Лекция: Вопрос 15

В основе всех триггеров статической оперативной памяти лежит кольцо из двух логических элементов «НЕ» (инверторов), соединенных по типу «защелки«. Рассмотрим, как он работает. Если подать на линию Q сигнал, соответствующий единице, то, пройдя сквозь элемент D.D1 он обратится в ноль. Но, поступив на вход следующего элемента, — D.D2 — этот ноль вновь превратится в единицу. Поскольку, выход элемента D.D2 подключен ко входу элемента D.D1, то даже после исчезновения сигнала с линии Q, он будет поддерживать себя самостоятельно, т.е. триггер перейдет в устойчивое состояние.

 

Регистр — последовательное или параллельное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.

Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, обычно D, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.

Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединённых друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.

 

Mультиплексор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.

Аналоговые и цифровые мультиплексоры значительно различаются по принципу работы. Первые электрически соединяют выбранный вход с выходом (при этом сопротивление между ними невелико — порядка единиц/десятков ом). Вторые же не образуют прямого электрического соединения между выбранным входом и выходом, а лишь «копируют» на выход логический уровень ('0' или '1') с выбранного входа. Аналоговые мультиплексоры иногда называют ключами или коммутаторами.

Устройство, противоположное мультиплексору по своей функции, называется демультиплексором. В случае применения аналоговых мультиплексоров (с применением ключей на полевых транзисторах) не существует различия между мультиплексором и демультиплексором; такие устройства могут называться

коммутаторами.

 

Сумматор — устройство, преобразующее информационные сигналы (аналоговые или цифровые) в сигнал, эквивалентный сумме этих сигналов

 

Компаратор (аналоговых сигналов)— электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («−»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Одно напряжение сравнения двоичного компаратора делит весь диапазон входных напряжений на два поддиапазона. Двоичный логический сигнал (бит) на выходе двоичного компаратора указывает в каком из двух поддиапазонов находится входное напряжение.

Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного и выходного каскадов.

Вопрос 16(Типы файловых систем внешних магнитных дисков)

Историческим шагом явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы файл — это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Система управления файлами берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным.

 

Первая развитая файловая система была разработана фирмой IBM для ее серии 360. К настоящему времени она очень устарела, и мы не будем рассматривать ее подробно. Заметим лишь, что в этой системе поддерживались как чисто последовательные, так и индексно-последовательные файлы, а реализация во многом опиралась на возможности только появившихся к этому времени контроллеров управления дисковыми устройствами. Если учесть к тому же, что понятие файла в OS/360 было выбрано как основное абстрактное понятие, которому соответствовал любой внешний объект, включая внешние устройства, то работать с файлами на уровне пользователя было очень неудобно. Требовался целый ряд громоздких и перегруженных деталями конструкций. Все это хорошо знакомо программистам среднего и старшего поколения, которые прошли через использование отечественных аналогов компьютеров IBM.

Вопрос 17(Взаимодействие процессора и памяти)

Ввиду несоответствия интерфейсов памяти и процессора, для совместного взаимодействия им необходим посредник — контроллер памяти. Контроллер памяти в значительной мере определяет скорость обмена с памятью а, значит, и быстродействие всей системы в целом.

В настоящее время такие контролеры не выпускаются в виде отдельных микросхем, они входят в состав чипсета или встраиваются непосредственно в процессор, поэтому, очень важно правильно выбрать память. Чем отличаются друг от друга чипсеты и на какие характеристики следует обращать внимание в первую очередь?

Прежде всего важно знать синхронный или асинхронный режим работы они обеспечивают. Синхронные чипсеты требуют, чтобы частота памяти совпадала с частой шины. Имея такой чипсет, невозможно использовать преимущества процессора с частотой шины 133 МГц, если установлена память SDRAM PC 100 (частота синхронной памяти 100 МГц). Асинхронные чипсеты отличаются тем, что позволяют тактировать память с частотой, обеспечивающей устойчивую работу памяти, не обязательно совпадающей с тактовой частотой системной шины. Благодаря этому, они поддерживают практически любые комбинации частоты работы процессоров и памяти. Однако, если тактовые частоты системной шины и памяти не могут быть соотнесены как целые числа, возникают штрафные задержки, негативно сказывающиеся на производительности.

Другой немаловажный момент — политика открытия страниц и максимально возможное количество одновременно открываемых страниц. Как уже было показано выше, удерживание сигнала RAS позволяет читать ячейки в пределах открытой страницы передачей одного лишь адреса столбца, что значительно увеличивает производительность системы. Чем больше страниц удерживается в открытом состоянии, тем выше вероятность того, что очередной запрос попадет в уже открытую страницу и потому обработается значительно быстрее.

Пусть у нас имеется память, работающая на частоте 100 Мгц и каждый интервал времени в первой формуле равен двум тактам системной шины. Сколько тактов потребуется для чтения данных из ячейки памяти? Последовательность работы системы процессор — память будет следующей:

процессор (вернее кэш-контроллер второго уровня) запрашивает 32 (возможно 64 или 128) байта памяти и передает запрос контроллеру памяти. На это уходит один такт системной шины, если контроллер не встроен в процессор;

в течение следующего такта контроллер памяти вычисляет номер столбца и строки первой ячейки цепочки и смотрит открыта соответствующая строка или нет?

если строка действительно открыта, то контроллер памяти выставляет сигнал CAS и спустя 2-3 такта (в зависимости от величины задержки CAS, обусловленной качеством микросхемы памяти) на шине появляются данные;

контроллер памяти считывает их за один такт;

еще 1 такт расходуется на передачу данных процессору;

три последующих ячейки считываются процессором за три такта — по такту на каждую;

если же требуемая строка закрыта, но максимально допустимое количество одновременно открытых строк еще не достигнуто, контроллер посылает микросхеме памяти сигнал RAS вместе с адресом строки и дает ей 2-3 такта на прием и дешифрацию адреса строки, затем посылается CAS и все происходит по сценарию описанному выше;

в том случае, когда требуемая строка закрыта и открыто максимально допустимое количество других строк, требуется один дополнительный такт на закрытие строки.

В лучшем случае потребуется шесть тактов системной шины на чтение одной ячейки, а в худшем случае — все четырнадцать. Предположим, что частота ядра процессора в 5 раз превышает частоту системной шины, тогда чтение ячейки занимает от тридцати (6 x 5 = 30) до семидесяти (12 x 5 = 70) тактов ядра процессора!

Попробуйте подсчитать сколько тактов занимает одно обращение к памяти в вашем компьютере.

Таким образом приходим к выводу, что производительность подсистемы процессор — память все еще оставляет желать лучшего. Причем, современная ситуация даже хуже, чем она была в конце восьмидесятых, когда использовались процессоры с тактовой частотой порядка 10 МГц (длительность такта 100нс.), а время доступа к оперативной памяти составляло 200 нс., т.е. всего 2 такта системной шины, хотя большинство арифметических команд выполнялось за десятки тактов. Современные процессоры тратят на чтение произвольной ячейки иногда около сотни тактов, выполняя в это же самое время более трех вычислительных инструкций за такт, вот почему процессору просто необходима для согласования скоростей работы системы процессор — оперативная память быстрая буферная (Кэш) память.

Вопрос 18(Интерфейсы РС. Основные группы сигналов)

еще рефераты
Еще работы по информатике