описанный Дж. фон Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов ЭВМ .
Суть его заключается в следующем.
Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены
в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд.
Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место
нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды —
переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных.
Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и
результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой
Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В
качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ , предназначенных для
хранения объектов. Информация ( командная и данные: числовая, текстовая,
графическая и т.п.) кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Поэтому различные
Общие вопросы управления памятью
типы информации, размещенные в памяти ЭВМ , практически неразличимы,
идентификация их возможна лишь при выполнении программы, согласно ее логике,
Каждый тип информации имеет форматы — структурные единицы информации,
закодированные двоичными цифрами 0 и 1. Обычно все форматы данных,
используемые в ЭВМ , кратны байту, т.е. состоят из целого числа байтов.
Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется
полем. Например, в каждой команде программы различают поле кода операций,
поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые
разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие разряды.
Последовательность, состоящая из определенного принятого для данной ЭВМ числа
байтов, называется словом. Для больших ЭВМ размер слова составляет
четыре байта, для ПЭВМ — два байта. В качестве структурных элементов
информации различают также полуслово, двойное слово и др.
В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых
пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Введенная
информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном
запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее
преобразуется в специальный программный объект — файл.
При использовании файла в вычислительном процессе его содержимое переносится
в ОЗУ. Затем программная информация команда за командой считывается в
устройство управления (УУ).
Устройство управления предназначается для автоматического выполнения
программ путем принудительной координации всех остальных устройств ЭВМ .
Вызываемые из ОЗУ команды дешифрируются устройством управления:
— определяются код операции, которую необходимо выполнить следующей, и адреса
операндов, принимающих участие в данной операции.
В зависимости от количества используемых в команде операндов различаются
одно-, двух-, трехадресные и безадресные команды. В одноадресных командах
указывается, где находится один из двух обрабатываемых операндов. Второй
операнд должен быть помещен заранее в арифметическое устройство (для этого в
систему команд вводятся специальные команды пересылки данных между
Двухадресные команды содержат указания о двух операндах, размещаемых в
памяти (или в регистрах и памяти). После выполнения команды в один из этих
адресов засылается результат, а находившийся там операнд теряется.
В трехадресных командах обычно два адреса указывают, где находятся исходные
операнды, а третий — куда необходимо поместить результат.
В безадресных командах обычно обрабатывается один операнд, который до и после
операции находится на одном из регистров арифметико-логического устройства
операций (очистить экран, заблокировать клавиатуру, снять Блокировку и др.).
Все команды программы выполняются последовательно, команда за командой, в том
порядке, как они записаны в памяти ЭВМ (естественный порядок следования
команд). Этот порядок характерен для линейных программ, т.е. программ, не
содержащих разветвлений. Для организации ветвлений используются команды,
нарушающие естественный порядок следования команд. Отдельные признаки
,результатов r (r = 0, r 0 и др.,),устройство .управления
использует для изменения порядка выполнения команд программы.
Принцип программного управления. Принцип фон Неймана
Похожие статьи:
- Закономерности и принципы управления персоналом
- Программные продукты информационного обеспечения управления
- Программное обеспечение
Источник: in-inch.ru
Управление вычислительным процессом
При изучении операционных систем необходимо определить следующие основные понятия: вычислительный процесс, ресурс, поток, прерывание, операционная система, операционная среда.
Вычислительный процесс
Под вычислительным процессом будем понимать выполнение какой-либо программы с ее данными на процессоре. Вычислительный процесс требует задания исходных данных, их обработки, записи результатов обработки и, возможно, их последующего хранения.
Вычислительным процессом может являться выполнение прикладных программ пользователей, системных программ управления выполнением программ пользователей, программ системной обработки данных и т.д. синонимом термина «процесс» служит термин «задача».
Для того, что бы программа могла выполняться она должна храниться в системе. Местом хранения программы может быть оперативная память, дисковая память, внешние устройства памяти. Если программа хранится в оперативной памяти, она называется резидентной. Если программа записана во внешней памяти на системном магнитном диске ЭВМ и загружается в оперативную память только на время выполнения, то она называется диск-резидентной.
Ресурс
Под ресурсом будем понимать некоторую характеристику средства, которая требуется для выполнения вычислительного процесса. К таким средствам, в частности, относятся:
— процессор (для выполнения вычислительного процесса важен промежуток времени, в течение которого происходит обработка данных в процессоре, производительность которого является постоянной; это время называется процессорным временем; фактически, эта характеристика и принимается за ресурс),
— оперативная, и дисковая память ЭВМ (характеризуется объемом), необходимые для обработки данных;
— каналы ввода-вывода для считывания исходных данных и записи результатов обработки;
— каналы обмена данными при работе вычислительных средств в сети (характеристикой является единица средства, т.е. само средство или количество средств).
К ресурсам можно отнести и программные средства, файлы данных, сообщения и синхросигналы, которыми обмениваются различные вычислительные процессы. Таким образом, ресурсы могут быть вычислительными, сетевыми, программными и информационными.
Вычислительный процесс запрашивает ресурс у вычислительной системы. При одновременном выполнении нескольких вычислительных процессов один и тот же ресурс может быть затребован ими. Вместе с тем ресурс может быть разделяемым или неделимым.
Если ресурс не может принадлежать разным процессам он называется неделимым. Ресурс является разделяемым, когда разные процессы могут его использовать одновременно или попеременно.
Процессорное время делится попеременно. Существует большое количество способов разделения этого ресурса. Эту функцию выполняют специальные системные программы, называемые диспетчерами процессов или диспетчерами задач.
Оперативная память может быть разделена одновременно и попеременно. Одновременное выделение памяти нескольким процессам означает, что в памяти одновременно могут располагаться несколько процессов или фрагменты процессов, стоящие в очереди на выполнение. Попеременное выделение состоит в том, что в разные моменты времени оперативная память предоставляется поочередно разным процессам.
Внешняя память и доступ к ней являются разными видами ресурсов. Разные процессы одновременно часто имеют выделенные им области внешней памяти. Однако доступ для записи или считывания информации одновременно может быть выделен только одному из процессов. Поэтому доступ к внешней памяти предоставляется процессам попеременно.
Доступ к внешним устройствам может быть одновременным или попеременным в зависимости от типа устройства.
Под программным ресурсом обычно понимают системные программы, доступ к которым требуется определенным процессам.
Программные модули могут быть однократно и повторно используемые. Однократно используемые модули в процессе их выполнения допускают стирание части своих кодов и, поэтому, могут быть выделены только одному процессу. Таким образом, они являются неделимым ресурсом.
Повторно используемые модули планируемого стирания кодов не допускают и могут быть предоставлены различным процессам. Данные модули можно разделить на следующие типы: привилегированные, непривилегированные и реентерабельные программные модули.
Привилегированные программные модули не допускают своего прерывания и при их запуске выполняются до конца. После этого этот модуль может быть востребован другим процессом. Таким образом, модули данного типа могут быть отнесены к попеременно разделяемым ресурсам.
Непривилегированными программными модулями являются все обычные модули, выполнение которых может быть прервано системой. Однако, при этом, если не проводить специальных действий по сохранению информации, прерывание выполнение такого модуля влечет потерю полученных результатов вычислений. Поэтому модули этого типа должны принадлежать конкретному процессу и являются неразделяемым ресурсом.
Реентерабельные программные модули допускают прерывание своего исполнения и запуск этого модуля в интересах другого процесса. Информация при этом не теряется вследствие наличия в этих модулях специального механизма динамического выделения памяти. Этот механизм обеспечивает выделение дополнительных областей памяти для записи промежуточных результатов вычислений при каждом обращении к модулю из нового процесса. Количество таких обращений ограничено свободными объемами памяти. Таким образом, реентерабельные модули могут одновременно использоваться несколькими процессами и, в связи с этим, рассматриваться как одновременно используемый ресурс.
По порядку использования ресурсов организацию вычислительных процессов разделим на последовательную, одновременную и параллельную.
Вычислительная система обязана распределять и контролировать использование своих ресурсов.
При последовательном типе организации процессов требуемые ресурсы в необходимом порядке выделяются сначала одному процессу, затем, по окончании первого, другому, затем следующему. В этих случаях освободившиеся ресурсы «простаивают» и не могут быть заняты следующим процессом, так он не является активным.
Параллельная организация вычислительных процессов подразумевает такую последовательность распределения ресурсов, при которой освободившийся ресурс может быть востребован другим процессом. При этом типе организации вычислительная система должна иметь несколько управляемых средств, характеризуемых определенным ресурсом. В частности, для организации параллельного режима распределения процессорного времени, объема и доступа к памяти и канала ввода-вывода система должна иметь процессор, контроллер доступа к блокам памяти, контроллер управления канала ввода-вывода.
Одновременный тип вычислительного процесса требует несколько цепочек требуемых средств. В рамках одной цепочки процесс является последовательным. Одновременное использование такого ресурса как процессорное время требует использование многопроцессорных вычислительных систем
ЛЕКЦИЯ№2
Управление вычислительным процессом
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
1.2. Архитектура персонального компьютера
Персональный компьютер содержит следующие обязательные части (рис.1.2):
Системный блок содержит:
· основную электронную плату компьютера, называемую системной или материнской платой;
· накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков;
· накопители на жестких магнитных дисках («винчестеры»).
На системной плате компьютера размещены:
· центральный процессор (ЦП), выполненный в виде микропроцессора (МП);
· постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) с базовой системой ввода/вывода;
· перезаписываемая память для хранения параметров конфигурации машины;
· оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
· системная магистраль передачи данных;
· контроллеры портов ввода-вывода информации;
· стандартные разъемы для подключения контроллеров внутренних и внешних устройств (монитора, жестких и гибких дисков, портов ввода/вывода и т.п.).
Рассмотрим аппаратные компоненты ПК, размещенные на системной плате.
1.3. Основные аппаратные компоненты пк
Микропроцессор и сопроцессор. В компьютерах IBM PC и совместимых с ними используются следующие микропроцессоры фирмы Intel: Intel-8088, 80286, 80386 модификаций SX и DX, 80486 модификаций SX, SX2, DX, DX2 и DX4, Pentium и Pentium Pro (МП перечислены в порядке возрастания производительности). Кроме того, широко применяются совместимые с ними микропроцессоры других фирм (AMD, Cyrix, IBM и др.).
Одинаковые модели МП могут иметь разную тактовую частоту. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора.
Микропроцессоры Intel-8088, 80286, 80386 и 80486SX не обеспечивают аппаратной поддержки вычислений с вещественными числами. Поэтому к ним для этого требуется добавить математический сопроцессор типа Intel-8087, 80287, 80387 и 80487SX, соответственно. Новейшие МП фирмы Intel (80486DX, Pentium, Pentium Pro) и их аналоги других фирм имеют встроенную поддержку вычислений с вещественными числами, поэтому для них сопроцессоры не требуются.
Память. На системной плате ПК размещены четыре вида памяти: оперативная память (ОЗУ), постоянная память (BIOS), полупостоянная память (CMOS) и кэш-память. Кроме того, на плате видеоадаптера находится дополнительная видеопамять.
Оперативная память (ОЗУ или RAM) компьютера выполняется на печатных платах с 72 контактами, поэтому их называют 72-контактными (72-пиновыми) микросхемами памяти типа SIMM. Встречаются также устаревшие 30-пиновые микросхемы ОЗУ. Емкость одной микросхемы памяти может составлять 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайт. Системная плата имеет два или четыре слота для микросхем ОЗУ, так что ПК может иметь от 2 до 256 Мбайт оперативной памяти.
Постоянная память (ПЗУ или BIOS) предназначена для хранения данных, заносимых в нее при изготовлении компьютера. Выполняемые на ПК программы не могут изменить содержимое этого вида памяти, однако чтение данных из нее возможно. В ПЗУ обычно хранятся программы для проверки оборудования, инициирования и загрузки операционной системы и выполнения функций по обслуживанию устройств компьютера. Во всех компьютерах в BIOS содержится также программа настройки конфигурации ПК (Setup).
Полупостоянная память (CMOS) предназначена для хранения параметров конфигурации компьютера. Содержимое CMOS-памяти не изменяется при выключении электропитания ПК, поскольку для ее электропитания используется специальный аккумулятор. Изменение параметров конфигурации выполняют с применением программы Setup, находящейся в BIOS.
Кэш-память, выполняемая в виде отдельной микросхеме, необходима для ускорения доступа процессора к данным, находящимся в ОЗУ. Она представляет собой сверхбыстродействующее ОЗУ, время доступа к которому в несколько раз меньше, чем к обычному ОЗУ. Объем кэш-памяти может составлять 64, 128, 256 или 512 Кбайт. Обычно ПК снабжаются кэш-памятью объемом 128 или 256 Кбайт. Микропроцессоры серий 486 и Pentium содержат небольшую внутреннюю кэш-память. Поэтому в
технической литературе для однозначности терминологии кэш-память, расположенную на системной плате, называют кэш-памятью второго уровня (level two cache, L2 cache).
Системная магистраль передачи данных (шина). Обычно современные ПК имеют две, а иногда и три шины разных типов.
Это связано с тем, что разработанная в начале 80-х годов шина ISA перестала удовлетворять по быстродействию существующим потребностям по обмену данными между высокоскоростными устройствами, появившимися в середине 80-х годов — быстродействующих жестких дисков, видеоконтроллеров и т.п. Сейчас шина ISA используется для подключения только низкоскоростных устройств (контроллеров портов ввода/вывода, звуковых карт и т.п.). Для подключения высокоскоростных устройств были разработаны и применяются более производительные шины — сначала MCA и EISA, потом VESA, затем PCI. Сейчас большинство ПК оснащаются шинами PCI и ISA (обозначение: PCI/ISA). В шине PCI, разработанной фирмой Intel, воплощены многие возможности, необходимые в современных компьютерах: независимость от типа микропроцессора, высокая производительность, автоматическая настройка подключаемых контроллеров, малая нагрузка на микропроцессор и т.д.
Контроллеры портов ввода/вывода информации. Одним из контроллеров, которые присутствуют практически в каждом ПК, является контроллер портов ввода/вывода. Часто этот контроллер интегрирован в состав материнской платы. Порты ввода/вывода бывают следующих типов:
· параллельные (обозначаются LPT1-LPT4);
· последовательные (обозначаются COM1-COM3);
· игровой порт (имеет также название game-port) — к его разъему подключается джойстик Игровой порт имеется не во всех компьютерах.
Контроллер портов ввода-вывода поддерживает, как правило, один параллельный и два последовательных порта.
Источник: studfile.net