Для микроЭВМ и микропроцессоров типичной является такая организация, при которой их внутренние регистры используются в различных целях. Система связей у этих регистров как правило, централизованная (магистральная), обеспечивающая возможность разнообразных межрегистровых пересылок, в том числе передач в АЛУ и из АЛУ. В связи с этим часто собственные регистры АЛУ (регистры, используемые только для выполнения арифметических и логических операций) в микропроцессорах отсутствуют. Это дает повод рассматривать АЛУ микропроцессоров как комбинационную схему, выполняющую арифметические и логические операции над операндами, находящихся в регистрах микропроцессора. Результат операции засылается в некоторый регистр микропроцессора. Подобные АЛУ входят в состав микропроцессоров К580, К1810 и др.

В процессе выполнения операций комбинационное АЛУ взаимодействует с регистрами микропроцессора, являющиеся обычно источниками и приемниками операндов для такого АЛУ, при этом как правило один и тот же регистр может рассматриваться и как источник и как приемник информации. Для реализации такой возможности необходимо осуществлять временное запоминание промежуточных результатов на отдельных регистрах. С этой целью используют либо регистры для кратковременного запоминания операндов, либо регистры для кратковременного запоминания результата. На рисунке показана схема включения комбинационного АЛУ в контур с регистрами микропроцессора для выполнения арифметических операций. В приведенной схеме имеются регистры процессора РгП (регистр признака результата), РгАкк (Аккумулятор), Рг1, … Ргm, которые могут использоваться произвольным образом, и регистры временного хранения операндов РгА и РгБ, в которые при выполнении арифметических и логических операций загружаются операнды. Пусть , например, выполняется операция сложения двух чисел, находящихся в регистрах процессора Ргi и Ргj, с засылкой результата в Ргj . Эта операция потребует сначала пересылки содержимого Ргi и Ргj в РгА и РгБ , а затем загрузки результата , сформированного АЛУ, в Ргj. Отсутствие РгА привело бы к возникновению порочной петли, так как изменения состояний РгJ влекли бы за собой новые изменения состояний Ргj.

АЛУ , используемые в рассматриваемых схемах , представляют собой комбинационные схемы, настраиваемые сигналами микроопераций на различные преобразования. Это может быть двоичное или двоично – десятичное сложение, вычитание, логическое умножение и т.д. При написании микропрограмм операций в АЛУ в микрокомандах задаются микрооперации , определяющие выбор источников операндов для АЛУ , настраивающие АЛУ на выполнение различных преобразований и указывающие место занесения результата, сформированного АЛУ.

Рассматриваемая схема является фрагментами микропроцессора, в котором те же самые регистры используются для других целей что ведет к усложнению программ.

Схема базового элемента ТТЛ показана на рисунке ниже. Основной особенностью элементов ТТЛ является использование многоэмиттерных транзисторов, специфичных для интегрального исполнения логических элементов. Схема соответствует элементу ТТЛ с повышенной нагрузочной способностью (1ЛБ556), входящему в состав широко применяемой в ЭВМ системы элементов – “серии 155” . В этой серии логический 0 представляется сигналом низкого уровня u _{0 £} 0,4 В, а логическая 1 - сигналом высокого уровня u _{1 ³} 2,4 В. Если на все входы многоэмиттерного транзистора МТ (рис.) поданы положительные сигналы высокого уровня u _{1 ³} 2,4 В (сигналы 1), то ток через его базовый резистор R ₁ течёт в базу транзистора Т ₁ , а затем усиленный ток из эмиттера Т ₁ поступает в базу выходного инвертирующего транзистора Т ₄ , открывая его. При этом транзистор Т ₂ оказывается закрытым. Транзистор Т ₃ также закрывается. На выходе элемента возникает сигнал 0 (приблизительно равный потенциалу эмиттера транзистора Т ₄ ). Если на одном из входов многоэмиттерного транзистора МТ появляется сигнал низкого уровня u _{0 £} 0,4 В (сигнал 0), то транзистор Т ₁ закрывается, что приводит к запиранию транзистора Т ₄ . При этом транзистор Т ₂ работает как эмиттерный повторитель, на базу которого через резистор R ₂ подаётся высокий уровень от шины питания +Е _к , и транзистор Т ₃ открывается. На выходе элемента И возникает сигнал высокого уровня u _{1 ³} 2,4 В (сигнал логической 1). Транзистор Т ₃ выполняет функции коллекторного резистора с переменным сопротивлением для транзистора Т ₄ . Резистор R ₃ имеет небольшое сопротивление и служит для ограничения выходного тока. Активное переключение транзисторов Т ₃ и Т ₄ позволяет элементу ТТЛ работать на большое число нагрузок. Элемент ТТЛ реализует функцию И – НЕ для сигналов логической 1, представленных высоким уровнем. Логическую функцию такого элемента записывают как И – НЕ. Элемент ТТЛ (рис.) имеет специальные выводы К и Э для расширения группы входов ("входной логики") по ИЛИ. При подключении к точкам К и Э основного элемента ТТЛ точек К` и Э` вспомогательного элемента расширителя (1ЛП551), изображённого на рисунке, логическая функция, выполняемая такой схемой, записывается как 4И – 2ИЛИ – НЕ (рис.). Нагрузочная способность схем ТТЛ допускает подключение к выходу элемента до десяти логических элементов. Время задержки сигнала в элементе ТТЛ следует относить к интегральным логическим элементам среднего быстродействия.

Для не резервированных ЭВМ (не содержащих дублированных устройств) последовательность вычислений следующая. Сначала необходимо определить интенсивности отказов устройств

_____

каждого типа l _0i, i= 1, N _{_} , где N - число устройств, входящих в состав ЭВМ. Величины l _0i определяются по формуле __

__ l _0i =1/ Т _0i , __

где Т _0i – среднее время наработки на отказ устройства i – го типа. Значения Т _0i берутся из эксплуатационной документации на соответствующие устройства ЭВМ либо вычисляются по результатам наблюдений за работой машины. Интенсивность отказов ЭВМ в целом (суммарная интенсивность отказов ЭВМ) вычисляется по формуле

_N

Системой или (комплексом , серией) логических элементов ЭВМ называется предназначенный для построения цифровых устройств, функционально полный набор логических элементов, объединяемый общими электрическими, конструктивными и технологическими параметрами, использующий одинаковый способ представления информации и одинаковый тип межэлементных связей. Система элементов чаще всего избыточна по своему функциональному составу, что позволяет строить схемы, более экономичные по количеству элементов. ( Состав) Системы элементов содержат элементы для выполнения логических операций,а также элементы для усиления и, восстановления и формирования стандартной формы сигналов. В настоящее время применяют в основном системы логических элементов с потенциальным способом представления информации (потенциальные системы логических элементов). Элементы представляют собой микро миниатюризированные электронные схемы, сформированные в кристалле кремния посредством специальных технологических процессов. В большинстве современных серий в качестве типовых используются элементы выполняющие логические операции, такие как И-НЕ,ИЛИ-НЕ,И-ИЛИ,И-ИЛИ-НЕ и др. триггеры и, кроме того, сложные функциональные элементы, представляющие собой узлы ЭВМ. Основными параметрами системы логических элементов являются: питающие напряжения и сигналы для представления логического нуля и единицы, коэффициенты объединения по входам И и ИЛИ, нагрузочная способность (коэффициент разветвления по выходам) помехоустойчивость, рассеиваемая мощность , быстродействие. Для логических элементов указывается полярность и уровни входного и выходного сигналов. В дальнейшем будем считать 0 – низкий уровень, 1 высокий уровень если не оговорено обратное. Коэффициент объединения по входу определяет максимально возможное число входов логического элемента. Увеличение числа входов связано с усложнением схемы элементов и привод к ухудшению других параметров элемента. Коэффициент разветвления по выходу показывает, на сколько входов логических элементов может быть одновременно нагружен выход данного логического элемента. Помехоустойчивость. Помехой называется нежелательное электрическое воздействие (напр. Пульсации напряжения питания и т.д.) на логический элемент, которое может привести к искажению преобразуемых и хранимых данных. Помехоустойчивость есть способность элемента правильно функционировать при наличии помех, она определяется максимально допустимым напряжением помехи, при котором не происходит сбоя в его работе. Быстродействие логических элементов является одним из важнейших параметров и характеризуется средним временем задержки распространения сигнала t _з.ср. = (t _з.1 + t _з.2. )/2 , где t _з.1 и t _з.2 – задержка выходного сигнала относительно фронта и спада входного сигнала. Большинство систем интегральной логики принадлежит к потенциальной системе. Их принято классифицировать по типу компонентов, на которых реализуется логические функции. Основные, часто употребляемые типы интегральных элементов: потенциальные элементы транзисторно – транзисторной логики (ТТЛ), потенциальные элементы транзисторной логики с эмиттерными связями (ЭСЛ) и элементы на МОП – транзисторах.

ВТ в своем развитии по пути повышения быстродействия ЭВМ приблизилась к физическим пределам. Время переключения электронных схем достигло долей наносекунды, а скорость распространения сигналов в линиях, связывающие элементы и узлы машины ограничена значением 30 см/нс (скорость света). Поэтому дальнейшее уменьшение времени переключения электронных схем не позволит существенно повысить производительность ЭВМ. В этих условиях требования практики по дальнейшему повышению быстродействия ЭВМ могут быть удовлетворены только путем распространения принципа параллелизма на сами устройства обработки информации и создания многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем . Такие системы позволяют производить распараллеливание во времени выполнения программы или параллельное выполнение нескольких программ. Работа в системах обработки данных и управления, особенно при работе в режиме реального времени требует высокой надежности, и готовности что решается на основе принципа избыточности, и ориентирует на построение такого рода комплексов. Различие и принципы организации многомашинной и многопроцессорной ВС поясняет рисунок данный ниже:

Многомашинная (ММС) ВС содержит несколько ЭВМ, каждая их которых имеет свою ОП и работает под управлением своей операционной системы, а так же средства обмена информации между машинами. Реализация обмена информацией происходит в конечном итоге путем взаимодействия операционных систем разных машин между собой. Это ухудшает динамические характеристики процессов межмашинного обмена данными. Их применение позволяет повысить надежность вычислительных установок. При отказе в одной машине обработку данных может продолжить другая машина. Однако можно заметить, что при этом оборудование комплекса недостаточно эффективно используется для этой цели. Достаточно в этой системе в каждой из машин выйти из строя хотя бы по одному устройству как вся система становится неработоспособной. Этих недостатков лишены многопроцессорные системы (МПС). В них процессоры обретают статус рядовых агрегатов вычислительной системы, которые подобно другим агрегатам, таким как модули памяти, каналы, ПУ, включаются в состав системы в нужном количестве. Вычислительная система называется многопроцессорной, если она содержит несколько процессоров, работающей с общей ОП и управляется одной общей операционной системой. Часто в МПС организуется общее поле внешней памяти. Под общим полем подразумевается равнодоступность устройства. Для памяти это означает что все модули памяти, доступны всем процессорам и каналам ввода вывода (или всем ПУ в случае наличия общего интерфейса). В МПС по сравнению с ММС достигается более быстрый обмен информацией между процессорами через общую ОП, и поэтому может быть получена более высокая производительность, более быстрая реакция на ситуации, возникающими внутри системы и ее внешней среде, и более высокую надежности и живучесть, так как система сохраняет работоспособность пока работоспособны хотя бы по одному модулю каждого типа устройства. Однако построение ММС из стандартно выпускаемых ЭВМ с их стандартными операционными системами, значительно проще, чем построение МПС, требующих преодоления определенных трудностей, возникающих при реализации общего поля ОП, и главное трудоемкой разработки специальной операционной системы. В настоящее время данная проблема решена путем создания плат построенных на чипсете фирмы INTEL PR440FX второе название Providence и операционной системы Windows NT ( New Technology) .При их создании возникает множество проблем , среди которых осуществление быстродействующих экономичных по аппаратурным затратам межмодульных связей , снижение потерь производительности из-за конфликтов при попытке нескольких процессоров использовать один и тот же ресурс. МПС и ММС сооздаваемые путем комплесирования оборудования нескольких серийных ЭВМ , часто называют вычислительными комплексами ВК, обычно управляющей каким – либо обьектом. На основе многопроцессорности и модульного принципа построения других устройств системы возможно создание отказоустойчивых систем или так назвыаемых систем повышенной живучести. ММС и МПС могут быть однородными и неоднородными. Однородные системы содержат однотипные ЭВМ или процессоры. Неоднородные ММС состоят из ЭВМ различного типа а в неоднородных МПС используются различные специализированнные процессоры, например рпоцессоры для операций над числами с плавающей точкой , для обработки десятичных чисел, процессор реализующий функции операционной системы и др. МПС и ММС могут иметь одноуровневую и иерархическую структуру. В первом случае машины (процессоры) системы образуют один общий уровень обработки данных , а во втором система содержит отдельные машины (процессоры) для выполнения различных уровней обработки информации . Обычно менее мощная машина (саттелит) берет на себя ввод информации с различных терминалов и ее предварительныю обработку , разгружая от этих сравнительно простых операций , основную, более мощную ЭВМ, чем достигается увеличение общей пропускной способности комплекса. Обычно саттелит – микроЭВМ. Важной структурной особенностью ВС является способ организации связи между устройствами (модулями) системы. Он непосредственно влият на быстроту обмена информацией между модулями системы, а следовательно и на производительность, быстроту реакции на поступающие запросы , приспособленность к изменению конфигурации, и , наконец, на размеры аппаратурных затрат на осуществление межмодульных связей. В частности от организации межмодульных связей зависит частота возникновения конфликтов при обращении процессора к одним и тем же ресурсам.и потери производительности из-за конфликтов. Используются следующие способы организации межмодульных связей:

• Многоуровневые связи, соответствующие иерархии интерфейсов ЭВМ
• Общая шина
• Регулярные связи между модулями
• Коммутатор межмодульных связей

1. ВС, ориентированные на повышение надежности и живучести
2. ВС, ориентированные на достижение сверхвысокой производительности.

Под управлением понимают целенаправленное воздействие на объект, в результате которого он переходит в требуемое состояние. Объектом будем называть ту часть окружающей среды, на которую можно воздействовать с определенной целью. Состояние Y объекта можно описать параметрами, характеризующими его в каждый момент времени. Объект управления существует не просто сам по себе, а в окружающей его среде, которая постоянно воздействует на его состояние. Эти воздействия окружающей среды можно разделить на три группы 1) Объективно существующие и наблюдаемые (вход объекта Х). 2) управляющие воздействия, с помощью которых происходит управление объектом (управляющий вход U ₀ ) 3) возмущения Е (не измеряемые параметры среды, и всякого рода случайные изменения объекта). Управляющие воздействия обьекта U ₀ подаются на объект с определенной целью. Цель управления – это требуемое состояние или последовательность состояний объекта во времени. Если цель сформулирована иначе, то ее надо перевести на язык состояний объекта управления. Использование микроЭВМ в системах управления имеет ряд особенностей по сравнении с использованием ее в качестве универсальной микроЭВМ. Универсальные микроЭВМ, предназначенные для научно технических расчетов или обработки информации, ориентированны в первую очередь на взаимодействие с пользователем. Задача таких ЭВМ обрабатывать данные по запросу пользователя. Поэтому в универсальной микроЭВМ через блоки сопряжения подключаются блоки ввода вывода информации. (примеры) Основная же задача управляющей ЭВМ состоит в том, чтобы на основании информации, получаемой от датчиков, вычислить и передать на исполнительные механизмы управляющие воздействия. Как правило, управляющие микроЭВМ встраиваются в оборудование и настраиваются на конкретную область применения. Поэтому работают они уже по готовым программам, которые хранятся в ПЗУ. В состав управляющей микро ЭВМ обязательно входят контроллеры для приема данных от датчиков состояния среды и объекта, а также для передачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы. В этих блоках данные преобразуются к форме, которую понимает микроЭВМ. МикроЭВМ работает сданными в цифровом виде, датчики выдают ее в аналоговом, следовательно, требуется двустороннее цифроаналоговое преобразование, при котором каждому измеренному значению соответствует определенный цифровой код, с которым и работает микроЭВМ. Отличительной особенностью работы управляющих микроЭВМ является выполнение ими всех операций в реальном масштабе времени. Термин реальное время используют в тех случаях, когда требуется оперативно реагировать на входные сигналы, причем задержка реакций должна быть конечной и не превышать определенного значения. В различных приложениях этот термин определяется по-разному. В управляющих микроЭВМ вычисление управляющих воздействий за время, больше требуемого, приравнивается к получению неправильного результата, так как ЭВМ должна оперативно управлять объектом. При работе микроЭВМ в составе системы управления можно решать следующие задачи:

• Принимать информацию от датчиков о состоянии окружающей среды объекта.
• Расчитывать в реальном времени управляющие воздействия и передавать их на исполнительные механизмы
• Отображать информацию о текущем состоянии системы оператору на дисплее
• Принимать и обрабатывать команды оператора по изменению условий процесса управления.
• Передавать и принимать информацию от других микроЭВМ. Особенностью управляющих микроЭВМ можно считать повышенное требование к надежности программного обеспечения, так как отказ может привести к серьезным последствиям в работе реальных устройств.

Рассмотрим структуру микропроцессорной системы управления. Устройство управления в данной системе включает в себя управляющую микроЭВМ, но в общем случае может содержать вычислительную систему. Алгоритмы управления реализованы в виде программ, хранящихся в памяти ЭВМ. Интерфейсные блоки предназначены для связи с объектом управления (главными и вспомогательными приводами и электроавтоматикой станка) и периферийным оборудованием; пульт оператора для выдачи команд в микроЭВМ на специальном языке. Измерительные контроллеры преобразуют и выдают в микроЭВМ в цифровом виде показания датчиков о состоянии объекта и среды. В состав интерфейсных блоков связи и контроллеров могут входить микропроцессоры, в этом случае процессор освобождается от рутинных функций по вводу/выводу и предварительной обработки информации.

При построении систем управления сложными объектами такой объект разбивается на части и строится система управления аналогичная этой, затем соединяется через центральную ЭВМ.

Для управления внешними устройствами приходится выполнять на микроЭВМ сложную последовательность действий, связанных с проверкой различных условий и передачей данных. Задачи передачи данных требуют быстрого выполнения логических операций в многократно выполняющихся алгоритмах, не меняющихся в процессе работы. Наиболее эффективно в качестве аппаратной реализации таких алгоритмов использовать микроконтроллеры – спец. управляющие микро ЭВМ, которые работают в реальном масштабе времени по некоторым фиксированным рабочим программам, размешенных в ПЗУ. Использование микроконтроллеров для управления внешними устройствами разгружает центральный процессор микроЭВМ от излишне детального управления. Наиболее распространены микроконтроллеры трех типов.1) Ориентированные на реализацию алгоритмов логического типа и предназначенные для замены релейных и логических схем электроавтоматики командоппаратов. 2) ориентированные на реализацию алгоритмов автоматического регулирования аналоговых и аналого-дискретных технологических процессов и предназначенные для замены различных аналоговых и цифровых регуляторов. 3) Ориентированные на реализацию спец. алгоритмов управления и предназнач. для управления игровыми автоматами, светофорами и т.д.

Для не резервированных ЭВМ (не содержащих дублированных устройств) последовательность вычислений следующая. Сначала необходимо определить интенсивности отказов устройств

_____

каждого типа l _0i, i= 1, N _{_} , где N - число устройств, входящих в состав ЭВМ. Величины l _0i определяются по формуле __

__ l _0i =1/ Т _0i , __

где Т _0i – среднее время наработки на отказ устройства i – го типа. Значения Т _0i берутся из эксплуатационной документации на соответствующие устройства ЭВМ либо вычисляются по результатам наблюдений за работой машины. Интенсивность отказов ЭВМ в целом (суммарная интенсивность отказов ЭВМ) вычисляется по формуле

_N

Выполнение команды состоит из отдельных машинных операций. В данном случае под операцией понимают преобразование информации, выполняемое машиной под воздействием одной команды. Содержанием машинной операции может быть запоминание, передача, арифметическое и логическое преобразование некоторых машинных слов (операндов). Команда представляет собой код, содержащий информацию, необходимую для управления машинной операцией. Команда должна указывать: а) операцию, подлежащую выполнению; б) операнды, над которыми выполняется операция; в) адрес, куда должен быть помещен результат операции; г) следующую команду (или откуда она должна быть взята). Команда состоит из операционной и адресной частей. Операционная часть содержит КОП, т.е. некоторое число, которое задает вид операции (сложение, умножение, передача и т.д.). Адресная часть команды содержит информацию об адресах операндов и результатах операции, а в некоторых случаях информацию об адресе следующей команды. Количество двоичных разрядов, отведенных под код операции, выбирается таким, чтобы можно было представить все выполняемые операции. Если ЭВМ выполняет М различных операции, то число разрядов в КОП должно быть не меньше log ₂ M. Для упрощения аппаратуры и упрощения быстродействия ЭВМ длина формата команды должна быть согласована с выбираемой из требований точности вычислений длиной обрабатываемых машиной слов (операндов) с тем, чтобы для операндов и команд можно было эффективно использовать одни и те же память и аппаратные средства обработки информации. Это согласование достигается укорачиванием формата команды путём применения подразумеваемой, а также относительной и косвенной адресации и некоторых других приёмов. Обычно код команды имеет формат машинного слова или полуслова, реже полутора или двух слов. В некоторых машинах для представления команд используется несколько различных форматов. На рисунке схематично показаны различные структуры кода команды. В самом общем случае адресная часть должна содержать четыре адреса или адресных кода (рис.) для указания ячеек, содержащих два операнда, участвующих в операции, ячейки, в которую помещается результат операции, и ячейки, содержащей следующую команду. Такой порядок выборки команд называется принудительным. Он использовался в некоторых первых моделях ЭВМ. Четырехадресные команды в настоящее время не применяются. Можно установить, как это принято для большинства машин, что после выполнения данной команды, расположенной в ячейке k, выполняется команда из следующей по порядку (k+1)-й ячейки. Такой порядок выборки команд называется естественным. Он нарушается только специальными командами. В таком случае теряется необходимость указывать в команде адрес следующей команды. В трёхадресной команде (рис.) первый и второй адреса указывают ячейки памяти, в которых расположены операнды, а третий адрес определяет ячейку, в которую помещается результат операции. Следует отметить, что очень часто в качестве операндов используются результаты предыдущих операций, хранимые в триггерных регистрах машины. В этом случае выполняемая операция приобретает характер одно- или двухадресный, а трёхадресный формат используется неэффективно. По указанным причинам в современных ЭВМ применяют, как правило, одно- и двухадресные команды и их модификации.

Семейство микроЭВМ СМ 1800 включает в себя следующие типы микроЭВМ: СМ1800, СМ1804, СМ1810, СМ1814. МикроЭВМ СМ1800 и СМ1804 построены на базе 8-разрядного микропроцессора КР580ИК80А. МикроЭВМ СМ1810 и СМ1814 построены на база 16-разрядного микропроцессора К1810ВМ86. В основу построения семейства микроЭВМ СМ1800 положен модульный принцип, суть которого состоит в том, что машины выполняются из функционально законченных устройств (модулей) в виде одной или двух печатных плат, объединенных интерфейсом И41. Универсальность интерфейса И41 и модульность ЭВМ позволяют комплексировать многопроцессорные системы на уровне печатных плат, что обеспечивает высокую гибкость при создании управляющих и вычислительных комплексов, а так же открытость микроЭВМ как системы. Открытость микроЭВМ создает условия для расширения номенклатуры модулей и развития СМ1800. Так при создании микроЭВМ СМ1810 использованы новая элементная база и конструктивная реализация. Основу элементной базы семейства микроЭВМ СМ1800 составляют микропроцессорные наборы КР580 и К1810. Микропроцессорный набор К1810 представляет собой третье поколение микропроцессоров. Он расширяется арифметическим сопроцессором, аналогичным микропроцессору i8087 фирмы Intel, и процессором ввода-вывода КМ1810ВМ89. Модульная структура набора К1810 базируется на трех основных принципах:

1. Основные функции проектируемой системы распределены между специальными элементами
2. Многопроцессорный режим работы реализуется аппаратно
3. Иерархическая структура интерфейса обеспечивает эффективную обработку потока данных в высокопроизводительных системах.

Основной микропроцессор К1810ВМ86 имеет следующие характеристики:

Тактовая частота – 5МГц

Корпус – 40 контактный

Разрядность – 16

Диапазон адресации – до 1 Мб для памяти , 64 Кб для устройств ввода-вывода

Передача данных и адреса – по одной физической линии с мультиплексированием по времени (данные после адреса).

Микропроцессор К1810ВМ86 имеет два режима работы: минимальный и максимальный. В минимальном режиме микропроцессор формирует управляющие сигналы для памяти и устройств ввода-вывода, обеспечивая однопроцессорный режим работы. В максимальном режиме сигналы управления памятью и устройствами ввода-вывода формируются контроллером КР1810ВГ88 на основании информации о состоянии микропроцессора. Линии, используемые в минимальном режиме для управления памятью и устройствами ввода-вывода, в максимальном режиме обеспечивают аппаратную реализацию многопроцессорного режима работы. Сопроцессор i8087 представляет собой 40 –контактную БИС и предназначен для выполнения арифметических операций с плавающей запятой. При его отсутствии они выполняются программно что существенно снижает производительность системы. Микропроцессор ввода-вывода КМ1810ВМ89 обычно работает под управлением центрального процессора К1810ВМ86, но может использоваться самостоятельно в контроллерах ввода-вывода. Он имеет два независимых программно – управляемых канала ввода-вывода, которые осуществляют обмен данными по прямому доступу в память со скоростью до 1,25 Мб/с. Сочетая высокую скорость передачи информации с программируемой логикой, микропроцессор КМ1810ВМ89 повышает эффективность системы, освобождая центральный процессор от рутинных операций по обработке информации устройств ввода-вывода.

Контроллер прерываний К1810ВИ59А предназначен для обработки сигналов прерываний, поступающих от периферийных устройств, и работает совместно с основным микропроцессором К1810ВМ86. Он принимает запросы от восьми источников, при каскадном подключении дополнительных контроллеров ВИ59А число источников можно увеличить до 64. Тактовый генератор К1810ГФ84 предназначен для формирования сигналов частотой 5 МГц, синхронизирующих работу микропроцессора К1810ВМ86, кроме того, формирует сигналы СБРОС и ГОТОВНОСТЬ. Буферные 8 разрядные регистры КР580ИР82 и ИР83 используются при демультиплексирования магистрали адреса – данных микропроцессора К1810ВМ86. Формирователи магистрали 8 – разрядные КР580ВА86 и ВА87 предназначены для обеспечения необходимой мощности интерфейсных сигналов, выходящих за пределы платы, они представляют собой биполярные приемопередатчики с трех стабильными выходами. Контроллер магистрали КР1810ВГ88 предназначен для декодирования байта состояния микропроцессора КМ1810ВМ89 или ВМ86 (в максимальном режиме), осуществляет генерацию во времени команд и управляющих сигналов для системной магистрали. Он также выдает сигнал стробирования адреса в буферные регистры КР580ИР82 и ИР83 во время демультиплексирования адреса – данных от микропроцессора К1810ВМ86. Арбитр шины КР1810ВБ89 предоставляет системную магистраль одному из нескольких задатчиков, которые выставили запрос на захват магистрали для доступа к ресурсам системы, например общей памяти.

Объем – 256 Кб

Разрядность – 8 и 16 бит

Порядок обращения – произвольный

Выполняемые операции – запись слова (ЗПС), чтение слова (ЧТС), запись байта (ЗПБ), чтение байта (ЧТБ)

Цикл обращения – при операциях ЧТС, ЗПС, ЧТБ не более 0,7 мкс, при операции ЗПБ не более 1,4 мкс

Развитие технологии и схемотехники БИС привело к появлению в середине 70 – х годов нового типа интегрального электронного прибора, представляющего собой функционально законченное устройство обработки цифровой информации, управляемое хранимой в памяти программой и конструктивно выполненного в виде одного или нескольких БИС и СБИС. Такой прибор получил название микропроцессора, так как по своим логическим функциям и структуре напоминает упрощенный вариант процессора обычных ЭВМ, а именно дешифрация и выполнения команд микропрограммы, организация обращения к оперативной памяти, в нужных случаях инициирование работы каналов и периферийных устройств, восприятие и обработка запросов, поступающих из устройств машины и внешней среды. По выполняемым функциям микропроцессор является центральной частью объекта, управляющим взаимодействием ее устройств. Отличия от процессора можно сформулировать следующим образом: - меньшая разрядность обрабатываемых данных, меньшая точность вычислений;

• упрощенная система арифметико-логических команд;
• меньшими объемами прямоадресуемой памяти, выполнением операций адресной арифметики операций по обмену данными с внешними устройствами с помощью одного и того же АЛУ, надо отменить, что перспективные модели МП лишены этих отличий.

А) Модульная структура, в которой модули являются функционально законченными устройствами

Б) Магистральная организация связей между модулями, при которой общие шины используются разными модулями

В) Микропрограммное управление

Г) Байтовая адресация памяти и побайтовая обработка данных

Д) Использование внутренних сверхоперативных регистров, см. Рис

Одним из важнейших путей повышения производительности вычислительных машин и систем, их эффективности и надежности является использование различных форм параллелизма в функционировании вычислительного оборудования. Поэтому в основу классификации ВС следует положить в первую очередь, реализуемую форму параллелизма.

Операционная система (ОС) – является неотъемлемой частью ЭВМ, обеспечивая управление всеми аппаратными компонентами и, позволяя отделить остальные классы программ от непосредственного взаимодействия с аппаратурой. ОС обеспечивает выполнение основных двух задач:

• Поддержку работы всех программ, обеспечение их взаимодействия с аппаратурой.
• Предоставление пользователям возможностей общего управления машиной.

В простейшем случае ОС содержит в себе следующие основные компоненты

1. Файловую систему
2. Драйверы внешних устройств
3. Процессор командного языка

Операционная система в наибольшей степени определяет облик всей вычислительной системы в целом. Несмотря на это, пользователи, активно использующие вычислительную технику, зачастую испытывают затруднения при попытке дать определение операционной системе. Частично это связано с тем, что ОС выполняет две по существу мало связанные функции: обеспечение пользователю-программисту удобств посредством предоставления для него расширенной машины и повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами.

Использование большинства компьютеров на уровне машинного языка затруднительно, особенно это касается ввода-вывода. Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер возвращает 23 значения, отражающих наличие и типы ошибок, которые, очевидно, надо анализировать. Даже если не входить в курс реальных проблем программирования ввода-вывода, ясно, что среди программистов нашлось бы не много желающих непосредственно заниматься программированием этих операций. При работе с диском программисту-пользователю достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Работа с файлом заключается в его открытии, выполнении чтения или записи, а затем в закрытии файла. Вопросы подобные таким, как следует ли при записи использовать усовершенствованную частотную модуляцию или в каком состоянии сейчас находится двигатель механизма перемещения считывающих головок, не должны волновать пользователя. Программа, которая скрывает от программиста все реалии аппаратуры и предоставляет возможность простого, удобного просмотра указанных файлов, чтения или записи - это, конечно, операционная система. Точно также, как ОС ограждает программистов от аппаратуры дискового накопителя и предоставляет ему простой файловый интерфейс, операционная система берет на себя все малоприятные дела, связанные с обработкой прерываний, управлением таймерами и оперативной памятью, а также другие низкоуровневые проблемы. В каждом случае та абстрактная, воображаемая машина, с которой, благодаря операционной системе, теперь может иметь дело пользователь, гораздо проще и удобнее в обращении, чем реальная аппаратура, лежащая в основе этой абстрактной машины.

С этой точки зрения функцией ОС является предоставление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину.

Идея о том, что ОС прежде всего система, обеспечивающая удобный интерфейс пользователям, соответствует рассмотрению сверху вниз. Другой взгляд, снизу вверх, дает представление об ОС как о некотором механизме, управляющем всеми частями сложной системы. Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на магнитных лентах, сетевых коммуникационной аппаратуры, принтеров и других устройств. В соответствии со вторым подходом функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность системы. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

• планирование ресурса - то есть определение, кому, когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс;
• отслеживание состояния ресурса - то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов - какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счете и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.

Разряд двоичного числа представляется в ЭВМ некоторым техническим устройством, например триггером, двум различным состояниям которого приписывают значения 0 или 1. Набор соответствующего количества таких устройств служит для представления многоразрядного двоичного числа.

При представлении чисел с фиксированной запятой положение запятой фиксируется в определенном месте относительно разрядов числа. Обычно подразумевается, что запятая находится или перед старшим разрядом, или после младшего. В первом случае могут быть представлены числа, которые по модулю меньше 1, во втором – только целые числа.

0 1 2 3 4 5 6 ….. 31 - представление двоичных чисел с фиксированной запятой в виде 32 разрядных слов для случая закрепления запятой перед старшим разрядом.

0 1 2 3 4 5 6 ….. 31 - представление двоичных чисел с фиксированной запятой в виде 32 разрядных слов для случая закрепления запятой после младшего разряда.

Для кодирования знака числа используется “знаковый” разряд. 0 это +, 1 это -. Наибольшее положительное число, представимое в первой разрядной сетке, равно 0,1..1 = 1-2 ^-31 , а наименьшее число 0,00…01 = 2 ^-31 таким образом в разрядной сетке могут быть представлены числа в диапазоне от –(1-2 ^-31 ) до -2 ^-31 и от 2 ^-31 до (1-2 ^-31 ). Диапазон чисел, для второго случая:

1 £ ½ х ½ £ 2 ³¹ -1. При выполнении на машине вычислений необходимо чтобы все исходные и получающиеся в процессе вычислений данные не выходили за диапазон чисел, представимых в разрядной сетке. Для этого в программировании задачи данные берутся с соответствующими масштабными коэффициентами. Итог: Использование представления с фиксированной точкой позволяет упростить схемы машины, повысить ее быстродействие, но создает трудности при программировании, в машинах, предназначенных для решения широкого круга вычислительных задач, основным является представление с плавающей запятой, не требующее масштабирования данных, однако в таких машинах наряду с этой формой представления используется также и представление с фиксированной точкой для представления целых двоичных чисел и операций над ними, в частности операции над кодами адресов.

Представление числа с плавающей запятой в общем виде имеет вид :

X= s ^p q ; ½ q ½ < 1 где q мантисса числа Х, p – порядок, s – основание характеристики.

По типу носителя различают ВЗУ с подвижным и неподвижным носителем. При современной технологии наиболее часто реализуют размещение информации на поверхности некоторого тела, называемого носителем. Если поиск, запись и считывание информации сопровождается механическим перемещением носителя, то такие ВЗУ называют накопителями с подвижным носителем, среди которых наиболее распространены накопители на магнитных дисках НМД, оптических дисках НОД, магнитных лентах НМЛ. Носитель может быть гибким и жестким. Если при поиске, записи или считывании механического перемещения носителя не происходит, то ВЗУ называют накопителем с неподвижным носителем; примером может служить накопитель на основе цилиндрических магнитных доменах ЦМД. Реже в ВЗУ используют объемную запись – полупроводниковые ЗУ, приборы с зарядовой записью.

По способу регистрации различают ВЗУ с магнитной и оптической (магнитооптической) записью; По характеру использования информации – постоянные ВЗУ (только чтение), ВЗУ с однократной записью, и с многократной записью (множество циклов чтения \ записи). По способу доступа к информации все ВЗУ делят на накопители с последовательным и прямым доступом. Расположение блоков на поверхности носителя можно представить в виде линейного и двумерного массива. В первом случае для нахождения требуемого блока последовательно просматриваются все блоки. ВЗУ, реализующие такой просмотр называют накопителями с последовательным доступом; примером может служить накопитель на магнитной ленте, максимальное время поиска соответствует полному времени перемещения ленты от начала до конца и достигает 1-2 минут. При расположении блоков информации в виде двумерного массива можно организовать независимый поиск по каждому направлению. Пусть задан номер строки (или дорожки) , где расположен искомый блок IJ; тогда время поиска опеределяется временем просмотра блоков только по этой дорожке. ВЗУ, реализующие такой просмотр, называют накопителями с прямым доступом: поиск в направлении Y в них производится за счет перключения или перемещения органов считывания (головок), а просмотр в направлении X – за счет перемещения носителя или продвижения информации по структуре (ЦМД). В ВЗУ с прямым доступом один и тот же блок доступен для записи или считывания через постоянные промежутки времени, определяемые в случае с НМД временем оборота; поэтому такой доступ называют циклическим.

ВЗУ принято характеризовать следующими параметрами:

• емкостью памяти; при этом если носитель информации является сменным, то под емкостью ВЗУ понимают обьем одного тома, который доступен ВС без замены носителя.
• пропускной способностью, или скоростью записи считывания; блок на носителе можно рассматривать в виде последовательности бит, расположенных вдоль направления движения носителя. Длительность считывания и записи блока, таким образом, определяется временем, затрачиваемым на прохождение блока под головкой, а пропускная способность определяется отношением объема блока ко времени его прохождения под головкой;
• временем доступа, т.е. интервалом времени от момента запроса до момента выдачи блока; этот интервал времени не постоянен и зависит от множества факторов – скорости перемещения носителя, скорости перемещения головки, прямого или последовательного доступа, расстояния от текущего положения головки до запрашиваемого блока на носителе и т.п. В случае подвижного носителя и прямого доступа этот интервал складывается из времени поиска дорожки и времени ожидания (пока блок не появится под головкой). Время поиска дорожки характеризуется минимальным (дорожка – след. дорожка), максимальным (прот. дорожки), и средним значениями. Время ожидания характеризуют средним значением, которое соответствует половине длительности оборота носителя. Данные одного пользователя обычно размещаются на соседних дорожках, что уменьшает время поиска, однако при коллективном использовании ВЗУ в мультипрограммном режиме эта “локальность” данных нарушается и время поиска увеличивается.