. I. Элементы архитектуры вычислительных систем1.1 Фоннеймановская структура ЭВМ. Принцип хранимой в памяти программы.1.2 Понятие о системе программного обеспечения ЭВМ. Понятие об архитектуре ЭВМ1.3 Декомпозиция вычислительного устройства на операционный и управляющий блоки. Принцип акад. В. М. Глушкова.1.4 Назначение и структура процессора1.5 Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора.1.6 Принципы организации арифметико-логических устройств.1.7 Принципы построения устройств памяти1.7.1 Общие сведения, определения и классификация1.7.2 Логическая организация памяти и методы адресации информации1.8 Принципы организации системы прерывания программ.1.8.1 Общие сведения о системе прерывания программ1.8.2 Процедуры определения приоритетных запросов прерываний 1.8.3 Прерывания: семейство процессоров Intel 80x86 и MS-DOSII. Концептуальные основы операционных систем2.1 Понятие операционной системы. Основные функции ОС.2.2 Классификация ОС2.3 Определение и классификация процессов2.4 Понятие ресурса2.5 Дисциплины распределения ресурсов.2.6 Система управления процессами. Задачи синхронизацииIII. Механизмы ОС3.1 Загрузка программ3.1.1 Абсолютная загрузка3.1.2 Относительная загрузка3.1.3 Позиционно-независимый код3.1.4 Загрузка самой ОС3.1.5 Сборка программ3.1.6 Варианты построения загрузчиков.3.2 Управление оперативной памятью3.2.1 Общие принципы управления распределением оперативной памяти3.2.2 Открытая память3.2.3 Управление памятью в MacOS и MS Windows 3.x3.2.4 Системы с базовой виртуальной адресацией3.2.5 Сегментная и страничная виртуальная память3.2.6 Страничный обмен3.3 Механизмы синхронизации параллельных процессов3.3.1 Архитектура и основные вопросы построения механизмов синхронизации3.3.2 Семафорная техника синхронизации процессов3.3.3 Блокировка участков файлов3.3.4 Гармонически взаимодействующие последовательные процессы3.4 Межзадачное взаимодействие3.4.1 Определения3.4.2 Разделяемая память3.4.3 Программные каналы3.4.4 Системы, управляемые событиями3.5 Механизмы планирования процессов в однопроцессорных системах3.5.1 Кооперативная многопроцессность3.5.2 Вытесняющая многопроцессность3.5.3 Планировщики с приоритетами3.5.4 Монолитные системы и системы с микроядром3.6 Внешние устройства3.6.1 Классификация внешних устройств3.6.2 Обзор существующих внешних устройств3.6.3 Драйверы внешних устройств3.6.4 Функции драйверов3.7 Файловые системы3.7.1 Модель файловой системы3.7.2 Логическая организация.3.7.3 Монтирование файловых систем3.7.4 Структуры файловых систем3.7.5 Устойчивость к сбоям питания3.8 Пользовательский интерфейс ^ Элементы Архитектуры Вычислительных Систем.Фоннеймоновская Структура ЭФМ. Принцим хранимой в памяти программы.Упрощенная структура ЭВМ представлена на рис. 1.1 ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметико-логическое устройство, память, управляющее устройство, устройство ввода данных в машину, устройство вывода из нее результатов расчета и пульт ручного управления.^ Арифметико-логическое устройство (АЛУ) производит арифметические и логические преобразования над поступающими в него машинными словами, т. е. кодами определенной длины, представляющими собой числа или другой вид информации.Память хранит информацию, передаваемую из других устройств, в том числе поступающую в машину извне через устройство ввода, и выдает во все другие устройства информацию, необходимую для протекания вычислительного процесса. Память машины в большинстве случаев состоит из двух существенно отличающихся по своим характеристикам частей: быстродействующей основной или оперативной (внутренней) памяти (ОП) и сравнительно медленно действующей, но способной хранить значительно больший объем информации внешней памяти (ВнП).Оперативная память содержит некоторое число ячеек, каждая из которых служит для хранения машинного слова или его части. Ячейки нумеруются, номер ячейки называется адресом.В запоминающих устройствах, реализующих в ЭВМ функцию памяти, выполняются операции считывания хранимой информации для передачи в другие устройства и записи информации, поступающей из других устройств. При считывании слова из ячейки содержимое последней не меняется и при необходимости слово может быть снова взято из той же ячейки. При записи хранившееся в ячейке слово стирается и его место занимает новое.Непосредственно в вычислительном процессе участвует только ОП, и лишь после окончания отдельных этапов вычислений из ВнП в ОП передается информация, необходимая для следующего этапа решения задачи. Рис. 1.1 Структура ЭВМ^ Управляющее устройство (УУ) автоматически без участия человека управляет вычислительным процессом, посылая всем другим устройствам сигналы, предписывающие им те или иные действия, в частности включает АЛУ на выполнение нужной операции.Автоматическое управление процессом решения задачи достигается на основе принципа программного управления, являющегося основной особенностью ЭВМ.Другим важнейшим принципом является принцип хранимой в памяти программы. Согласно этому принципу команды программы, закодированные в цифровом виде, хранятся в памяти наравне с числами. В команде указываются не сами участвующие в операциях числа, а адреса ячеек ОП, в которых они находятся, и адрес ячейки, куда помещается результат операции.Поскольку программа хранится в памяти, одни и те же команды могут нужное число раз извлекаться из памяти и выполняться. Более того, так как команды представляются в машине в форме чисел, то над командами как над числами машина может производить операции (“модификации команд”).Команды выполняются в порядке, соответствующем их расположению в последовательных ячейках памяти, кроме команд безусловного и условного переходов, изменяющих этот порядок соответственно безусловно или только при выполнении некоторого условия, обычно задаваемого в виде равенства нулю, положительного или отрицательного результата предыдущей команды или отношения типа >, =, Перед решением задачи на ЭВМ программа и исходные данные должны быть помещены в ее память. Предварительно эта информация обычно заносится во внешнюю память. Затем при помощи устройства ввода программа и исходные данные считываются в ОП.^ Устройство вывода служит для выдачи из машины результатов расчета, например, путем печатания их на печатных устройствах или отображения на экране дисплея. При помощи пульта управления оператор пускает и останавливает машину, а при необходимости может вмешиваться в процесс решения задачи.Представленная на рис. 1.1 структура (модель) вычислительной машины, получившая название фоннеймановской, благодаря ее изящной простоте и большой гибкости при управлении вычислительным процессом с самых первых шагов электронной вычислительной техники и по сей день доминирует при построении различных ЭВМ.Однако в последние годы конструкторы ЭВМ, стремясь достигнуть существенного повышения их производительности, в ряде случаев отходят от модели фон Неймана.Приведем один из примеров. В фоннеймановской машине с общей памятью для данных и команд имеется всего одна шина (магистраль) для передачи из памяти в другие устройства команд и данных, что ведет к снижению скорости работы ЭВМ.Возможно построение машины с отдельными памятями и шинами для хранения и передачи команд и данных, допускающей параллельное во времени извлечение их из памяти и передачу по шинам. Такая структура (модель) получила название гарвардской, так как была реализована впервые в 1944 г. в Гарвардском университете (США) в ранней релейной вычислительной машине, предшествовавшей появлению электронных вычислительных машин. Гарвардская модель реализована, в частности, в некоторых микропроцессорах. 1.2 Понятие о системе программного обеспечения ЭВМ.Понятие об архитектуре ЭВМ. Для придания ЭВМ определенных свойств используют средства двух видов: аппаратурные и программные. Последние называются также средствами программного (математического) обеспечения.Часть свойств ЭВМ приобретает благодаря наличию в ее составе электронного или электромеханического оборудования, специально предназначенного для реализации этих свойств. Арифметико - логическое устройство машины является примером аппаратурных средств.Ряд других свойств реализуется без специальных аппаратурных средств программным путем, при, этом используются имеющиеся аппаратурные средства машины, работающие в предписанном порядке в соответствии с программой, обеспечивающей выполнение машиной данной функции.Заметим, что при помощи аппаратурных средств соответствующие функции выполняются значительно быстрее, чем программным путем.Таким образом, средства программного обеспечения и аппаратурные средства являются двумя взаимосвязанными компонентами современной вычислительной техники.^ Система программного (математического) обеспечения ЭВМ представляет собой комплекс программных средств, в котором можно выделить операционную систему, комплект программ технического обслуживания и пакеты прикладных программ. Первые два класса ПО принято также называть системным программным обеспечением.Машинная зависимость является одной из характеристик, которая обычно отличает системное ПО от прикладного. Прикладная программа интересует нас главным образом с точки зрения решения некоторой задачи. При этом ЭВМ используется как инструмент, и основное внимание сосредоточено на предметной стороне дела, а не на вычислительной системе. С другой стороны, системные программы предназначены скорее для обеспечения управления собственно ЭВМ, чем для решения какой-то конкретной задачи. Вследствие этого они обычно тесно связаны со структурой машины, для которой созданы.Операционные системы являются важнейшей и центральной частью программного обеспечения ЭВМ, предназначенной для эффективного управления вычислительным процессом, планирования работы и распределения ресурсов ЭВМ, автоматизации процесса подготовки программ и организации их выполнения при различных режимах работы машины, облегчения общения оператора с машиной.Пользователи и операторы не имеют прямого доступа к устройствам ЭВМ. Связь пользователей и операторов с ЭВМ (точнее, с ее аппаратурными средствами) производится при помощи операционной системы, обеспечивающей определенный уровень общения человека с машиной.Уровень общения в первую очередь определяется уровнем языка, на котором оно происходит, или, иными словами, уровнем пользовательского интерфейса системы.Комплект программ технического обслуживания, предназначенный для уменьшения трудоемкости эксплуатации ЭВМ, содержит программы проверки работоспособности ЭВМ и отдельных ее устройств, определения (диагностирования) мест неисправностей.Пакеты прикладных программ (ППП) представляют собой структурированные комплексы программ (часто со специализированными языковыми средствами), предназначенные для решения определенных достаточно широких классов задач (научно-технических, планово-экономических и др.), а также для расширения функций операционных систем (управление базами данных, реализация режимов телеобработки данных, реального времени и др.).Аппаратурные средства ЭВМ и система ее программного обеспечения в совокупности образуют вычислительную систему.Сложность современных вычислительных машин закономерно привела к понятию архитектуры вычислительной машины, охватывающей комплекс общих вопросов ее построения, существенных в первую очередь для прикладного или системного программиста, интересующегося главным образом возможностями машины, а не деталями ее технического исполнения.Круг вопросов, подлежащих решению при разработке архитектуры ЭВМ, можно условно разделить на вопросы общей структуры, организации вычислительного процесса и общения пользователя с машиной, вопросы логической организации представления, хранения и преобразования информации и вопросы логической организации совместной работы различных устройств, а также аппаратурных и программных средств машины. 1.3 Декомпозиция вычислительного устройства на операционный и управляющий блоки. Принцип академика В. М. Глушкова. Как показал академик В. М. Глушков, в любом устройстве обработки цифровой информации можно выделить операционный и управляющий блоки. Такой подход упрощает проектирование, а также облегчает понимание процесса функционирования вычислительного устройства. Декомпозиция цифрового вычислительного устройства поясняется на рис. 1.2.^ Операционный блок состоит из регистров, сумматоров и других узлов, производящих прием из внешней среды и хранение кодов слов, их преобразование и выдачу во внешнюю среду результата преобразования, а также выдачу в управляющий блок и внешнюю среду оповещающих сигналов, принадлежащих к множествуU = { u1 , u2 , ... , un } ,о знаках и особых значениях операндов, их отдельных разрядов, особых значениях промежуточных и конечных результатов операции (например, равенство нулю результата операции и др.).Процесс функционирования во времени устройства обработки цифровой информации состоит из последовательности тактовых интервалов, в которых операционный блок производит определенные элементарные операции преобразования слов. Операционный блок выполняет некоторый набор элементарных преобразований информации, например таких, как передача слова из одного в другой, взятие обратного кода, сдвиг и др. Выполнение этих элементарных операций инициируется поступлением в операционный блок соответствующих управляющих сигналов из некоторого множества сигналовV = { v1 , v2 , ... , vm } .Элементарная функциональная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводимая в действие управляющим сигналом, называется микрооперацией.^ Управляющий блок (или управляющий автомат) вырабатывает распределенную во времени последовательность управляющих сигналовvt1 , vt2 , ... , vtn (vtj !!!!!! V) ,порождающих в операционном блоке нужную последовательность микроопераций.Последовательность управляющих сигналов определяется сигналами Z кода операции, поступающими в управляющий блок извне, и сигналами V, зависящими от операндов и промежуточных результатов преобразований. Рис.1.2 Операционный и управляющий блоки цифрового устройства 1.4 Назначение и структура процессора Процессором называется устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных и программное управление этим процессом. Процессор дешифрирует и выполняет команды программы, организует обращения к оперативной памяти, в нужных случаях инициирует работу периферийных устройств, воспринимает и обрабатывает запросы, поступающие из устройств машины и из внешней среды (“запросы прерывания”).Процессор занимает центральное место в структуре ЭВМ, так как он осуществляет управление взаимодействием всех устройств, входящих в состав ЭВМ.Выполнение команды (машинной операции) разделено на более мелкие этапы — микрооперации (микрокоманды), во время которых выполняются определенные элементарные действия. Конкретный состав микроопераций определяется системой команд и логической структурой данной ЭЗМ. Последовательность микроопераций (микрокоманд), реализующих данную операцию (команду), образует микропрограмму операции.Для определений временных соотношений между различными этапами операции используется понятие машинного такта. Машинный такт определяет интервал времени, в течение которого выполняется одна или одновременно несколько микроопераций. Границы тактов задаются синхросигналами, вырабатываемыми специальной схемой — генератором синхросигналов.Таким образом, может быть установлена следующая иерархия этапов выполнения программ в процессоре: программа, команда (микропрограмма), микрооперация (микрокоманда).В процессор входят: арифметическо - логическое устройство АЛУ, управляющее устройство (управляющий автомат) УУ, блок управляющих регистров БУР, блок регистровой памяти (местная память) и блок связи с ОП и некоторым другим, в том числе внешним по отношению к ЭВМ, оборудованием.В состав процессора могут также входить и некоторые другие блоки, участвующие в организации вычислительного процесса (блок прерывания, блок защиты памяти, блок контроля правильности работы и диагностики процессора и др.). Оперативная (основная) память выполняется в виде отдельного устройства, хотя в небольших ЭВМ может конструктивно объединяться с процессором и использовать частично его оборудование.^ Арифметическо-логическое устройство процессора выполняет логические и арифметические операции над данными. В общем случае в АЛУ выполняются логические преобразования над логическими кодами фиксированной и переменной длины (над отдельными битами, группами бит, байтами и их последовательностями) , арифметические операции над числами с фиксированной и плавающей точками, над десятичными числами, обработка алфавитно-цифровых слов переменной длины и др. Характер выполняемой АЛУ операции задается командой программы.В процессоре может быть одно универсальное АЛУ для выполнения всех основных арифметических и логических преобразований или несколько специализированных для отдельных видов операций. В последнем случае увеличивается количество оборудования процессора, но повышается его быстродействие за счет специализации и упрощения схем выполнения отдельных операций.^ Управляющее устройство (управляющий автомат) вырабатывает последовательность управляющих сигналов, инициирующих выполнение соответствующей последовательности микроопераций, обеспечивающей реализацию текущей команды.Блок управляющих регистров предназначен для временного хранения управляющей информации. Он содержит регистры и счетчики, участвующие в управлении вычислительным процессом: регистры, хранящие информацию о состоянии процессора, регистр-счетчик адреса команды — счетчик команд (СчК), счетчики тактов, регистр запросов прерывания и др. К блоку управляющих регистров следует также отнести управляющие триггеры, фиксирующие режимы работы процессора.Для повышения быстродействия и логических возможностей процессора и микропроцессора в их состав включают блок регистровой памяти (местную память) небольшой емкости, но более высокого, чем ОП, быстродействия. Регистры этого блока (или ячейки местной памяти) указываются в командах программы путем укороченной регистровой адресации и служат для хранения операндов, в качестве аккумуляторов (регистров результата операций), базовых и индексных регистров, указателя стека.Местная память выполняется главным образом на быстродействующих полупроводниковых интегральных ЗУ.^ Блок связи (интерфейс процессора) организует обмен информацией процессора с оперативной памятью и защиту участков ОП от недозволенных данной программе обращений, а также связь процессора с периферийными устройствами и внешним по отношению к ЭВМ оборудованием (другими ЭВМ и т.д.). Рис 1.3 Блок-схема процессора Intel 80286 1.5 Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора. Функционирование процессоров в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует выполнению одной команды программы. Завершив рабочий цикл для текущей команды, процессор переходит к выполнению рабочего цикла для следующей команды программы.В общем виде команды, выполняемые процессором, имеют следующий формат: КОП Аk КОП - код операции, затребованной в команде, Аk - адресный код.В зависимости от того, сколько полей содержит адресный код различают команды: безадресные, одноадресные, двухадресные и т.д.Схема рабочего цикла процессора представлена на рисунке 1.4.На схеме показаны варианты рабочего цикла для четырех групп команд:основных (арифметические, логические и пересылочные операции) передачи управления ввода-вывода системных (устанавливающих состояние процессора, маску прерывания, слово состояния программы и др.) Рабочий цикл начинается с распознавания состояния процессора - "счет" или "ожидание". Далее производится проверка наличия немаскированных прерываний. В состоянии "ожидание" никакие программы не выполняются - процессор ждет поступления прерывания, после чего управление передается прерывающей программе, переводящей процессор в состояние "счет".Рисунок 1.4. Рабочий цикл процессора В состоянии "счет" при наличии немаскированных прерываний происходит выход из нормального рабочего цикла и переход к процедуре обработки запросов прерывания.При отсутствии прерываний в состоянии "счет" последовательно выполняются этапы рабочего цикла: выборка очередной команды и определение по коду операции ее группы, подготовка операндов (формирование исполнительных адресов и выборка операндов из памяти), обработка операндов в АЛУ и запоминание результата.На этапе выборки очередной команды образуется согласно естественному порядку адрес следующей за ней команды (продвинутый адрес), при этом счетчик команд инкрементируется.В процессе выполнения заданной командой операции формируется признак результата операции, используемый командами условного перехода при организации ветвлений в программах.Указанная выше последовательность составляет основной вариант рабочего цикла, реализуемый при выполнении основных команд.При выполнении команд передачи управления проверяется заданное условие. Если условие не выполняется, то следующую команду указывает продвинутый адрес, установленный ранее в СчК. Если условие выполняется, то в СчК передается адрес, заданный командой передачи управления.Команды ввода-вывода инициируют в канале операцию обмена информацией между ядром ЭВМ (основной памятью) и периферийным устройством.Системные команды осуществляют переключения состояния процессора (программы) путем загрузки нового слова в регистр состояния процессора. 1.6 Принципы организации арифметико-логических устройств. Арифметико-логические устройства (АЛУ) служат для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами.Выполняемые в АЛУ операции можно разделить на следующие группы:операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой; операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой; операции десятичной арифметики; операции индексной арифметики (при модификации адресов команд); операции специальной арифметики; операции над логическими кодами (логические операции); операции над алфавитно-цифровыми полями. Современные ЭВМ общего назначения обычно реализуют операции всех приведенных выше групп, а малые и микроЭВМ, микропроцессоры и специализированные ЭВМ часто не имеют аппаратуры арифметики чисел с плавающей точкой, десятичной арифметики и операций над алфавитно-цифровыми полями. В этом случае эти операции выполняются специальными подпрограммами или специализированными сопроцессорами.Можно привести следующую классификацию АЛУ.По способу действия над операндами АЛУ делятся на последовательные и параллельные. В последовательных АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. В параллельных АЛУ операнды представляются параллельным кодом и операции совершаются параллельно во времени над всеми разрядами операндов.По способу представления чисел различают АЛУ:для чисел с фиксированной точкой; для чисел с плавающей точкой; для десятичных чисел.По характеру использования элементов и узлов АЛУ делятся на блочные и многофункциональные. В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями выполняются в от дельных блоках, при этом повышается скорость работы, так как блоки могут параллельно выполнять соответствующие операции но значительно возрастают затраты оборудования. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.По своим функциям АЛУ является операционным блоком, выполняющим микрооперации, обеспечивающие прием из других устройств (например, памяти) операндов, их преобразование и выдачу результатов преобразования в другие устройства. Арифметическо-логическое устройство управляется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие выполнение в АЛУ определенных микроопераций. Генерируемая управляющим блоком последовательность сигналов определяется кодом операции команды и оповещающими сигналами. 1.7 Принципы построения устройств памяти 1.7.1 Общие сведения, определения и классификация Памятью ЭВМ называется совокупность устройств, служащих для запоминания, хранения и выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называют запоминающими устройствами или памятями того или иного типа.Оба эти термина в настоящее время стали почти синонимами. Однако термин “запоминающее устройство” (ЗУ) обычно употребляют, когда речь идет о принципе построения некоторого устройства памяти (например, полупроводниковые ЗУ, ЗУ на магнитных дисках и т.д.), а термин “память”—когда хотят подчеркнуть выполняемую устройством памяти логическую функцию или место расположения в составе оборудования ЭВМ (например, оперативная память, внешняя память и т.д.).Производительность и вычислительные возможности ЭВМ в значительной степени определяются составом и характеристиками ее ЗУ. В составе ЭВМ используется одновременно несколько типов ЗУ (несколько типов памятей), отличающихся принципом действия, характеристиками и назначением.Основными операциями в памяти в общем случае являются занесение информации в память — запись и выборка информации из памяти — считывание. Обе эти операции называются обращением к памяти, или, подробнее, обращением при считывании и обращением при записи.При обращении к памяти производится считывание или запись некоторой единицы данных — различной для устройств разного типа. Такой единицей может быть, например, байт, машинное слово или блок данных.Важнейшими характеристиками отдельных устройств памяти (запоминающих устройств) являются емкость памяти и быстродействие.^ Емкость памяти определяется максимальным количеством данных, которые могут в ней храниться. Емкость измеряется в двоичных единицах (битах), машинных словах, но большей частью в байтах (1 байт=8 бит), при этом часто емкость памяти выражают через число К= 1024: Кбит (килобит), Кслов (кило-слов) или Кбайт (килобайт), при этом 1024 Кбайт обозначают как 1 Мбайт (мегабайт).^ Быстродействие памяти определяется продолжительностью операции обращения, т. е. временем, затрачиваемым на поиск нужной единицы информации в памяти и на ее считывание (время обращения при считывании), или временем на поиск места в памяти, предназначаемого для хранения данной единицы информации, и на ее запись в память (время обращения при записи).В некоторых устройствах памяти считывание информации сопровождается ее разрушением (стиранием). В таком случае цикл обращения должен содержать операцию восстановления (регенерации) считанной информации на прежнем месте в памяти.В зависимости от реализуемых в памяти операций обращения различают:а) память с произвольным обращением (возможны считывание и запись данных в память) - RAM; б) память только для считывания информации (“постоянная” или “односторонняя”) - ROM. Запись информации в постоянную память производится в процессе ее изготовления или настройки.По способу организации доступа различают устройства памяти:с непосредственным (произвольным) доступом; с прямым (циклическим) доступом; с последовательным доступом. В памяти с непосредственным (произвольным) доступом время доступа, а поэтому и цикл обращения не зависят от места расположения участка памяти, с которого производится считывание или в который записывается информация. В большинстве случаев непосредственный доступ реализуется при помощи электронных (полупроводниковых) ЗУ. Число разрядов, считываемых или записываемых в памяти с непосредственным доступом параллельно во времени за одну операцию обращения, называется шириной выборки.В двух других типах памяти используются более медленные электромеханические процессы. В устройствах памяти с прямым доступом, к которым относятся дисковые устройства, благодаря непрерывному вращению носителя информации возможность обращения к некоторому участку носителя для считывания или записи циклически повторяется.В памяти с последовательным доступом производится последовательный просмотр участков носителя информации, пока нужный участок носителя не займет некоторое исходное положение. Характерным примером является ЗУ на магнитных лентах. Время доступа может в неблагоприятных случаях расположения информации достигать нескольких минут.Запоминающие устройства различаются также по выполняемым в ЭВМ функциям, зависящим в частности, от места расположения ЗУ в структуре ЭВМ.Память ЭВМ организуется в виде иерархической структуры запоминающих устройств, обладающих различными быстродействием и емкостью. В общем случае ЭВМ содержит сверхоперативную память (СОП) или местную память, оперативную или основную память (ОП), память с прямым доступом на магнитных дисках, память с последовательным доступом на магнитных лентах. Порядок перечисления устройств соответствует убыванию их быстродействия и возрастанию емкости. Иерархическая структура памяти позволяет экономически эффективно сочетать хранение больших объемов информации с быстрым доступом к информации в процессе обработки.Оперативной или основной памятью (ОП) называют устройство, которое служит для хранения информации (данных программ, промежуточных и конечных результатов обработки), непосредственно используемой в процессе выполнения операций в арифметическо-логическом устройстве и устройстве управления процессора.В процессе обработки информации осуществляется тесное взаимодействие процессора и ОП. Из ОП в процессор поступают команды программы и операнды, над которыми производятся предусмотренные командой операции, а из процессора в ОП направляются для хранения промежуточные и конечные результаты обработки.Характеристики ОП непосредственно влияют на основные показатели ЭВМ и в первую очередь на скорость ее работы.В ряде случаев быстродействие ОП оказывается недостаточным, и в состав машины приходится включать быстродействующую СОП (буферную или кэш-память на несколько сотен или тысяч машинных слов). Такие СОП выполняются на быстродействующих интегральных микросхемах. Быстродействие СОП должно соответствовать скорости работы арифметическо-логических и управляющих устройств процессора. Сверхоперативная (буферная) память используется для промежуточного хранения считываемых процессором из ОП участков программы и групп данных, в качестве рабочих ячеек программы, индексных регистров, для хранения служебной информации, используемой при управлении вычислительным процессом. Она выполняет роль согласующего звена между быстродействующими логическими устройствами процессора и более медленной ОП.Оперативная память вместе с СОП и некоторыми другими специализированными памятями процессора образуют внутреннюю память ЭВМ. Электромеханические (оптические) ЗУ образуют внешнюю память и называются внешними запоминающими устройствами. 1.7 Принципы построения устройств памяти 1.7.2 Логическая организация памяти и методы адресации информации К основным способам логической организации памяти относятся адресная, ассоциативная и стековая организации.В случае адресной организации размещение и поиск информации в ЗМ основаны на использовании адреса хранения слова - номера ячейки ЗМ.Ассоциативная. Поиск производится не по адресу ячейки, а по ее содержимому (по ассоциативному признаку). Поиск при этом производится параллельно во всех ячейках ЗМ. Менее универсальная(гибкая) организация, но за счет совмещения операций выборки из памяти с логическими операциями можно ускорить обработку данных (например в базах данных).Стековая. Как и ассоциативная - безадресная стековая память - одномерный массив ячеек. Запись/выборка производится по дисциплине “последний пришел - первым обслужен” (LIFO).Основная оперативная память вычислительной машины обычно является адресной. Это значит, что каждой хранимой в памяти единице информации (слову, байту) ставится в соответствие специальное число - адрес, определяющий место ее хранения в памяти.Как указывалось в разделе 1.5, сведения об адресе или его составных частях содержатся в команде в виде адресного кода. Следует, однако, различать адресный код в команде Aк и исполнительный адрес Aи - номер ячейки памяти, к которой производится фактическое обращение. В современных ЭВМ стремление к уменьшению длины кода команды и созданию удобств при программировании приводит к тому, что адресный код, как правило, не совпадает с исполнительным адресом. Далее рассмотрим основные методы адресации, используемые в современных ЭВМ.Подразумеваемый операнд. В команде не содержится явных указаний об адресе операнда; операнд подразумевается и фактически задается кодом операции команды. Данный метод используется не часто, однако имеется несколько важных случаев его применения. В качестве примера можно привести команды подсчета, в которых к некоторому числу (содержимому счетчика) прибавляется фиксированное приращение, часто единица младшего разряда. Один из операндов — число в счетчике — обычно адресуется явным методом, второй операнд — приращение — не адресуется, в памяти машины не содержится и является подразумеваемым.Подразумеваемый адрес. В команде не содержится явных указаний об адресе участвующего в операции операнда или адреса, по которому помещается результат операции, но этот адрес подразумевается. Например, команда может содержать адреса обоих операндов, участвующих в операции, при этом подразумевается, что результат операции помещается по адресу одного из операндов.Непосредственная адресация. В команде содержится не адрес операнда, а непосредственно сам операнд. При непосредственной адресации не требуется обращения к памяти для выборки операнда и ячейки памяти для его хранения. Это позволяет во многих случаях повысить быстродействие машины и уменьшить объем памяти, необходимый для данной задачи.Прямая адресация. Исполнительный адрес совпадает с адресной частью команды. Этот метод адресации был общепринятым в первых вычислительных машинах и продолжает применяться в настоящее время в комбинации с другими методами.Относительная адресация или базирование. Исполнительный адрес определяется суммой адресного кода команды Ак и некоторого числа Aб, называемого базовым адресом:Аи = Аб + АкДля хранения базовых адресов в машине могут быть предусмотрены регистры или спе