Управление внешними устройствами в среде на базе эмулятора 8086... Вводная_Лекция_АКС_1. Лекция по дисциплине акс. С точки зрения многих заслуженных педагогов
 Скачать 123.32 Kb.
|
 Вводная лекция по дисциплине АКС. С точки зрения многих заслуженных педагогов эффективный процесс овладения новыми знаниями складывается из нескольких строго последовательных шагов: 1- мы должны четко осознать необходимость их получения для себя. 2 - основываясь на первом пункте, получить базовые знания в интересующей нас области. 3 - уже имея базовые познания, на их основе расширить и углубить свои знания в интересующей нас сфере и так - до бесконечности. Правда, есть еще вариант №4 - систематично заучивать большие объемы информации, в надежде на то, что когда-нибудь что-то из заученного нам пригодится. Как видите, получение знаний это - процесс, растянутый во времени и имеющий свои этапы, через которые нельзя «перепрыгнуть». Нельзя, к примеру, после шага 1 перейти к шагу 3, пропустив второй. Также как бессмысленно, не зная основ алгебры, приступать к изучению сложных уравнений. Это - очевидно! Процесс получения знаний я для себя всегда сравниваю с покраской стен дома. Да, именно так! Это - хорошая аналогия. В обоих случаях важна поступательность выполнения процесса. Если быстро нанести на стену толстый слой краски, то большая ее часть просто стечет и мы не получим ожидаемого результата. Краску надо наносить постепенно и равномерно, слой за слоем, заполняя таким образом все просветы в покрытии и давая ей возможность крепче «ухватиться» за нижележащий слой. Точно так же надо поступать и в отношении усвоения нового материала. Нельзя вот так просто взять какую-то область знаний и ее выучить! Основные термины и определения Термины в области микропроцессорных средств и систем в первую очередь разделяются на термины, отражающие функциональные и конструктивные аспекты построения ВМ. К терминам функциональной группы относятся: процессор, память, интерфейс, устройства сопряжения, микропроцессорная система и др. К терминам конструктивной группы относятся ИС, БИС, комплект БИС, плата, модуль, устройство и др. Некоторые термины одновременно отражают и функциональное и, конструктивное выполнение компонентов ВМ: микропроцессор, микро-ЭМВ, контроллер и др. Процессор - основная часть ВМ, непосредственно осуществляющая процесс обработки данных и управляющая этим процессом. Микропроцессор (МП) – программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления им построенное на одной или нескольких интегральных микросхемах. Иными словами микропроцессор это процессор, реализованный на одной или нескольких СБИС. Память - функциональная часть ВМ, предназначенная для запоминания и выдачи информации представленной в кодовой форме. Запоминающее устройство - конструктивно законченное устройство, реализующее функции памяти. Интерфейс - совокупность шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов, предназначенных для управления передачей информации между устройствами. Микро-ЭВМ - ЭВМ, состоящая из микропроцессора, полупроводниковой памяти и устройств сопряжения с внешними (периферийными) устройствами и с объектами управления. Система – это совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, образующих определённую целостность, единство. Элемент системы – часть системы, имеющая определённое функциональное назначение. Сложные элементы систем, в свою очередь состоящие из более простых взаимосвязанных элементов, часто называют подсистемами. Совокупность технических и программных средств, предназначенных для информационного обслуживания людей и технических объектов, называют обобщающим термином система обработки данных. Другим обобщающим термином является информационная система. Если информационная система используется для управления в технических системах, ее часто называют информационно-управляющей системой. Это наиболее общие названия для систем такого назначения. ВМ — это один из классов информационных систем. Помимо класса ВМ к ним относятся ВК, ВС и сети. Рассмотрим основные отличительные признаки этих классов информационных систем. ВМ предназначена для решения широкого круга задач пользователями, работающими в различных предметных областях (решение математических задач, обработка текстов, бухгалтерский учет, игры и др.). Основным блоком ВМ, осуществляющим преобразование информации и управление вычислительным процессом на основе программы, является процессор. (Слово «процессор» является производным от слова «процесс») Процессор инициализирует процесс исполнения программы и управляет им. Вычислительный комплекс — это несколько ВМ (или вычислительных систем), информационно связанных между собой (обычно по последовательному каналу). При этом каждая ВМ самостоятельно управляет своими вычислительными процессами, и информационный обмен между ВМ комплекса не является интенсивным (в сравнении с информационным взаимодействием процессоров в мультипроцессорных системах). Особенно широкое применение ВК получили в информационно-управляющих системах. Вычислительной системой называют информационную систему, настроенную на решение задач конкретной области применения, т.е. в ней имеется аппаратная и программная специализация, обеспечивающая повышение производительности и снижение стоимости. Часто ВС содержит несколько процессоров, между которыми в процессе работы происходит интенсивный обмен информацией, которые имеют единое управление вычислительными процессами. Такие системы называются мультипроцессорными. История развития вычислительной техники Только освоение электронных схем в качестве элементной базы положило начало действительно массовому внедрению сначала вычислительной, а потом и информационной техники во все сферы человеческой деятельности. Первые электронные цифровые вычислительные машины (ЭЭВМ) были разработаны и выпущены на рубеже 40—50-х годов прошлого века в США, Англии и чуть позднее — в СССР. Первой ЭВМ считается ЭНИАК (электронный цифровой интегратор и вычислитель). Его авторы, американские ученые Дж.Мочли и Преспер Экерт работали над ней с 1943 по 1945 г.г. машина представляла собой сложное сооружение длиной более 30 м, объемом 85 куб.м, массой 30 т. В ней использовались 18 тыс. электронных ламп, 1500 реле, потребляла 150 кВт. В 1950 году была создана машина ЭДВАК (электронный автоматический вычислитель с дискретными переменными). В более ёмкой внутренней памяти содержались и данные, и программа. Машина уже работала не в десятичной, а в двоичной системе счисления. В 1951 г. была принята в эксплуатацию МЭСМ(малая электронная счетная машина) – первая в СССР электронная вычислительная машина. Колектив разработчиков возглавлял С.А.Лебедев, директор Института электроники В 1953 г. была готова к эксплуатации БЭСМ (большая электронная счетная машина), которая ничуть не уступала новейшим американским образцам. В начале 60-х годов создана БЭСМ-1 –самая производительная машина в Европе, 10 тыс операций в секунду, и одной из лучших в мире. Затем созданы БЭСМ-2 и М-20 –первые ламповые ЭВМ. Тогда же были созданы полупроводниковые варианты М-20, М-220 и М-222, а также БЭСМ-3М и БЭСМ-4. В 1967 г. сдана в эксплуатацию БЭСМ-6 в которой все схемы были записаны формулами булевой алгебры. Деятельность фирмы IBM. Безусловно, ключевой этап в развитии вычислительных средств и методов связан с этой фирмой. Исторически первые ЭВМ классической структуры и состава это IBM/360 выпущенная в 1964 г. и последующие её модификации IBM/370, IBM/375 которые выпускались вплоть до середины 80-х годов, когда под влиянием микроЭВМ (ПК) не начали постепенно сходить со сцены. ЭВМ данной серии послужили основой для создания в СССР так называемой Единой системы ЭВМ (ЕС ЭВМ), которая в течении 70-90 годов была основой отечественной компьютеризации. ЕС ЭВМ. Эти машины включали следующие компоненты: Центральный процессор (32-разрядный) с двухадресной системой команд; Главную (оперативную) память –от 128 Кбайт до 2 Мбайт; Накопители на магнитных дисках (НМД) со сменными пакетами дисков (7,25, 29 и 100 Мбайт); Накопители на магнитных лентах (НМЛ) катушечного типа. Рабочая емкость накопителя определялась размером катушки и плотностью записи и достигала 160 Мбайт на бабину МЛ; Устройство печати (АЦПУ) – построчное печатающее устройство барабанного типа с фиксированным набором символов, обычно 128 (или 64). Вывод осуществлялся на бумажную ленту шириной 42 или 21 см со скоростью до 20 строк/сек. Терминальные устройства –сначала электрические пишущие машинки, затем видеотерминалы) –для выполнения функций управления вычислительным процессом и интерактивной отладки программ и обработки данных. В 1974 г. фирма Intel разработала первый универсальный 8-разрядный микропроцессор 8080 с 4500 транзисторами. Эдвард Робертс построил на его базе микрокомпьютер Альтаир, имевший огромный коммерческий успех. В 1975 г. программист Пол Ален и студент Билл Гейтс реализовали для Альтаира язык Бейсик. Впоследствии они основали фирму Microsoft. В 1976 г. студенты Стив Возняк и Стив Джобс создали компьютер Apple-1, положив начало корпорации Apple. В 1983 г. –корпорация Apple Computers построила персональный компьютер Lisa –первый компьютер с манипулятором «мышь». Варианты классификации ЭВМ. За свою полувековую историю ЭВМ из единичных экземпляров инструментов ученых превратились в предмет массового потребления. Спектр применения ЭВМ в современном обществе чрезвычайно широк, причем именно область применения накладывает основной отпечаток на характеристики ЭВМ. Поэтому в большинстве подходов к классификации ЭВМ именно область применения является основным параметром классификации. Изделия современной техники, особенно вычислительной, традиционно принято делить на поколения (табл. 1.1), причем основным признаком поколения ЭВМ считается ее элементная база. Следует помнить, что любая классификация не является абсолютной. Всегда можно отыскать объект классификации, который по одним параметрам относится к одному классу, а по другим — к другому. Это в большой степени относится и к классификации поколений ЭВМ: некоторые авторы выделяют три поколения ЭВМ (дальнейшее развитие ЭВМ идет как бы вне поколений), другие насчитывают целых шесть. В рамках первого поколения ЭВМ не возникала необходимость в классификации, т. к. машин были считанные единицы и использовались они, как правило, для выполнения научно-технических расчетов. Таблица 1.1- Поколения ЭВМ
Использование транзисторов в качестве элементной базы второго поколения привело к улучшению примерно на порядок каждого из основных параметров ЭВМ. Соответственно в рамках второго поколения ЭВМ выделялись: ЭВМ для научно-технических расчетов, характеризующиеся мощным быстродействующим процессором с развитой системой команд (в т. ч. реализующей арифметику с плавающей запятой) и относительно небольшой внешней памятью и номенклатурой устройств ввода/вывода; ЭВМ для планово-экономических расчетов, характеризующиеся, прежде всего, большой многоуровневой памятью, развитой номенклатурой устройств ввода/вывода (УВВ), но относительно простым и дешевым процессором, система команд которого включает простые арифметические команды (сложение, вычитание) с фиксированной запятой. Характерно, что и языки программирования "второго поколения" так же разделялись на "математические" (FORTRAN) и "экономические" (COBOL). В рамках ЭВМ третьего поколения стал усиленно развиваться новый класс — управляющие ЭВМ. К ЭВМ, работающим в контуре управления объектом или технологическим процессом, предъявляются специфические требования: прежде всего, высокая надежность, способность работать в экстремальных внешних условиях (перепады температуры, давления, питающих напряжений, высокий уровень электромагнитных помех и т. п.), быстрая реакция на изменения состояния внешней среды, малые габариты и вес, простота обслуживания. В то же время к таким характеристикам, как быстродействие процессора, мощность системы команд, объем памяти, часто не предъявлялись слишком высоких требований, зато решающим становился фактор стоимости. Эти особенности привели к появлению класса т. н. мини-ЭВМ, а затем и микроЭВМ, хотя в дальнейшем и мини- и микроЭВМ использовались не только в качестве управляющих. Иногда эти классы объединяли понятием проблемно-ориентированные ЭВМ. Наряду с упомянутыми классами ЭВМ широкого применения всегда выпускались машины которые можно было считать специализированными. Это, во-первых, т. н. суперЭВМ, выпускаемые в единичных экземплярах и предназначенные для решения задач, недоступных для серийной вычислительной техники. Еще одним важным явлением, проявившимся при развитии третьего поколения ЭВМ, стало появление семейств ЭВМ. В рамках одного семейства, объединенного общими архитектурными, структурными, а иногда — и конструктивными решениями, выпускались несколько (иногда — более десятка) классов ЭВМ: малые, средние, "полусредние", большие, очень большие и т. д. Общими для большинства семейств являются: внутренний язык, что позволяет осуществлять совместимость программ на уровне машинных кодов (IBM-360, ЕС ЭВМ) либо системы команд, обладающие совместимостью "снизу вверх" (PDP-11), когда старшие представители семейства реализуют все команды младших моделей плюс еще некоторые команды; форматы данных; форматы записи на внешний носитель; интерфейс, что позволяет иметь единую номенклатуру внешних устройств для всех представителей семейства; преемственность программного обеспечения (как правило, та же совместимость "снизу вверх"). Для решения конкретной задачи пользователь подбирал соответствующий экземпляр семейства, а по мере усложнения задачи осуществлялся переход на более старшие модели семейства, причем уже отлаженные на младших моделях программы, как правило, не требовали доработки. Наиболее известными примерами семейств ЭВМ могут служить: семейство универсальных ЭВМ третьего поколения IBM-360 и его советский аналог — ЕС ЭВМ, включающее малые машины ЕС-1010 и ЕС-1020, средние ЕС-1022, ЕС-1030, ЕС-1035 и др., большие ЕС-1050, ЕС-1060, ЕС-1065; семейство мини-ЭВМ PDP-11 и его советский аналог— СМ ЭВМ (лишь часть представителей семейства — СМ-3, СМ-4, СМ-1420); семейство микроЭВМ LXI-11 (Электроника-60 и ее модификации); семейство микропроцессоров i80x86. Классификация архитектур современных компьютерных систем Структура компьютера - это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства - от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. Архитектура компьютера – это понятие организации компьютера, включающее аппаратное построение, обработку данных, управление и связи в таких объектах, как процессоры, система памяти, графическая и звуковая подсистемы, набор шин компьютера, организация ввода/вывода, а также систему прерываний компьютера и систему команд микропроцессора. Это определение отражает тематику (набор тем по дисциплине АКС) дисциплины Архитектура компьютерных систем, т. е. то что предстоит изучить в рамках данной дисциплины. Наиболее распространены следующие архитектурные решения. Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) - одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд. Это однопроцессорный компьютер. К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления. Периферийные устройства подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры - устройство управления, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.  |