МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Архітектура електронно-обчислювальних машин
Виконав студент: Карсканов Д.Г.
Адреса: Воронезька обл., Г.Бутурліновка,
вул. Фадєєва 20.
Група: Ісз054 (у)
Курс: 2 Шифр: 1051284
Перевірив викладач: Мінакова О.В.
Воронеж, 2006
Зміст
Введення
1. Види КЕШ-пам'яті, її призначення. Сучасні і перспективні види оперативної пам'яті.
2. Організація і види переривань.
3. Сканери.
Висновок.
Література
Введення
Електронно-обчислювальні машини (ЕОМ), або, як їх тепер частіше називають, комп'ютери, - одне з найдивовижніших створінь людини. У вузькому сенсі ЕОМ - це пристосування, виконують різного роду обчислення або полегшують цей процес. Найпростіші пристрої, службовці подібним цілям, з'явилися в глибокій старовині, кілька тисячоліть тому. У міру розвитку людської цивілізації вони повільно еволюціонували, безперервно вдосконалюючись. Однак тільки в 40-і роки нашого століття було покладено початок створенню комп'ютерів сучасної архітектури і з сучасною логікою. Саме ці роки можна по праву вважати часом народження сучасних (природно, електронних) обчислювальних машин.
Персональний комп'ютер (ПК) - це не один електронний апарат, а невеликий комплекс взаємозалежних пристроїв, кожне з яких виконує певні функції. Часто вживається термін "конфігурація ПК" означає, що конкретний комп'ютер може працювати з різним набором зовнішніх (або периферійних) пристроїв, наприклад, з принтером, модемом, сканером і т.д.
Ефективність використання ПК у великій мірі визначається кількістю і типами зовнішніх пристроїв, які можуть застосовуватися у його складі. Зовнішні пристрої забезпечують взаємодію користувача з ПК. Широка номенклатура зовнішніх пристроїв, різноманітність їх техніко-експлуатаційних та економічних характеристик дають можливість користувачеві вибрати такі конфігурації ПК, які в найбільший мірі відповідають його потребам і забезпечують раціональне рішення його завдання.
Конструктивно кожна модель ПК має так званий "базовий набір" зовнішніх пристроїв, тобто такий набір компонентів, подальші зменшення якого приведе до недоцільності використання комп'ютера для конкретної роботи або навіть повної безглуздості роботи з ним. Цей набір можна побачити практично скрізь, де використовують комп'ютер, в нього входять:
- Системний блок (плюс дисковод або вінчестер, вмонтований у корпус);
- Монітор;
- Клавіатура.
Все вищезазначене складає "базову конфігурацію" даної моделі. Розрізняють також поняття "обов'язкової конфігурації" ПК, яка означає необхідний набір компонентів для роботи з конкретним програмним продуктом.
1. Види КЕШ-пам'яті, її призначення. Сучасні і перспективні види оперативної пам'яті
Кеш (англ. cache), або сверхоперативная пам'ять - дуже швидкий ЗП невеликого обсягу, що використовується при обміні даними між мікропроцесором і оперативною пам'яттю для компенсації різниці у швидкості обробки інформації процесором і трохи меншою швидкодіючою оперативною пам'яттю. </ TBODY>
Кеш-пам'яттю управляє спеціальний пристрій - контролер який аналізує виконувану програму, намагається передбачити, які дані і команди найімовірніше знадобляться найближчим часом процесору, і підкачує їх у кеш-пам'ять. При цьому можливі як "попадання", так і "промахи". У випадку влучення, тобто, якщо в кеш підкачано потрібні дані, вилучення їх з пам'яті відбувається без затримки. Якщо ж необхідна інформація в кеші відсутній, то процесор зчитує її безпосередньо з оперативної пам'яті. Співвідношення числа влучень і промахів визначає ефективність кешування.
Кеш-пам'ять реалізується на мікросхемах статичної пам'яті SRAM (Static RAM), більш швидкодіючих, дорогих і малоємкі, ніж DRAM.
Сучасні мікропроцесори мають вбудовану кеш-пам'ять, так званий кеш першого рівня розміром 8-16 Кбайт. Крім того, на системній платі комп'ютера може бути встановлений кеш другого рівня ємністю від 64 Кбайт до 256 Кбайт і вище.
Реєстрова кеш-пам'ять. Реєстрова КЕШ-пам'ять - високошвидкісна пам'ять порівняно великий ємності, що є буфером між ВП та МП і дозволяє збільшити швидкість виконання операцій. Регістри КЕШ-пам'яті недоступні для користувача.
У КЕШ-пам'яті зберігаються дані, які МП отримав і буде використовувати в найближчі такти своєї роботи. За принципом запису результатів розрізняють два типи КЕШ-пам'яті:
КЕШ-пам'ять "з другого записом" - результати операцій перш, ніж їх записати у ВП, фіксуються в КЕШ-пам'яті, а потім контролер КЕШ-пам'яті самостійно перезаписує ці дані в ОП;
КЕШ-пам'ять "з наскрізним записом" - результати операцій одночасно, паралельно записуються і в КЕШ-пам'ять, і в ОП.
Мікропроцесори починаючи від МП 80486 мають свою вбудовану КЕШ-пам'ять (Або КЕШ-пам'ять 1-го рівня). Мікропроцесори Pentium мають КЕШ-пам'ять окремо для даних і окремо для команд.
Для всіх МП може використовуватися додаткова КЕШ-пам'ять (Кеш-пам'ять 2-го рівня), що розміщується на материнській платі поза МП, ємність якої може досягати кількох мегабайтів.
Оперативна пам'ять може будуватися на мікросхемах динамічного (Dinamic Random Access Memory - DRAM) або статичного (Static Random Access Memory - SRAM) типу. Статичний тип пам'яті має істотно більш високою швидкодією, але значно дорожче динамічного. Для реєстрової пам'яті (МПП і Кеш-пам'ять) використовуються SRAM, а ОЗУ основної пам'яті будується на базі DRAM-мікросхем.
При кожному зверненні до Кешована пам'яті контролер кеш-пам'яті з каталогу перевіряє, чи є дійсна копія затребуваних даних в кеші. Якщо вона там є, то це випадок кеш-попадання і звернення за даними відбувається тільки до кеш-пам'яті. Якщо дійсної копії там немає, то це випадок кеш-промаху і дані беруться з основної пам'яті. Відповідно до алгоритму кешування блок даних, лічений з основної пам'яті при певних умовах, замістить один з блоків кешу.
У сучасних комп'ютерах кеш зазвичай будується за дворівневою схемою. Первинний кеш (L1) вбудований у всі процесори класу 486 і старше. Його обсяг 8-32 Кбайт. Він працює на внутрішній тактовій частоті процесора. Вторинний кеш (L2) зазвичай встановлюється на системній платі. У Pentium синхронний кеш L2 розташований в одному корпусі з процесором і працює на його внутрішній частоті.
Кеш-контролер повинен забезпечувати когерентність - Узгодженість даних кеш-пам'яті обох рівнів з даними в основній пам'яті.
Контролер кеша оперує рядками фіксованої довжини. Рядок може зберігати копію блоку основної пам'яті, розмір якого збігається з довжиною рядка. З кожним рядком кеша пов'язана інформація про адресу скопійованого в неї блоку основної пам'яті, і ознаки її стану. Рядок може бути дійсною, - це означає, що в поточний момент часу вона достовірно відображає відповідний блок основної пам'яті, або недійсною.
Можливий варіант секторірованного кешу, при якому один рядок містить кілька суміжних клітинок - секторів, розмір яких відповідає мінімальній порції обміну даних кеша з основною пам'яттю. При цьому в записі каталогу, відповідної кожному рядку, повинні зберігатися біти дійсності для кожного сектора цього рядка. Секторірованіе дозволяє економити пам'ять, необхідну для зберігання каталогу при збільшенні обсягу кешу Запис блоку, що не має копії в кеші, проводиться тільки в основну пам'ять.
Існує два основних алгоритму запису даних з кеша в основну пам'ять: наскрізна запис WT (Write Through) і зворотний запис WB (Write Back).
Алгоритм WT передбачає виконання кожної операції запису (навіть однобайтное), що потрапляє в кешированний блок, одночасно і в рядок кеша і в основну пам'ять. При цьому процесору при кожній операції запису доведеться чекати закінчення відносно тривалою запису в основну пам'ять.
Алгоритм WB дозволяє зменшити кількість операцій запису на шині основної пам'яті. Якщо блок пам'яті, до якого має проводитися запис, відображений і в кеші, то фізична запис спочатку буде проведено в цю дійсну рядок кеша, і вона буде відзначена як брудна, або модифікована, тобто вимагає вивантаження в основну пам'ять. Тільки після цієї вивантаження рядок стане чистою, і її можна буде використовувати для кешування інших блоків без втрати цілісності даних. В основну пам'ять дані переписуються тільки цілої рядком або безпосередньо перед її заміщенням у кеші новими даними.
У залежності від способу визначення взаємної відповідності рядка кеша і області основної пам'яті розрізняють три архітектури кеш-пам'яті:
· Кеш прямого відображення;
· Повністю асоціативний кеш;
· Частково або наборно-асоціативний кеш.
Кеш прямого відображення. У кеш-пам'яті прямого відображення адресу пам'яті, по якому відбувається звернення, однозначно визначає рядок, в якій може перебувати відображення необхідного блоку.
Кешувальний основна пам'ять умовно розбивається на сторінки, розмір яких збігається з розміром кеш-пам'яті. Кеш-пам'ять ділиться на рядки. Архітектура прямого відображення на увазі, що кожен рядок кеша може відображати з будь-якої сторінки Кешована пам'яті тільки відповідною їй рядок.
Набірний-асоціативний кеш. Набірний-асоціативна архітектура кеша дозволяє кожному блоку Кешована пам'яті претендувати на одну з кількох рядків кеша, об'єднаних у набір.
Асоціативний кеш. На відміну від попередніх, у повністю асоціативного кеша будь-яка його рядок може відображати будь-який блок пам'яті, що істотно підвищує ефективність використання його обмеженого обсягу. При цьому всі біти адреси кешованого блоку за вирахуванням біт, що визначають положення (зміщення) даних в рядку, зберігаються в пам'яті тегів. У такій архітектурі для визначення наявності затребуваних даних у кеш-пам'яті потрібно порівняння зі старшою частиною адреси тегів всіх рядків, а ні однієї або декількох, як при прямому.
Різке підвищення швидкодії процесорів і перехід на 32-розрядні багатозадачні операційні системи істотно порушують вимоги і до інших компонентів комп'ютера. Найважливішим із них є оперативна пам'ять. Зростання зовнішніх тактових частот процесорів з 33-40 МГц, характерних для сімейства 486 (486DX2-66/80 і 486DX4-100/120), до 50-66 МГц для Pentium (Pentium 75/90/100/120/133), вимагає перш за все адекватного збільшення швидкодії підсистеми пам'яті. Оскільки в якості оперативної використовується відносно повільна динамічна пам'ять Dram (Dynamic Random Access Memory), головний спосіб збільшення пропускної здатності заснований на застосуванні кеш-пам'яті. Крім вбудованої в процесор кеш-пам'яті першого рівня застосовується і кеш-пам'ять другого рівня (зовнішня), побудована на більш швидкодіючих, ніж Dram, мікросхемах статичної пам'яті SRAM (Static Ram). Для високих тактових частот потрібно збільшувати швидкодію SRAM. Крім того, в багатозадачному режимі ефективність роботи кеш-пам'яті також може знижуватися. Тому актуальною стає завдання не тільки збільшення швидкодії кеш-пам'яті, але й прискорення безпосереднього доступу до динамічної пам'яті. Для вирішення цих проблем починають використовуватися нові типи статичної та динамічної памяті.Требованія до обсягів пам'яті диктуються програмним забезпеченням. При використанні Windows оцінити необхідну кількість пам'яті можна на основі тестів Winstone, що використовують найбільш популярні додатки Windows.
Статична пам'ять
Як кеш-пам'яті другого рівня практично завжди застосовувалася (і до цих пір продовжує широко застосовуватися) стандартна асинхронна пам'ять SRAM. При зовнішніх тактових частотах порядку 33 Мгц хороші результати давала статична пам'ять з часом відгуку 15-20 нс. Для ефективної роботи на частотах вище 50 МГц такого швидкодії вже недостатньо. Пряме зменшення часу вибірки до потрібних величин (12-8 нс) обходиться дорого, тому що вимагає найчастіше застосування дорогої технології Bi-CMOS замість CMOS, що неприйнятно для масового ринку. Тому пропоноване рішення полягає в застосуванні нових типів пам'яті з удосконаленою архітектурою, які спочатку були розроблені для потужних робочих станцій. Найбільш перспективна синхронна SRAM. На відміну від звичайної асинхронної, вона може використовувати ті ж тактові сигнали, що й інша система, тому і називається синхронної. Вона забезпечена додатковими регістрами для зберігання інформації, що звільняє інші елементи для підготовки до наступного циклу ще до того, як завершився попередній. Швидкодія пам'яті при цьому збільшується приблизно на 20%. Ефективну роботу на самих високих частотах може забезпечити особливий різновид синхронної SRAM з конвеєрною організацією (pipelined burst). При її застосуванні зменшується число циклів, потрібних для звернення до пам'яті в груповому режимі.
Динамічна пам'ять
Так само, як і для статичної пам'яті, пряме скорочення часу вибірки для динамічної пам'яті досить важко технічно здійснено і призводить до різкого зростання вартості. Тому орієнтація в нових системах йде на мікросхеми з часом відгуку 60-70 нс. Стандартні мікросхеми Dram мають сторінкову організацію пам'яті Fast Page Mode (FPM), яка дозволяє значно прискорити доступ до послідовно розташованим (в межах сторінки) даними в порівнянні з випадком довільної вибірки. Оскільки звернення до послідовно розташованим даними в реальних задачах зустрічаються дуже часто, застосування FPM Dram помітно підвищує продуктивність. FPM Dram з часом відгуку 60-70 нс забезпечує необхідні характеристики для тактових частот 33-40 МГц. При підвищенні тактової частоти забезпечити надійне та швидке зчитування даних в сторінковому режимі вже не вдається. Цю проблему в значній мірі вирішує застосування пам'яті нового типу - EDO Dram (Extended Data Output Dram). Від звичайної пам'яті з сторінкової організацією вона відрізняється наявністю додаткових регістрів для зберігання вихідних даних. Збільшується час, протягом якого дані зберігаються на виході мікросхеми, що робить вихідну інформацію доступною для надійного зчитування процесором навіть при високих тактових частотах (фактично час між зверненнями в сторінковому режимі можна зменшити до 30 нс в порівнянні з 45 нс для FPM).
Радикальний, але не загальновизнаний підхід до підвищення швидкодії динамічної пам'яті полягає у вбудовуванні в мікросхеми Dram власної кеш-пам'яті. Це Cached Dram (CDRAM) і Enhanced Dram (EDRAM). Пам'ять CDRAM випускається фірмою Mitsubishi і має 16 KB кеш-пам'яті як на 4, так і на 16 Mbit кристалі, обмін між динамічної і вбудованою кеш-пам'яттю здійснюється словами шириною 128 розрядів.
Взагалі кажучи, застосування нових типів динамічної пам'яті дозволяє отримувати високу продуктивність навіть і без застосування кеш-пам'яті другого рівня (якщо кеш-пам'ять першого рівня типу write back), особливо у випадку CDRAM і Enhanced Dram, які саме так і використовуються. Однак переважна більшість систем для досягнення максимальної продуктивності будується все-таки з використанням кеш-пам'яті другого рівня. Для них найбільше підходить пам'ять типу EDO Dram. До того ж вона стала вже промисловим стандартом, і її частка буде переважати в мікросхемах пам'яті ємністю 16 Mbit і більше. Фактично ця пам'ять приходить на зміну стандартної FPM Dram і її можна застосовувати в будь-яких системах замість стандартної.
ВОРОНЕЖСКИЙ ІНСТИТУТ ВИСОКИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Факультет заочного та післявузівської навчанняКонтрольна робота № 1
з дисципліни «Архітектура ЕОМ»Архітектура електронно-обчислювальних машин
Виконав студент: Карсканов Д.Г.
Адреса: Воронезька обл., Г.Бутурліновка,
вул. Фадєєва 20.
Група: Ісз054 (у)
Курс: 2 Шифр: 1051284
Перевірив викладач: Мінакова О.В.
Воронеж, 2006
Зміст
Введення
1. Види КЕШ-пам'яті, її призначення. Сучасні і перспективні види оперативної пам'яті.
2. Організація і види переривань.
3. Сканери.
Висновок.
Література
Введення
Електронно-обчислювальні машини (ЕОМ), або, як їх тепер частіше називають, комп'ютери, - одне з найдивовижніших створінь людини. У вузькому сенсі ЕОМ - це пристосування, виконують різного роду обчислення або полегшують цей процес. Найпростіші пристрої, службовці подібним цілям, з'явилися в глибокій старовині, кілька тисячоліть тому. У міру розвитку людської цивілізації вони повільно еволюціонували, безперервно вдосконалюючись. Однак тільки в 40-і роки нашого століття було покладено початок створенню комп'ютерів сучасної архітектури і з сучасною логікою. Саме ці роки можна по праву вважати часом народження сучасних (природно, електронних) обчислювальних машин.
Персональний комп'ютер (ПК) - це не один електронний апарат, а невеликий комплекс взаємозалежних пристроїв, кожне з яких виконує певні функції. Часто вживається термін "конфігурація ПК" означає, що конкретний комп'ютер може працювати з різним набором зовнішніх (або периферійних) пристроїв, наприклад, з принтером, модемом, сканером і т.д.
Ефективність використання ПК у великій мірі визначається кількістю і типами зовнішніх пристроїв, які можуть застосовуватися у його складі. Зовнішні пристрої забезпечують взаємодію користувача з ПК. Широка номенклатура зовнішніх пристроїв, різноманітність їх техніко-експлуатаційних та економічних характеристик дають можливість користувачеві вибрати такі конфігурації ПК, які в найбільший мірі відповідають його потребам і забезпечують раціональне рішення його завдання.
Конструктивно кожна модель ПК має так званий "базовий набір" зовнішніх пристроїв, тобто такий набір компонентів, подальші зменшення якого приведе до недоцільності використання комп'ютера для конкретної роботи або навіть повної безглуздості роботи з ним. Цей набір можна побачити практично скрізь, де використовують комп'ютер, в нього входять:
- Системний блок (плюс дисковод або вінчестер, вмонтований у корпус);
- Монітор;
- Клавіатура.
Все вищезазначене складає "базову конфігурацію" даної моделі. Розрізняють також поняття "обов'язкової конфігурації" ПК, яка означає необхідний набір компонентів для роботи з конкретним програмним продуктом.
1. Види КЕШ-пам'яті, її призначення. Сучасні і перспективні види оперативної пам'яті
Кеш (англ. cache), або сверхоперативная пам'ять - дуже швидкий ЗП невеликого обсягу, що використовується при обміні даними між мікропроцесором і оперативною пам'яттю для компенсації різниці у швидкості обробки інформації процесором і трохи меншою швидкодіючою оперативною пам'яттю. </ TBODY>
Кеш-пам'яттю управляє спеціальний пристрій - контролер який аналізує виконувану програму, намагається передбачити, які дані і команди найімовірніше знадобляться найближчим часом процесору, і підкачує їх у кеш-пам'ять. При цьому можливі як "попадання", так і "промахи". У випадку влучення, тобто, якщо в кеш підкачано потрібні дані, вилучення їх з пам'яті відбувається без затримки. Якщо ж необхідна інформація в кеші відсутній, то процесор зчитує її безпосередньо з оперативної пам'яті. Співвідношення числа влучень і промахів визначає ефективність кешування.
Кеш-пам'ять реалізується на мікросхемах статичної пам'яті SRAM (Static RAM), більш швидкодіючих, дорогих і малоємкі, ніж DRAM.
Сучасні мікропроцесори мають вбудовану кеш-пам'ять, так званий кеш першого рівня розміром 8-16 Кбайт. Крім того, на системній платі комп'ютера може бути встановлений кеш другого рівня ємністю від 64 Кбайт до 256 Кбайт і вище.
Реєстрова кеш-пам'ять. Реєстрова КЕШ-пам'ять - високошвидкісна пам'ять порівняно великий ємності, що є буфером між ВП та МП і дозволяє збільшити швидкість виконання операцій. Регістри КЕШ-пам'яті недоступні для користувача.
У КЕШ-пам'яті зберігаються дані, які МП отримав і буде використовувати в найближчі такти своєї роботи. За принципом запису результатів розрізняють два типи КЕШ-пам'яті:
КЕШ-пам'ять "з другого записом" - результати операцій перш, ніж їх записати у ВП, фіксуються в КЕШ-пам'яті, а потім контролер КЕШ-пам'яті самостійно перезаписує ці дані в ОП;
КЕШ-пам'ять "з наскрізним записом" - результати операцій одночасно, паралельно записуються і в КЕШ-пам'ять, і в ОП.
Мікропроцесори починаючи від МП 80486 мають свою вбудовану КЕШ-пам'ять (Або КЕШ-пам'ять 1-го рівня). Мікропроцесори Pentium мають КЕШ-пам'ять окремо для даних і окремо для команд.
Для всіх МП може використовуватися додаткова КЕШ-пам'ять (Кеш-пам'ять 2-го рівня), що розміщується на материнській платі поза МП, ємність якої може досягати кількох мегабайтів.
Оперативна пам'ять може будуватися на мікросхемах динамічного (Dinamic Random Access Memory - DRAM) або статичного (Static Random Access Memory - SRAM) типу. Статичний тип пам'яті має істотно більш високою швидкодією, але значно дорожче динамічного. Для реєстрової пам'яті (МПП і Кеш-пам'ять) використовуються SRAM, а ОЗУ основної пам'яті будується на базі DRAM-мікросхем.
Кешування оперативної пам'яті. Статична пам'ять, побудована на тригерних комірках, по своїй природі здатна наздоганяти сучасні процесори за швидкодією і уникати тактів очікування. Реалізація основної пам'яті на мікросхемах SRAM технічно і економічно не виправдана, оскільки щільність упаковки інформації у них істотно нижче, а питома вартість зберігання і енергоспоживання істотно вище, ніж у DRAM. Розумним компромісом для побудови систем є ієрархічний спосіб побудови ОП. Ідея цього способу полягає в поєднанні основної пам'яті великого обсягу на DRAM з відносно невеликою кеш-пам'яттю на швидкодіючих мікросхемах SRAM.
Кеш є додатковим і швидкодіючим сховищем копій блоків інформації основної пам'яті, до яких, ймовірно, найближчим часом буде звернення. Кеш не може зберігати копію всієї основної пам'яті.При кожному зверненні до Кешована пам'яті контролер кеш-пам'яті з каталогу перевіряє, чи є дійсна копія затребуваних даних в кеші. Якщо вона там є, то це випадок кеш-попадання і звернення за даними відбувається тільки до кеш-пам'яті. Якщо дійсної копії там немає, то це випадок кеш-промаху і дані беруться з основної пам'яті. Відповідно до алгоритму кешування блок даних, лічений з основної пам'яті при певних умовах, замістить один з блоків кешу.
У сучасних комп'ютерах кеш зазвичай будується за дворівневою схемою. Первинний кеш (L1) вбудований у всі процесори класу 486 і старше. Його обсяг 8-32 Кбайт. Він працює на внутрішній тактовій частоті процесора. Вторинний кеш (L2) зазвичай встановлюється на системній платі. У Pentium синхронний кеш L2 розташований в одному корпусі з процесором і працює на його внутрішній частоті.
Кеш-контролер повинен забезпечувати когерентність - Узгодженість даних кеш-пам'яті обох рівнів з даними в основній пам'яті.
Контролер кеша оперує рядками фіксованої довжини. Рядок може зберігати копію блоку основної пам'яті, розмір якого збігається з довжиною рядка. З кожним рядком кеша пов'язана інформація про адресу скопійованого в неї блоку основної пам'яті, і ознаки її стану. Рядок може бути дійсною, - це означає, що в поточний момент часу вона достовірно відображає відповідний блок основної пам'яті, або недійсною.
Можливий варіант секторірованного кешу, при якому один рядок містить кілька суміжних клітинок - секторів, розмір яких відповідає мінімальній порції обміну даних кеша з основною пам'яттю. При цьому в записі каталогу, відповідної кожному рядку, повинні зберігатися біти дійсності для кожного сектора цього рядка. Секторірованіе дозволяє економити пам'ять, необхідну для зберігання каталогу при збільшенні обсягу кешу Запис блоку, що не має копії в кеші, проводиться тільки в основну пам'ять.
Існує два основних алгоритму запису даних з кеша в основну пам'ять: наскрізна запис WT (Write Through) і зворотний запис WB (Write Back).
Алгоритм WT передбачає виконання кожної операції запису (навіть однобайтное), що потрапляє в кешированний блок, одночасно і в рядок кеша і в основну пам'ять. При цьому процесору при кожній операції запису доведеться чекати закінчення відносно тривалою запису в основну пам'ять.
Алгоритм WB дозволяє зменшити кількість операцій запису на шині основної пам'яті. Якщо блок пам'яті, до якого має проводитися запис, відображений і в кеші, то фізична запис спочатку буде проведено в цю дійсну рядок кеша, і вона буде відзначена як брудна, або модифікована, тобто вимагає вивантаження в основну пам'ять. Тільки після цієї вивантаження рядок стане чистою, і її можна буде використовувати для кешування інших блоків без втрати цілісності даних. В основну пам'ять дані переписуються тільки цілої рядком або безпосередньо перед її заміщенням у кеші новими даними.
У залежності від способу визначення взаємної відповідності рядка кеша і області основної пам'яті розрізняють три архітектури кеш-пам'яті:
· Кеш прямого відображення;
· Повністю асоціативний кеш;
· Частково або наборно-асоціативний кеш.
Кеш прямого відображення. У кеш-пам'яті прямого відображення адресу пам'яті, по якому відбувається звернення, однозначно визначає рядок, в якій може перебувати відображення необхідного блоку.
Кешувальний основна пам'ять умовно розбивається на сторінки, розмір яких збігається з розміром кеш-пам'яті. Кеш-пам'ять ділиться на рядки. Архітектура прямого відображення на увазі, що кожен рядок кеша може відображати з будь-якої сторінки Кешована пам'яті тільки відповідною їй рядок.
Набірний-асоціативний кеш. Набірний-асоціативна архітектура кеша дозволяє кожному блоку Кешована пам'яті претендувати на одну з кількох рядків кеша, об'єднаних у набір.
Асоціативний кеш. На відміну від попередніх, у повністю асоціативного кеша будь-яка його рядок може відображати будь-який блок пам'яті, що істотно підвищує ефективність використання його обмеженого обсягу. При цьому всі біти адреси кешованого блоку за вирахуванням біт, що визначають положення (зміщення) даних в рядку, зберігаються в пам'яті тегів. У такій архітектурі для визначення наявності затребуваних даних у кеш-пам'яті потрібно порівняння зі старшою частиною адреси тегів всіх рядків, а ні однієї або декількох, як при прямому.
Різке підвищення швидкодії процесорів і перехід на 32-розрядні багатозадачні операційні системи істотно порушують вимоги і до інших компонентів комп'ютера. Найважливішим із них є оперативна пам'ять. Зростання зовнішніх тактових частот процесорів з 33-40 МГц, характерних для сімейства 486 (486DX2-66/80 і 486DX4-100/120), до 50-66 МГц для Pentium (Pentium 75/90/100/120/133), вимагає перш за все адекватного збільшення швидкодії підсистеми пам'яті. Оскільки в якості оперативної використовується відносно повільна динамічна пам'ять Dram (Dynamic Random Access Memory), головний спосіб збільшення пропускної здатності заснований на застосуванні кеш-пам'яті. Крім вбудованої в процесор кеш-пам'яті першого рівня застосовується і кеш-пам'ять другого рівня (зовнішня), побудована на більш швидкодіючих, ніж Dram, мікросхемах статичної пам'яті SRAM (Static Ram). Для високих тактових частот потрібно збільшувати швидкодію SRAM. Крім того, в багатозадачному режимі ефективність роботи кеш-пам'яті також може знижуватися. Тому актуальною стає завдання не тільки збільшення швидкодії кеш-пам'яті, але й прискорення безпосереднього доступу до динамічної пам'яті. Для вирішення цих проблем починають використовуватися нові типи статичної та динамічної памяті.Требованія до обсягів пам'яті диктуються програмним забезпеченням. При використанні Windows оцінити необхідну кількість пам'яті можна на основі тестів Winstone, що використовують найбільш популярні додатки Windows.
Статична пам'ять
Як кеш-пам'яті другого рівня практично завжди застосовувалася (і до цих пір продовжує широко застосовуватися) стандартна асинхронна пам'ять SRAM. При зовнішніх тактових частотах порядку 33 Мгц хороші результати давала статична пам'ять з часом відгуку 15-20 нс. Для ефективної роботи на частотах вище 50 МГц такого швидкодії вже недостатньо. Пряме зменшення часу вибірки до потрібних величин (12-8 нс) обходиться дорого, тому що вимагає найчастіше застосування дорогої технології Bi-CMOS замість CMOS, що неприйнятно для масового ринку. Тому пропоноване рішення полягає в застосуванні нових типів пам'яті з удосконаленою архітектурою, які спочатку були розроблені для потужних робочих станцій. Найбільш перспективна синхронна SRAM. На відміну від звичайної асинхронної, вона може використовувати ті ж тактові сигнали, що й інша система, тому і називається синхронної. Вона забезпечена додатковими регістрами для зберігання інформації, що звільняє інші елементи для підготовки до наступного циклу ще до того, як завершився попередній. Швидкодія пам'яті при цьому збільшується приблизно на 20%. Ефективну роботу на самих високих частотах може забезпечити особливий різновид синхронної SRAM з конвеєрною організацією (pipelined burst). При її застосуванні зменшується число циклів, потрібних для звернення до пам'яті в груповому режимі.
Динамічна пам'ять
Так само, як і для статичної пам'яті, пряме скорочення часу вибірки для динамічної пам'яті досить важко технічно здійснено і призводить до різкого зростання вартості. Тому орієнтація в нових системах йде на мікросхеми з часом відгуку 60-70 нс. Стандартні мікросхеми Dram мають сторінкову організацію пам'яті Fast Page Mode (FPM), яка дозволяє значно прискорити доступ до послідовно розташованим (в межах сторінки) даними в порівнянні з випадком довільної вибірки. Оскільки звернення до послідовно розташованим даними в реальних задачах зустрічаються дуже часто, застосування FPM Dram помітно підвищує продуктивність. FPM Dram з часом відгуку 60-70 нс забезпечує необхідні характеристики для тактових частот 33-40 МГц. При підвищенні тактової частоти забезпечити надійне та швидке зчитування даних в сторінковому режимі вже не вдається. Цю проблему в значній мірі вирішує застосування пам'яті нового типу - EDO Dram (Extended Data Output Dram). Від звичайної пам'яті з сторінкової організацією вона відрізняється наявністю додаткових регістрів для зберігання вихідних даних. Збільшується час, протягом якого дані зберігаються на виході мікросхеми, що робить вихідну інформацію доступною для надійного зчитування процесором навіть при високих тактових частотах (фактично час між зверненнями в сторінковому режимі можна зменшити до 30 нс в порівнянні з 45 нс для FPM).
Радикальний, але не загальновизнаний підхід до підвищення швидкодії динамічної пам'яті полягає у вбудовуванні в мікросхеми Dram власної кеш-пам'яті. Це Cached Dram (CDRAM) і Enhanced Dram (EDRAM). Пам'ять CDRAM випускається фірмою Mitsubishi і має 16 KB кеш-пам'яті як на 4, так і на 16 Mbit кристалі, обмін між динамічної і вбудованою кеш-пам'яттю здійснюється словами шириною 128 розрядів.
Взагалі кажучи, застосування нових типів динамічної пам'яті дозволяє отримувати високу продуктивність навіть і без застосування кеш-пам'яті другого рівня (якщо кеш-пам'ять першого рівня типу write back), особливо у випадку CDRAM і Enhanced Dram, які саме так і використовуються. Однак переважна більшість систем для досягнення максимальної продуктивності будується все-таки з використанням кеш-пам'яті другого рівня. Для них найбільше підходить пам'ять типу EDO Dram. До того ж вона стала вже промисловим стандартом, і її частка буде переважати в мікросхемах пам'яті ємністю 16 Mbit і більше. Фактично ця пам'ять приходить на зміну стандартної FPM Dram і її можна застосовувати в будь-яких системах замість стандартної.
Конструктив
Незважаючи на те, що найбільш популярним конструктивом для динамічної пам'яті, як і раніше залишається SIMM (Single In-line Memory Module), починають застосовуватися й інші стандарти. Виникнення нових стандартів викликано необхідністю вирішення двох основних проблем. Перша пов'язана зі збільшенням щільності упаковки елементів пам'яті, особливо актуальною для робочих станцій, що використовують пам'ять дуже великого обсягу, і мобільних систем. Друга із забезпеченням сталої роботи при високих частотах, яка залежить від розмірів, ємності й індуктивності з'єднувача. Велику порівняно з SIMM щільність упаковки і, відповідно, обсяг пам'яті можуть забезпечити модулі типу DIMM (Dual In-line Memory Module), у яких, на відміну від SIMM, контакти на обох сторонах модуля не об'єднані, а можуть використовуватися незалежно.
Мікросхеми стандартної статичної пам'яті в основному випускаються в корпусах типу Dip і SOJ. Пам'ять типу pipelined burst або запаюється на системну плату одразу в процесі її виготовлення, або постачається у вигляді модулів.
2. Організація і види переривань
Пpepивaнія - цe гoтoвиe пpoцeдуpи, кoтopиe кoмпьютep визивaeт для випoлнeнія oпpeдeлeннoй зaдaчі.
Cущecтвуют aппapaтниe і пpoгpaммниe пpepивaнія. Aппapaтниe пpepивaнія ініцііpуютcя aппapaтуpoй, лібo c cіcтeмнoй плaти, лібo c кapти pacшіpeнія. Oни можуть бути викликані сигналом мікросхеми таймера, сигналом від принтера, натисканням клавіші на клавіатурі і безліччю інших причин. Aппapaтниe пpepивaнія не координуються c роботою програмного забезпечення. коли викликається переривання, то процесор залишає свою роботу, виконує переривання, а потім повертається на колишнє місце. Для того щоб мати можливість повернутися точно в потрібне місце програми, адреса цього місця (CS: IP) запам'ятовується на стеку, разом c регістром прапорів. Потім в CS: IP завантажується адреса програми обробки пpepивaнія і їй передається керування. Програми обробки переривань іноді називають драйверами переривань. Oни завжди завершуються інструкцією IRET (повернення з пpepивaнія), яка завершує процес, розпочатий перериванням, повертаючи старі значення CS: IP і регістра прапорів, тим самим даючи програмі можливість продовжити виконання з того ж стану.
C іншого боку, пpoгpaммниe пpepивaнія насправді нічого не переривають. Ha насправді етo звичайні пpoцeдуpи, кoтopиe викликаються Baшімі програмами для випoлнeнія рутинної роботи, такий як прийом натискання клавіші на клавіатурі або виведення на екран. проте ці підпрограми містяться не всередині Baшeй програми, а в oпepaціoннoй cіcтeмe і мexaнізм переривань дaeт Baм можливість oбpaтітьcя до них. Пpoгpaммниe пpepивaнія мoгут визивaтьcя друг з дpугa. Haпpімep, всі пpepивaнія обробки уведення c клавіатури DOS використовують пpepивaнія обробки уведення c клавіатури BIOS для отримання символу з буфера клавіатури. Апаратне пpepивaeніe мoжeт пoлучіть управління при виконанні програмного пpepивaнія. Пpи цьому НЕ вoзнікaeт кoнфліктoв, тaк як кaждaя пoдпpoгpaммa обробки пpepивaнія coxpaняeт значення вcex іcпoльзуeмиx eю peгіcтpoв і потім відновлює їх пpи виході, тим самим не залишаючи слідів того, що вона займала процесор.
Для упpaвлeнія aппapaтнимі пpepивaніямі вo вcex тіпax IBM PC іcпoльзуeтcя мікpocxeмa пpoгpaмміpуeмoгo кoнтpoллepa переривань Intel 8259. Пocкoльку в ккaждий мoмeнт вpeмeни мoжeт пocтупіть НЕ oдин зaпpoc, мікpocxeмa імeeт cxeму пpіopітeтoв. Імeeтcя 8 уpoвнeй пpіopітeтoв, кpoмe AT, у кoтopoгo иx 16, і oбpaщeнія до cooт вeтcтвующім уpoвням oбoзнaчaютcя coкpaщeніямі oт IRQ0 дo IRQ7 (oт IRQ0 дo IRQ15), щo oзнaчaeт зaпpoc на переривання. Maкcімaльний пpіopітeт cooтвeтcтвуeт уpoвню 0. Дoбaвoчниe 8 уpoвнeй для AT oбpaбaтивaютcя втopoй мікpocxeмoй 8259; етoт втopoй нaбop уpoвнeй імeeт пpіopітeт мeжду IRQ2 і IRQ3. Зaпpocи на переривання 0-7 cooтвeтcтвуют вeктopaм переривань oт 8H дo 0FH; для AT зaпpocи на пpepивaнія 8-15 oбcлужівaютcя вeктopaмі oт 70H дo 77H. Hіжe пpівeдeни нaзнaчeнія етіx пpepивaній:
Aппapaтниe пpepивaнія в пopядкe пpіopітeтa.
IRQ 0тaймep
1клaвіaтуpa
2кaнaл ввoдa / вивoдa
8 чacи peaльнoгo повідомлень (тoлькo AT)
9 пpoгpaммнo пepeвoдятcя в IRQ2 (тoлькo AT) 10 peзepв
11 резерв
12peзepв
13мaт. coпpoцeccop (тoлькo AT)
14кoнтpoллep фікcіpoвaннoгo діcкa (тoлькo AT)
15peзepв
3COM1 (COM2 для AT)
4COM2 (мoдeм для PCjr, COM1 для AT)
5фікcіpoвaнний диск (LPT2 для AT)
6кoнтpoллep діcкeт
7LPT1
Пpepивaнію вpeмeни cутoк дaн мaкcімaльний пpіopітeт, пocкoльку ecлі oнo будeт пocтoяннo тepятьcя, тo будуть нeвepнимі пoкaзaнія cіcтeмниx чacoв. Пpepивaніe oт клaвіaтуpи визивaeтcя пpи нaжaтіі або oтпуcкaніі клaвіші; oнo визивaeт цeпь coбитій, кoтopaя oбичнo зaкaнчівaeтcя тeм, чтo кoд клaвіші пoмeщaeтcя в буфep клaвіaтуpи (oткудa oн зaтeм мoжeт бути пoлучeн пpoгpaммнимі пpepивaніямі).
Mікpocxeмa 8259 імeeт тpи oднoбaйтниx peгіcтpa, кoтopиe упpaвляют вoceмью лініями aппapaтниx пpepивaній. Peгіcтp зaпpoca нa пpepивaніe (IRR) уcтaнaвлівaeт cooтвeтcтвующій біт, кoгдa лінія пpepивaнія cігнaлізіpуeт o зaпpoce. Зaтeм мікpocxeмa aвтoмaтічecкі пpoвepяeт нe oбpaбaтивaeтcя чи дpугoe пpepивaніe. Пpи цьому oнa зaпpaшівaeт інфopмaцію peгіcтpa oбcлужівaнія (ISR). Дoпoлнітeль нaя цeпь oтвeчaeт зa cxeму пpіopітeтoв. Haкoнeц, пepeд визoвoм пpepивaнія, пpoвepяeтcя peгіcтp мacкі пpepивaній (IMR), чтoби узнaть paзpeшeнo чи в Наявність такої мoмeнт пpepивaніe дaннoгo уpoвня. Kaк пpaвілo пpoгpaмміcти oбpaщaютcя тoлькo до peгіcтpу мacкі пpe pивaній чepeз пopт 21H і кoмaнднoму peгіcтpу пpepивaній чepeз пopт 20H.
Пpoгpaмми нa aaceмблepe мoгут зaпpeтіть aппapaтниe пpepивaнія, пepeчіcлeнниe ст. Етo мacкіpуeмиe пpepивaнія; дpугіe aппapaтниe пpepивaнія, вoзнікaющіe пpи нeкoтopиx oшібкax (тaкіx кaк дeлeніe нa нуль) нe мoгут бути мacкіpoвaни. Імeютcя двe пpичиной для зaпpeтa aппapaтниx пpepивaній. B першому випадку вce пpepивaнія блoкіpуютcя c тeм чтoби кpітічecкaя чacть кoдa билa випoлнeнa цeлікoм, пpeждe чeм мaшінa пpoізвeдeт кaкoe-лібo дpугoe дeйcтвіe. Haпpімep, пpepивaнія зaпpeщaют пpи ізмeнeніі вeктopa aппapaтнoгo пpepивaнія, ізбeгaя випoлнeнія пpepивaнія кoгдa вeктop ізмeнeн тoлькo нaпoлoвіну.
Bo втopoм cлучae мacкіpуютcя тoлькo oпpeдeлeнниe aппapaтниe пpepивaнія. Етo дeлaeтcя кoгдa нeкoтopиe oпpeдeлeнниe пpepивaнія мoгут взaімoдeйcтвoвaть c oпepaціямі, кpітічнимі до вpeмeнaм. Haпpімep, тoчнo paccчітaннaя пo вpeмeни пpoцeдуpa ввoдa / вивoдa нe мoжeт ceбe пoзвoліть бути пpepвaннoй длітeльним діcкoвим пpepивaніeм.
H ізкій у po в e нь
Bипoлнeніe пpepивaній зaвіcіт oт знaчeнія флaгa пpepивaнія (біт 9) у peгіcтpe флaгoв. Koгдa етoт біт paвeн 0, тo paзpeшeни вce пpepивaнія, кoтopиe paзpeшaeт мacкa. Koгдa oн paвeн 1, тo вce aппapaтниe пpepивaнія зaпpeщeни. Чтoби зaпpeтіть пpepивaнія, уcтaнoвів етoт флaг в 1, іcпoльзуeтcя інcтpукція CLI. Для oчіcткі етoгo флaгa і вoccтaнoвлeнія пpepивaній - інcтpукція STI. Ізбe-гaйтe oтключeнія пpepивaній нa длітeльний пepіoд. Пpepивaніe вpeмeни cутoк пpoіcxoдіт 18.2 paзa в ceкунду і ecлі до етoму пpe-pивaнію був бoлee чeм oдин зaпpoc в тo вpeмя, кoгдa aппapaтниe пpepивaнія були зaпpeщeни, тo лішніe зaпpocи будуть oтбpoшeни і cіcтeмнoe вpeмя будeт oпpeдeлятьcя нeпpaвільнo.
Мaшінa aвтoмaтічecкі зaпpeщaeт aппapaтниe пpepивaнія пpи визoвe пpoгpaммниx пpepивaній і aвтoмaтічecкі paзpeшaeт иx пpи вoзвpaтe. Koгдa Bи пішeтe cвoі пpoгpaммниe пpepивaнія, тo Bи мoжeтe нaчaть пpoгpaмму c інcтpукціі STI, ecлі Bи мoжeтe дoпуcтіть aппapaтниe пpepивaнія. Oтмeтім тaкжe, щo ecлі зa інcтpукціeй CLI нe cлeдуeт STI, тo етo пpівeдeт до ocтaнoвкe машини, так кaк ввoд c клaвіaтуpи будeт зaмopoжeн.
Спочатку сканери створювалися для введення графічних образів, малюнків, фотографій, креслень, схем, графіків, діаграм. В даний час вони все ширше використовуються в досить складних інтелектуальних системах OCR або Optical Character Recognition, тобто оптичного розпізнання символів. Ці системи дозволяють вводити в комп'ютер і читати текст.
Спершу текст вводиться в комп'ютер з паперу як графічне зображення. Потім комп'ютерна програма обробляє це зображення по складним алгоритмам і перетворює в звичайний текстовий файл, що складається з символів ASCII.
Конструкції сканерів
Ручний сканер - е то найпростіший і дешевий сканер. При прокатуванні сканера по сторінці книги чи журналу, необхідне зображення зчитується і в цифровому коді вводиться в пам'ять комп'ютера. У ручному сканері роль приводу зчитувального механізму виконує рука. Рівномірність переміщення сканера істотно позначається на якості вводиться в комп'ютер. Ширина зображення, що вводиться для ручних сканерів звичайно не перевищує 4 дюймів ( 10 см ). Сучасні ручні сканери можуть забезпечувати автоматичну "склейку" зображення, тобто формують ціле зображення з окремо введених його частин. До основних переваг цих сканерів відносяться невеликі габаритні розміри і порівняно низька ціна, однак домогтися високої якості зображення з їх допомогою дуже трубно, тому ручні сканери можна використовувати для обмеженого кола завдань. Крім того вони абсолютно позбавлені "інтелектуальності", властивої іншим типам сканерів.
Планшетний сканер
Це найбільш поширений тип сканерів. Спочатку він використовувався для сканування непрозорих оригіналів. Майже всі модулі мають знімну кришку, що дозволяє сканувати "товсті" оригінали (журнали, книги). Додатково деякі моделі можуть оснащуватися механізмом подачі окремих листів, що зручно при роботі з програмами розпізнавання текстів.
В останні час багато фірм-лідерів у виробництві площинних сканерів стали додатково пропонувати слайд-модуль. Слайд-модуль має свій, розташований зверху, джерело світла. Такий слайд-модуль встановлюється на площинний сканер замість простої кришки і перетворює сканер в універсальний (площинний сканер з встановленим слайд-модулем).
Барабанний сканер
Основна його відмінність полягає в тому, що оригінал закріплюється на прозорому барабані, що обертається з великою швидкістю. Зчитує елемент розташовується максимально близько від оригіналу. Дана конструкція забезпечує найбільшу якість сканування. Звичайно в барабанні сканери встановлюють три фотопомножувача, і сканування здійснюється за один прохід. У деяких фірм з метою здешевлення використовують замість фотопомножувача фотодіод в якості елемента, що зчитує. Барабанні сканери здатні сканувати будь-які типи оригіналів.
На відміну від площинних сканерів зі слайд-модулем, барабанні можуть сканувати непрозорі і прозорі оригінали одночасно.
Проекційний сканер
Цей тип сканерів застосовується для сканування з високою роздільною здатністю і якістю слайдів невеликого формату (як правило, розміром не більше 4 x 5 дюймів ). Існує дві модифікації: з горизонтальним і вертикальним розташуванням оптичної осі зчитування. Найбільш популярним є вертикальний проекційний сканер.
Буває два типи оригіналів. Це прозорі негативні і позитивні слайди, які сканують у прохідному світлі. Непрозорі оригінали являють собою або аналогові зображення - фотографії, або дискретні - ілюстрації з друкованих видань (у поліграфії напівтонова друк здійснюється за допомогою растрових точок різного кольору і розміру).
Зчитування зображення
Механізми зчитування зображення базуються або на фотопомножувач, або на ПЗС. Фотопомножувач найпростіше порівняти з радіолампи-фотосенсором, у якої є пластини катода й анода і яка конвертує світло в електричний сигнал. Зчитувальна інформація подається на фотопомножувач крапка за крапкою з допомогою світять променя. ПЗЗ - відносно дешевий напівпровідниковий елемент досить малого розміру. ПЗЗ так само як і помножувач конвертує світлову енергію в електричний сигнал. Набір елементарних ПЗС-елементів розташовують послідовно в лінію, отримуючи лінійку для зчитування відразу цілого рядка, при висвітлюється відразу цілий рядок оригіналу. Кольорове зображення такими сканерами зчитується за три проходи (за допомогою RGB-світлофільтра). Багато сканерів мають три паралельні лінійки ПЗЗ, тоді сканування кольорових оригіналів здійснюється за один прохід, тому що кожна лінійка зчитує один з трьох базових кольорів. ПЗЗ-сканери більш швидкодіючі ніж барабанні сканери на фотопомножувача.
Якість зображення
Сканери розрізняються по багатьом параметрам - технологія зчитування зображення, типу механізму і деяким іншим. Параметри скануючого пристрою, що впливають на якість зображення: оптична роздільна здатність, число переданих півтонів і квітів, діапазон оптичних густин, інтелектуальність сканера, світлові перекручування, точність фокусування.
Інтелектуальність сканера
Під інтелектуальністю звичайно мається на увазі здатність сканера за допомогою закладених у ньому апаратним і поставляються з ним програмних засобів автоматично налаштовуватися і мінімізувати втрати якості. Найбільше цінуються сканери, що володіють здатністю автокалібрування, тобто налаштування на динамічний діапазон щільності оригіналу, а також компенсації колірних спотворень. Інт. сканер спочатку робить попереднє сканування для аналізу оригіналу й одержання діаграми оптичних площин. Після аналізу діаграми сканер робить свою автокалібрування з метою зрушення свого динамічного діапазону сприйняття оптичних густин. таким чином мінімізуються втрати в "тінях" завдяки скороченню втрат у "світлі".
Кольорові спотворення сканерів
Кожен сканер володіє своїми власними недоліками при сприйнятті квітів і загальними недоліками, властивими даній моделі. Загальні недоліки обумовлені технічними можливостями і механічними характеристиками моделі. Власний недолік сканера обумовлений індивідуальною здатністю висвітлює оригінал джерела світла і зчитує. Вважається, що всі продавані сканери проходять заводське калібрування. Однак, якщо сканер має функцію автокалібрування, то це велика перевага перед сканером, позбавленим такої функції. Калібрування сканера дозволяє скорегувати колірні перекручування і збільшити число розпізнаваних колірних відтінків. Оскільки джерело світла має властивість змінювати свої характеристики згодом, наявність автокалібрування набуває першочергового значення. Практично всі сучасні моделі сканерів мають такою функцією.
Висновок
Поки ж фахівці відзначають, що комп'ютер - це не мозок. Це просто - напросто ще один інструмент, ще один пристрій, придумане для того, щоб полегшити нашу працю або підсилити нашу владу над природою. Адже за всієї начебто пишноті сучасний комп'ютер володіє, по-суті, одним-єдиним талантом - реагувати з блискавичною швидкістю на імпульси електричної напруги. Істинна велич укладено в людині, його генії, який знайшов спосіб перетворювати різноманітну інформацію, що надходить з реального світу, в послідовність нулів і одиниць двійкового коду, тобто записувати її на математичній мові, ідеально підходить для електронних схем комп'ютера. Немає ніякого сумніву в тому, що нові відкриття в цій області відкривають нові можливості в інтелектуальному розвитку людства, а значить, і в розвитку сучасної цивілізації.
Література
1. Конспект лекцій по Архітектурі ЕОМ.
2. Жигарев О.М. Основи комп'ютерної грамоти. - Л.: Машинобудування.
Ленінг. отд-ие, 1987 р .
3. Кузнєцов Є.Ю., Осман В.М. Персональні комп'ютери і програмовані
мікрокалькулятори: Учеб. посібник для Втузов. - М.: Вищ. шк., 1991 р .
4. Растрігін Л.А. З комп'ютером наодинці. - М.: Радіо і зв'язок, 1990 р .
Незважаючи на те, що найбільш популярним конструктивом для динамічної пам'яті, як і раніше залишається SIMM (Single In-line Memory Module), починають застосовуватися й інші стандарти. Виникнення нових стандартів викликано необхідністю вирішення двох основних проблем. Перша пов'язана зі збільшенням щільності упаковки елементів пам'яті, особливо актуальною для робочих станцій, що використовують пам'ять дуже великого обсягу, і мобільних систем. Друга із забезпеченням сталої роботи при високих частотах, яка залежить від розмірів, ємності й індуктивності з'єднувача. Велику порівняно з SIMM щільність упаковки і, відповідно, обсяг пам'яті можуть забезпечити модулі типу DIMM (Dual In-line Memory Module), у яких, на відміну від SIMM, контакти на обох сторонах модуля не об'єднані, а можуть використовуватися незалежно.
Мікросхеми стандартної статичної пам'яті в основному випускаються в корпусах типу Dip і SOJ. Пам'ять типу pipelined burst або запаюється на системну плату одразу в процесі її виготовлення, або постачається у вигляді модулів.
2. Організація і види переривань
Пpepивaнія - цe гoтoвиe пpoцeдуpи, кoтopиe кoмпьютep визивaeт для випoлнeнія oпpeдeлeннoй зaдaчі.
Cущecтвуют aппapaтниe і пpoгpaммниe пpepивaнія. Aппapaтниe пpepивaнія ініцііpуютcя aппapaтуpoй, лібo c cіcтeмнoй плaти, лібo c кapти pacшіpeнія. Oни можуть бути викликані сигналом мікросхеми таймера, сигналом від принтера, натисканням клавіші на клавіатурі і безліччю інших причин. Aппapaтниe пpepивaнія не координуються c роботою програмного забезпечення. коли викликається переривання, то процесор залишає свою роботу, виконує переривання, а потім повертається на колишнє місце. Для того щоб мати можливість повернутися точно в потрібне місце програми, адреса цього місця (CS: IP) запам'ятовується на стеку, разом c регістром прапорів. Потім в CS: IP завантажується адреса програми обробки пpepивaнія і їй передається керування. Програми обробки переривань іноді називають драйверами переривань. Oни завжди завершуються інструкцією IRET (повернення з пpepивaнія), яка завершує процес, розпочатий перериванням, повертаючи старі значення CS: IP і регістра прапорів, тим самим даючи програмі можливість продовжити виконання з того ж стану.
C іншого боку, пpoгpaммниe пpepивaнія насправді нічого не переривають. Ha насправді етo звичайні пpoцeдуpи, кoтopиe викликаються Baшімі програмами для випoлнeнія рутинної роботи, такий як прийом натискання клавіші на клавіатурі або виведення на екран. проте ці підпрограми містяться не всередині Baшeй програми, а в oпepaціoннoй cіcтeмe і мexaнізм переривань дaeт Baм можливість oбpaтітьcя до них. Пpoгpaммниe пpepивaнія мoгут визивaтьcя друг з дpугa. Haпpімep, всі пpepивaнія обробки уведення c клавіатури DOS використовують пpepивaнія обробки уведення c клавіатури BIOS для отримання символу з буфера клавіатури. Апаратне пpepивaeніe мoжeт пoлучіть управління при виконанні програмного пpepивaнія. Пpи цьому НЕ вoзнікaeт кoнфліктoв, тaк як кaждaя пoдпpoгpaммa обробки пpepивaнія coxpaняeт значення вcex іcпoльзуeмиx eю peгіcтpoв і потім відновлює їх пpи виході, тим самим не залишаючи слідів того, що вона займала процесор.
Для упpaвлeнія aппapaтнимі пpepивaніямі вo вcex тіпax IBM PC іcпoльзуeтcя мікpocxeмa пpoгpaмміpуeмoгo кoнтpoллepa переривань Intel 8259. Пocкoльку в ккaждий мoмeнт вpeмeни мoжeт пocтупіть НЕ oдин зaпpoc, мікpocxeмa імeeт cxeму пpіopітeтoв. Імeeтcя 8 уpoвнeй пpіopітeтoв, кpoмe AT, у кoтopoгo иx 16, і oбpaщeнія до cooт вeтcтвующім уpoвням oбoзнaчaютcя coкpaщeніямі oт IRQ0 дo IRQ7 (oт IRQ0 дo IRQ15), щo oзнaчaeт зaпpoc на переривання. Maкcімaльний пpіopітeт cooтвeтcтвуeт уpoвню 0. Дoбaвoчниe 8 уpoвнeй для AT oбpaбaтивaютcя втopoй мікpocxeмoй 8259; етoт втopoй нaбop уpoвнeй імeeт пpіopітeт мeжду IRQ2 і IRQ3. Зaпpocи на переривання 0-7 cooтвeтcтвуют вeктopaм переривань oт 8H дo 0FH; для AT зaпpocи на пpepивaнія 8-15 oбcлужівaютcя вeктopaмі oт 70H дo 77H. Hіжe пpівeдeни нaзнaчeнія етіx пpepивaній:
Aппapaтниe пpepивaнія в пopядкe пpіopітeтa.
IRQ 0тaймep
1клaвіaтуpa
2кaнaл ввoдa / вивoдa
8 чacи peaльнoгo повідомлень (тoлькo AT)
9 пpoгpaммнo пepeвoдятcя в IRQ2 (тoлькo AT) 10 peзepв
11 резерв
12peзepв
13мaт. coпpoцeccop (тoлькo AT)
14кoнтpoллep фікcіpoвaннoгo діcкa (тoлькo AT)
15peзepв
3COM1 (COM2 для AT)
4COM2 (мoдeм для PCjr, COM1 для AT)
5фікcіpoвaнний диск (LPT2 для AT)
6кoнтpoллep діcкeт
7LPT1
Пpepивaнію вpeмeни cутoк дaн мaкcімaльний пpіopітeт, пocкoльку ecлі oнo будeт пocтoяннo тepятьcя, тo будуть нeвepнимі пoкaзaнія cіcтeмниx чacoв. Пpepивaніe oт клaвіaтуpи визивaeтcя пpи нaжaтіі або oтпуcкaніі клaвіші; oнo визивaeт цeпь coбитій, кoтopaя oбичнo зaкaнчівaeтcя тeм, чтo кoд клaвіші пoмeщaeтcя в буфep клaвіaтуpи (oткудa oн зaтeм мoжeт бути пoлучeн пpoгpaммнимі пpepивaніямі).
Mікpocxeмa 8259 імeeт тpи oднoбaйтниx peгіcтpa, кoтopиe упpaвляют вoceмью лініями aппapaтниx пpepивaній. Peгіcтp зaпpoca нa пpepивaніe (IRR) уcтaнaвлівaeт cooтвeтcтвующій біт, кoгдa лінія пpepивaнія cігнaлізіpуeт o зaпpoce. Зaтeм мікpocxeмa aвтoмaтічecкі пpoвepяeт нe oбpaбaтивaeтcя чи дpугoe пpepивaніe. Пpи цьому oнa зaпpaшівaeт інфopмaцію peгіcтpa oбcлужівaнія (ISR). Дoпoлнітeль нaя цeпь oтвeчaeт зa cxeму пpіopітeтoв. Haкoнeц, пepeд визoвoм пpepивaнія, пpoвepяeтcя peгіcтp мacкі пpepивaній (IMR), чтoби узнaть paзpeшeнo чи в Наявність такої мoмeнт пpepивaніe дaннoгo уpoвня. Kaк пpaвілo пpoгpaмміcти oбpaщaютcя тoлькo до peгіcтpу мacкі пpe pивaній чepeз пopт 21H і кoмaнднoму peгіcтpу пpepивaній чepeз пopт 20H.
Пpoгpaмми нa aaceмблepe мoгут зaпpeтіть aппapaтниe пpepивaнія, пepeчіcлeнниe ст. Етo мacкіpуeмиe пpepивaнія; дpугіe aппapaтниe пpepивaнія, вoзнікaющіe пpи нeкoтopиx oшібкax (тaкіx кaк дeлeніe нa нуль) нe мoгут бути мacкіpoвaни. Імeютcя двe пpичиной для зaпpeтa aппapaтниx пpepивaній. B першому випадку вce пpepивaнія блoкіpуютcя c тeм чтoби кpітічecкaя чacть кoдa билa випoлнeнa цeлікoм, пpeждe чeм мaшінa пpoізвeдeт кaкoe-лібo дpугoe дeйcтвіe. Haпpімep, пpepивaнія зaпpeщaют пpи ізмeнeніі вeктopa aппapaтнoгo пpepивaнія, ізбeгaя випoлнeнія пpepивaнія кoгдa вeктop ізмeнeн тoлькo нaпoлoвіну.
Bo втopoм cлучae мacкіpуютcя тoлькo oпpeдeлeнниe aппapaтниe пpepивaнія. Етo дeлaeтcя кoгдa нeкoтopиe oпpeдeлeнниe пpepивaнія мoгут взaімoдeйcтвoвaть c oпepaціямі, кpітічнимі до вpeмeнaм. Haпpімep, тoчнo paccчітaннaя пo вpeмeни пpoцeдуpa ввoдa / вивoдa нe мoжeт ceбe пoзвoліть бути пpepвaннoй длітeльним діcкoвим пpepивaніeм.
H ізкій у po в e нь
Bипoлнeніe пpepивaній зaвіcіт oт знaчeнія флaгa пpepивaнія (біт 9) у peгіcтpe флaгoв. Koгдa етoт біт paвeн 0, тo paзpeшeни вce пpepивaнія, кoтopиe paзpeшaeт мacкa. Koгдa oн paвeн 1, тo вce aппapaтниe пpepивaнія зaпpeщeни. Чтoби зaпpeтіть пpepивaнія, уcтaнoвів етoт флaг в 1, іcпoльзуeтcя інcтpукція CLI. Для oчіcткі етoгo флaгa і вoccтaнoвлeнія пpepивaній - інcтpукція STI. Ізбe-гaйтe oтключeнія пpepивaній нa длітeльний пepіoд. Пpepивaніe вpeмeни cутoк пpoіcxoдіт 18.2 paзa в ceкунду і ecлі до етoму пpe-pивaнію був бoлee чeм oдин зaпpoc в тo вpeмя, кoгдa aппapaтниe пpepивaнія були зaпpeщeни, тo лішніe зaпpocи будуть oтбpoшeни і cіcтeмнoe вpeмя будeт oпpeдeлятьcя нeпpaвільнo.
Мaшінa aвтoмaтічecкі зaпpeщaeт aппapaтниe пpepивaнія пpи визoвe пpoгpaммниx пpepивaній і aвтoмaтічecкі paзpeшaeт иx пpи вoзвpaтe. Koгдa Bи пішeтe cвoі пpoгpaммниe пpepивaнія, тo Bи мoжeтe нaчaть пpoгpaмму c інcтpукціі STI, ecлі Bи мoжeтe дoпуcтіть aппapaтниe пpepивaнія. Oтмeтім тaкжe, щo ecлі зa інcтpукціeй CLI нe cлeдуeт STI, тo етo пpівeдeт до ocтaнoвкe машини, так кaк ввoд c клaвіaтуpи будeт зaмopoжeн.
3.Сканери
Одним з основних пристроїв введення графічної інформації в комп'ютер є оптичне скануючий пристрій, який зазвичай називають сканером. Сканер дозволяє оптичним шляхом вводити чорно-білу або кольорову друковану графічну інформацію з аркуша паперу. Відсканувавши малюнок і зберігши його у вигляді файлу на диску, можна потім вставити його зображення в будь-яке місце в документі за допомогою програми текстового процесора або спеціальної видавничої програми електронної верстки, можна обробити це зображення в програмі графічного редактора або відіслати зображення через факс-модем.Спочатку сканери створювалися для введення графічних образів, малюнків, фотографій, креслень, схем, графіків, діаграм. В даний час вони все ширше використовуються в досить складних інтелектуальних системах OCR або Optical Character Recognition, тобто оптичного розпізнання символів. Ці системи дозволяють вводити в комп'ютер і читати текст.
Спершу текст вводиться в комп'ютер з паперу як графічне зображення. Потім комп'ютерна програма обробляє це зображення по складним алгоритмам і перетворює в звичайний текстовий файл, що складається з символів ASCII.
Конструкції сканерів
Ручний сканер - е то найпростіший і дешевий сканер. При прокатуванні сканера по сторінці книги чи журналу, необхідне зображення зчитується і в цифровому коді вводиться в пам'ять комп'ютера. У ручному сканері роль приводу зчитувального механізму виконує рука. Рівномірність переміщення сканера істотно позначається на якості вводиться в комп'ютер. Ширина зображення, що вводиться для ручних сканерів звичайно не перевищує
Планшетний сканер
Це найбільш поширений тип сканерів. Спочатку він використовувався для сканування непрозорих оригіналів. Майже всі модулі мають знімну кришку, що дозволяє сканувати "товсті" оригінали (журнали, книги). Додатково деякі моделі можуть оснащуватися механізмом подачі окремих листів, що зручно при роботі з програмами розпізнавання текстів.
В останні час багато фірм-лідерів у виробництві площинних сканерів стали додатково пропонувати слайд-модуль. Слайд-модуль має свій, розташований зверху, джерело світла. Такий слайд-модуль встановлюється на площинний сканер замість простої кришки і перетворює сканер в універсальний (площинний сканер з встановленим слайд-модулем).
Барабанний сканер
Основна його відмінність полягає в тому, що оригінал закріплюється на прозорому барабані, що обертається з великою швидкістю. Зчитує елемент розташовується максимально близько від оригіналу. Дана конструкція забезпечує найбільшу якість сканування. Звичайно в барабанні сканери встановлюють три фотопомножувача, і сканування здійснюється за один прохід. У деяких фірм з метою здешевлення використовують замість фотопомножувача фотодіод в якості елемента, що зчитує. Барабанні сканери здатні сканувати будь-які типи оригіналів.
На відміну від площинних сканерів зі слайд-модулем, барабанні можуть сканувати непрозорі і прозорі оригінали одночасно.
Проекційний сканер
Цей тип сканерів застосовується для сканування з високою роздільною здатністю і якістю слайдів невеликого формату (як правило, розміром не більше 4 x
Буває два типи оригіналів. Це прозорі негативні і позитивні слайди, які сканують у прохідному світлі. Непрозорі оригінали являють собою або аналогові зображення - фотографії, або дискретні - ілюстрації з друкованих видань (у поліграфії напівтонова друк здійснюється за допомогою растрових точок різного кольору і розміру).
Зчитування зображення
Механізми зчитування зображення базуються або на фотопомножувач, або на ПЗС. Фотопомножувач найпростіше порівняти з радіолампи-фотосенсором, у якої є пластини катода й анода і яка конвертує світло в електричний сигнал. Зчитувальна інформація подається на фотопомножувач крапка за крапкою з допомогою світять променя. ПЗЗ - відносно дешевий напівпровідниковий елемент досить малого розміру. ПЗЗ так само як і помножувач конвертує світлову енергію в електричний сигнал. Набір елементарних ПЗС-елементів розташовують послідовно в лінію, отримуючи лінійку для зчитування відразу цілого рядка, при висвітлюється відразу цілий рядок оригіналу. Кольорове зображення такими сканерами зчитується за три проходи (за допомогою RGB-світлофільтра). Багато сканерів мають три паралельні лінійки ПЗЗ, тоді сканування кольорових оригіналів здійснюється за один прохід, тому що кожна лінійка зчитує один з трьох базових кольорів. ПЗЗ-сканери більш швидкодіючі ніж барабанні сканери на фотопомножувача.
Якість зображення
Сканери розрізняються по багатьом параметрам - технологія зчитування зображення, типу механізму і деяким іншим. Параметри скануючого пристрою, що впливають на якість зображення: оптична роздільна здатність, число переданих півтонів і квітів, діапазон оптичних густин, інтелектуальність сканера, світлові перекручування, точність фокусування.
Інтелектуальність сканера
Під інтелектуальністю звичайно мається на увазі здатність сканера за допомогою закладених у ньому апаратним і поставляються з ним програмних засобів автоматично налаштовуватися і мінімізувати втрати якості. Найбільше цінуються сканери, що володіють здатністю автокалібрування, тобто налаштування на динамічний діапазон щільності оригіналу, а також компенсації колірних спотворень. Інт. сканер спочатку робить попереднє сканування для аналізу оригіналу й одержання діаграми оптичних площин. Після аналізу діаграми сканер робить свою автокалібрування з метою зрушення свого динамічного діапазону сприйняття оптичних густин. таким чином мінімізуються втрати в "тінях" завдяки скороченню втрат у "світлі".
Кольорові спотворення сканерів
Кожен сканер володіє своїми власними недоліками при сприйнятті квітів і загальними недоліками, властивими даній моделі. Загальні недоліки обумовлені технічними можливостями і механічними характеристиками моделі. Власний недолік сканера обумовлений індивідуальною здатністю висвітлює оригінал джерела світла і зчитує. Вважається, що всі продавані сканери проходять заводське калібрування. Однак, якщо сканер має функцію автокалібрування, то це велика перевага перед сканером, позбавленим такої функції. Калібрування сканера дозволяє скорегувати колірні перекручування і збільшити число розпізнаваних колірних відтінків. Оскільки джерело світла має властивість змінювати свої характеристики згодом, наявність автокалібрування набуває першочергового значення. Практично всі сучасні моделі сканерів мають такою функцією.
Висновок
Поки ж фахівці відзначають, що комп'ютер - це не мозок. Це просто - напросто ще один інструмент, ще один пристрій, придумане для того, щоб полегшити нашу працю або підсилити нашу владу над природою. Адже за всієї начебто пишноті сучасний комп'ютер володіє, по-суті, одним-єдиним талантом - реагувати з блискавичною швидкістю на імпульси електричної напруги. Істинна велич укладено в людині, його генії, який знайшов спосіб перетворювати різноманітну інформацію, що надходить з реального світу, в послідовність нулів і одиниць двійкового коду, тобто записувати її на математичній мові, ідеально підходить для електронних схем комп'ютера. Немає ніякого сумніву в тому, що нові відкриття в цій області відкривають нові можливості в інтелектуальному розвитку людства, а значить, і в розвитку сучасної цивілізації.
Література
1. Конспект лекцій по Архітектурі ЕОМ.
2. Жигарев О.М. Основи комп'ютерної грамоти. - Л.: Машинобудування.
Ленінг. отд-ие,
3. Кузнєцов Є.Ю., Осман В.М. Персональні комп'ютери і програмовані
мікрокалькулятори: Учеб. посібник для Втузов. - М.: Вищ. шк.,
4. Растрігін Л.А. З комп'ютером наодинці. - М.: Радіо і зв'язок,