”.

Елементами внутрішньої пам'яті є комірки місткістю, кратною одному байту. Кожна комірка має адресу. Внутрішня пам'ять комп’ютера і пристроїв є послідовністю адресованих елементів (байтів, слів, подвійних слів, четверних слів, сегментів, сторінок і т.п.). Фізично, за винятком кеш-пам'яті, біти пам'яті організовані в матрицю, що складається з рядків і стовпців. Повна адреса містить адресу стовпця (перша частина) і адресу рядка (друга частина). Керування доступом до пам'яті виконує контролер пам'яті.

 

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-11

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...