Организация ЭВМ и периферийные устройства
Шрифт:
• в связи с высокой стоимостью кэш-памяти её объём в современных процессорах в сотни и тысячи раз меньше объёма ОП.
Наличие кэш-памяти существенно повышает общую производительность компьютера. Современные процессоры содержат несколько уровней кэш-памяти.
System BIOS (от англ. Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода) – это микросхема постоянного или перепрограммируемого запоминающего устройства (ПЗУ или ППЗУ) 8 , расположенная на системной плате, в которой хранятся служебные программы для выполнения наиболее простых и универсальных
8
ПЗУ также обозначается как ROM от англ. Read Only Memory – память только для чтения. В современных ПК BIOS хранится в перепрограммируемых ЗУ, что позволяет проводить его обновление непосредственно на системной плате.
• тестовую программу для самотестирования компьютера, проверяющую работу памяти и других устройств компьютера при включении питания (программа POST – Power On Self Test);
• программы управления режимами энергосбережения;
• программы автоматического конфигурирования устройств системы (технология Plug and Play);
• программу SETUP, служащую для установки параметров конфигурации компьютера, в том числе вручную;
• программу начальной загрузки операционной системы.
В связи с этим BIOS иногда рассматривают как аппаратно-зависимую часть ОС.
Память конфигурации с автономным питанием (CMOS RAM или RTC CMOS RAM) – память, содержащая информацию о текущей конфигурации компьютера и сохраняющая свои данные даже при выключенном питании за счёт аккумулятора, расположенного на системной плате. Такая память обычно строится на транзисторах с применением КМОП-структур 9 , которые характеризуются низким уровнем энергопотребления. В соответствии с англоязычным сокращением она обозначается как CMOS от Complementary Metal Oxide Semiconductor. В CMOS RAM хранится следующая информация:
9
КМОП – комплиментарная структура металл – оксид – полупроводник.
• текущая дата и время (т.е. реализован календарь и системные часы реального времени – Real Time Clock (RTC));
• статусы (состояния) батареи и прочих устройств (дисковый контроллер, размер памяти, установленные адаптеры);
• перечень установленных в системе устройств (сопроцессор, накопители, видеокарта, клавиатура и др.).
Данные в этой памяти могут быть изменены программно с помощью утилиты Setup, входящей в состав BIOS. Срок службы батареи составляет 3–5 лет, и после замены батареи, возможно, придётся повторить настройку системы, включая ввод даты и времени 10 .
10
В современных ПК параметры конфигурации определяются автоматически с помощью программ BIOS.
Чипсет (Chip Set) – набор специализированных микросхем, обслуживающих отдельные подсистемы и функциональные блоки компьютера, например, процессорную подсистему, подсистему ввода вывода, подсистему памяти и т.д. Современные чипсеты состоят всего из нескольких (обычно одной или двух) СБИС. Как правило, в состав чипсета входят системный контроллер-концентратор и контроллер-концентратор ввода-вывода.
Системный контроллер-концентратор осуществляет связь с ядром ЦП, управляет оперативной памятью, осуществляет интерфейс с быстрыми шинами расширения, может содержать графический контроллер. В настоящее время компоненты этого контроллера-концентратора интегрированы в центральный процессор.
Контроллер-концентратор ввода-вывода содержит контроллер шины дисковых накопителей, сетевой и аудиоконтроллеры, осуществляет интерфейс с шинами расширения среднего быстродействия.
Эти контроллеры-концентраторы связаны посредством магистрали с высокой пропускной способностью (например, DMI – Direct Media Interface компании Intel [5]).
3.3. Контроллеры и интерфейсы
Контроллер – устройство, управляющее работой некоторого другого устройства (внешнего или внутреннего).
Контроллер прерываний используется для реализации механизма прерываний, используемого для обеспечения своевременного обслуживания устройств компьютера со стороны процессора. Для этого устройство (например, клавиатура, контроллер HDD, сетевой адаптер) имеет свою линию запроса на прерывание и номер прерывания, обозначаемые IRQ n (Interrupt ReQuest).
Контроллер прерываний выполняет следующие функции:
• приём запросов прерываний от устройств, требующих обслуживания со стороны ЦП;
• учёт приоритетов запросов в случае одновременного поступления нескольких запросов;
• маскирование (запрет) запросов на основе данных от процессора (только для маскируемых запросов);
• выдача процессору запроса прерывания и кода устройства, которое сделало запрос.
После получения кода устройства процессор находит в памяти и выполняет соответствующую программу обработки прерывания. В дальнейшем механизм прерываний будет рассмотрен подробнее.
Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП) обеспечивает обмен данными между оперативной памятью и внешними устройствами (ВУ), например с жёстким диском, без участия центрального процессора. Контроллер ПДП, таким образом, замещает процессор и выполняет прямую пересылку данных между ОП и ВУ.
Процессор программирует контроллер для обмена, для чего задаёт:
• направление передачи (чтение/запись 11 );
• начальный адрес блока данных в ОП;
• адрес внешнего устройства;
• размер блока данных (количество слов).
Пересылка данных может выполняться в одном из режимов:
• блочная передача: контроллер ПДП монополизирует шину на всё время пересылки блока данных, при этом для ЦП шина недоступна;
• одиночная передача: контроллер ПДП после завершения передачи каждого слова освобождает шину минимум на один цикл, в течение которого шина доступна ЦП, но после обнаружения сигнала запроса от ВУ контроллер ПДП выполняет захват шины для очередной передачи;
11
Под чтением понимается считывание данных из ОП и пересылка их на устройство ввода.
• передача по требованию: осуществляется так же, как и блочная передача, но с выполнением дополнительной проверки наличия сигнала запроса ПДП от ВУ, и в случае его отсутствия, передача приостанавливается до момента появления данного сигнала.
Очевидно, что режимы различаются по времени передачи и эффективностью использования процессора. Процессор во время операций ПДП имеет возможность продолжать работу, при условии, что установленный режим обмена не занимает всей пропускной способности системной шины.