Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры информационной безопасности «7»

Тема 2. Устройства с памятью. (4 часа) Цели и задачи: Ознакомление с классификацией устройств с памятью. Учебные вопросы: Память компьютера; Внутренняя память; Внешняя память; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); типы устройств памяти с произвольным доступом; Организация процессора и основной памяти. Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных. Классификация памяти представлена на рисунке: Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором. Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации независимо от того включен или выключен компьютер. Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера. Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера. К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Содержимое ПЗУ устанавливается на заводе-изготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема. Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера. При включении компьютера первоначально управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы. К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память. В оперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы. ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Это отражено в англоязычном названии ОЗУ – RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом). Доступ к этой информации в ОЗУ осуществляется очень быстро. Эта память составлена из сложных электронных микросхем и расположена внутри корпуса компьютера. Часть оперативной памяти отводится для хранения изображений, получаемых на экране монитора, и называется видеопамять. Чем больше видеопамять, тем более сложные и качественные картинки может выводить компьютер. Высокоскоростная кэш-память служит для увеличения скорости выполнения операций компьютером и используется при обмене данными между микропроцессором и RAM. Кэш-память является промежуточным запоминающим устройством (буфером). Существует два вида кэш-памяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора и внешняя, размещаемая на материнской плате. Внешняя память может быть с произвольным доступом и последовательным доступом. Устройства памяти с произвольным доступом позволяют получить доступ к произвольному блоку данных примерно за одно и то же время доступа. Выделяют следующие основные типы устройств памяти с произвольным доступом: 1. Накопители на жёстких магнитных дисках (винчестеры, НЖМД) - несъемные жесткие магнитные диски. Ёмкость современных винчестеров от сотен мегабайт до нескольких сотен гигабайт. На современных компьютерах это основной вид внешней памяти. Первые жесткие диски состояли из 2 дисков по 30 Мбайт и обозначались 30/30, что совпадало с маркировкой модели охотничьего ружья “Винчестер” - отсюда пошло такое название этих накопителей. 2. Накопители на гибких магнитных дисках (флоппи-дисководы, НГМД) – устройства для записи и считывания информации с небольших съемных магнитных дисков (дискет), упакованные в пластиковый конверт (гибкий - у 5,25 дюймовых дискет и жесткий у 3,5 дюймовых). Максимальная ёмкость 5,25 дюймовой дискеты - 1,2Мбайт; 3,5 дюймовой дискеты - 1,44Мбайт. В настоящее время 5,25 дюймовые дискеты морально устарели и не используются. 3. Оптические диски (СD-ROM - Compact Disk Read Only Memory) - компьютерные устройства для чтения с компакт-дисков. CD-ROM диски получили распространение вслед за аудио-компакт дисками. Это пластиковые диски с напылением тонкого слоя светоотражающего материала, на поверхности которых информация записана с помощью лазерного луча. Лазерные диски являются наиболее популярными съемными носителями информации. При размерах 12 см в диаметре их ёмкость достигает 700 Мб. В настоящее время все более популярным становится формат компакт-дисков DVD-ROM, позволяющий при тех же размерах носителя разместить информацию объемом 4,3 Гб. Кроме того, доступными массовому покупателю стали устройства записи на компакт диски. Данная технология получила название CD-RW и DVD-RW соответственно. Устройства памяти с последовательным доступом позволяют осуществлять доступ к данным последовательно, т.е. для того, чтобы считать нужный блок памяти, необходимо считать все предшествующие блоки. Среди устройств памяти с последовательным доступом выделяют: 1. Накопители на магнитных лентах (НМЛ) – устройства считывания данных с магнитной ленты. Такие накопители достаточно медленные, хотя и большой ёмкости. Современные устройства для работы с магнитными лентами – стримеры – имеют увеличенную скорость записи 4 - 5Мбайт в сек. Существуют также, устройства позволяющие записывать цифровую информацию на видеокассеты, что позволяет хранить на 1 кассете 2 Гбайта информации. Магнитные ленты обычно используются для создания архивов данных для долговременного хранения информации. 2. Перфокарты – карточки из плотной бумаги и перфоленты – катушки с бумажной лентой, на которых информация кодируется путем пробивания (перфорирования) отверстий. Для считывания данных применяются устройства последовательного доступа. В настоящее время данные устройства морально устарели и не применяются. Различные виды памяти имеют свои достоинства и недостатки. Так, внутренняя память имеет хорошее быстродействие, но ограниченный объем. Внешняя память, наоборот, имеет низкое быстродействие, но неограниченный объем. Производителям и пользователям компьютеров приходится искать компромисс между объемом памяти, скоростью доступа и ценой компьютера, так комбинируя разные виды памяти, чтобы компьютер работал оптимально. В любом случае, объем оперативной памяти является основной характеристикой ЭВМ и определяет производительность компьютера. Кратко рассмотрим принцип работы оперативной памяти. Минимальный элемент памяти - бит или разряд способен хранить минимально возможный объем информации - одну двоичную цифру. Бит очень маленькая информационная единица, поэтому биты в памяти объединяются в байты - восьмерки битов, являющиеся ячейками памяти. Все ячейки памяти пронумерованы. Номер ячейки называют ее адресом. Зная адрес ячейки можно совершать две основные операции: 1) прочитать информацию из ячейки с определенным адресом; 2) записать информацию в байт с определенным адресом. Чтобы выполнить одну из этих операций необходимо, чтобы от процессора к памяти поступил адрес ячейки, и чтобы байт информации был передан от процессора к памяти при записи, или от памяти к процессору при чтении. Все сигналы должны передаваться по проводникам, которые объединены в шины. По шине адреса передается адрес ячейки памяти, по шине данных – передаваемая информация. Как правило, эти процессы проходят одновременно. Для работы ОЗУ используются еще 3 сигнала и соответственно 3 проводника. Первый сигнал называется запрос чтения, его получение означает указание памяти прочесть байт. Второй сигнал называется запрос записи, его получение означает указание памяти записать байт. Передача сразу обоих сигналов запрещена. Третий сигнал – сигнал готовности, используемый для того, чтобы память могла сообщить процессору, что она выполнила запрос и готова к приему следующего запроса. Организация процессора и основной памяти. Процессор выполняет две функции: обработка данных в соответствии с заданной программой; управление всеми устройствами машины. Управление в соответствии с заданной программой представляется в виде последовательности команд в цифровой форме. Каждая из команд имеет две части:  Операционная часть адресная часть   Операционная часть - задает код операции и режим ее выполнения. Адресная часть – содержит сведения о размещении операндов (данных): непосредственно сами значения данных, адреса данных в памяти или сведения для определения адресов размещения данных в памяти. Формирование исполнительного адреса – этап перехода от сведений об адресе к самому адресу. В адресной части могут быть сведения об отсутствии операндов (нульадресная или безадресная команда ) и от одного (одноадресная команда) до трех операндов (трехадресная команда).  Типовая структура процессора и основной памяти АЛУ - арифметико-логическое устройство. РОНы - регистры общего назначения (от 8 до нескольких сотен штук). Рг СС - регистр слова состояния. Содержит текущее состояние процессора, в который входит уровень приоритета текущей программы, биты условий {j}завершения последней команды, режим обработки текущей команды. Возможны следующие режимы обработки (в порядке возрастания уровня): User Mode- режим пользователя; в этом режиме не могут выполнятся системные команды (команды изменения состояния процессора и команды ввода- вывода); SuperVisor Mode- режим супервизора; обеспечивается выполнение всех команд ввода- вывода; Kernel Mode- режим ядра; возможно выполнение всех команд процессора. ПС - программный счетчик. Содержит адрес текущей команды и автоматически наращивается для подготовки адреса следующей команды (исключение составляет команда перехода); Рг Команд - регистр команд. Содержит код исполняемой в данный момент команды; ДешКОПиРА – дешифратор кода операции и режимов адресации; Форм-льУС – формирователь управляющих сигналов { Уi }; РАП - регистр адреса памяти; РДП - регистр данных памяти; РгУС – регистр управляющего слова контроллера памяти; Основной цикл работы процессора Этапы: Выборка команды(IF) Формирование исполнительных адресов операндов, если требуется (AM). Выборка операндов из памяти (OF). Исполнение операции (EX). Запоминание результата (ST). Проверка запроса программного прерывания (IRQ). Каждый этап выполняется за один цикл памяти. При обработке этих этапов используется конвейерный способ (при выполнении очередного этапа одновременно происходит выполнение предыдущего этапа следующей команды). Разумеется, если одна команда изменяет содержимое какой-либо ячейки памяти, а следующая использует ее новое значение, то последняя не может начать исполняться, пока результат не будет сохранен).   Возможны два вида прерываний: программное прерывание, которое обрабатывается путем выполнения процессором специальной программы - обработчика прерываний; аппаратное, реализуется без участия программы процессора с помощью аппаратных средств, имеет высокий приоритет и может поступать в любой момент времени, прерывая выполнение текущей команды. Организация процессора и памяти в микропроцессоре Intel 8086: В данном процессоре длина слова составляет 16 бит, что равно 2 байтам. Минимально адресуемой и обрабатываемой единицей информации является байт, при этом адрес слова совпадает с адресом младшего байта и является четным. Максимальная емкость памяти 216=64 Кб. Для расширения адресного пространства, используется сегментирование памяти. Максимальная длина каждого сегмента равна 64Кб. Адрес образуется парой сегмент (16 бит) и смещение (16 бит) в пределах сегмента Segment : Offset Смещение сдвигается на 4 бита влево и суммируется со значением сегментом, результатом является 20-битный физический адрес, чем обеспечивается адресация 1 Мб памяти.   Программно доступные регистры процессора Начиная с 80386, процессоры Intel предоставляют 16 основных регистров для пользовательских программ плюс еще 11 регистров для работы с числами с плавающей запятой (FPU/NPX) и мультимедийными приложениями (ММХ). Все команды так или иначе изменяют значения регистров, и всегда быстрее и удобнее обращаться к регистру, чем к памяти.   Регистры общего назначения 16-битные регистры АХ (аккумулятор), ВХ (база), СХ (счетчик), DX (регистр данных) могут использоваться без ограничений для любых целей - временного хранения данных, аргументов или результатов различных операций. На самом деле, начиная с процессора 80386, все эти регистры имеют размер 32 бита и называются они ЕАХ, EВХ, EСХ, EDX. Кроме этого, отдельные байты в 16-битных регистрах АХ - DX тоже имеют свои имена и могут использоваться как 8-битные регистры. Старшие байты этих регистров называются АН, ВН, СН, DH, а младшие - AL, DL, CL, DL. Другие четыре регистра общего назначения - SI (индекс источника), DI (индекс приемника), BP (указатель базы), SP (указатель стека) - имеют более конкретное назначение и могут применяться для хранения всевозможных временных переменных, только когда они не используются по назначению. Регистры SI и DI используются в строковых операциях, ВР и SP используются при работе со стеком. Так же как и с регистрами АХ - DX, начиная с процессора 80386, эти четыре регистра являются 32 битными и называются ESI, EDI, EВР и ESP соответственно.   Сегментные регистры При использовании памяти для формирования любого адреса применяются два числа - адрес начала сегмента и смещение искомого байта относительно этого начала. В процессорах Intel предусмотрены следующие сегментные регистры – CS (сегмент кода), DS (сегмент данных), ES (дополнительный сегмент), SS(сегмент стека). Начиная с 80286 появились регистры FS и GS. Смещение следующей выполняемой команды всегда хранится в специальном регистре- IP (указатель инструкции), запись в который приведет к тому, что следующей будет исполнена какая-нибудь другая команда, а не команда, расположенная сразу за данной.. На самом деле все команды передачи управления -перехода, условного перехода, цикла, вызова подпрограммы и т. п. осуществляют запись в CS и EIP.   Регистр флагов: OF DF IF TF SF ZF 0 AF 0 PF 1 CF 15             8 7             0 CF- флаг переноса (CARRY); PF- флаг четности (PARITY); AF- дополнительный флаг переноса (AUXILARY); ZF- флаг нуля (ZERO); SF- знаковый флаг (SIGN); TF- флаг слежения, ловушка(TRAP); IF- флаг прерываний (INTERRUPTION); DF- флаг направления (DIRECTION); OF- флаг переполнения (OVERFLOW). Организация стека процессора: Стек может работать только со словами, заполнение стека происходит в сторону уменьшения адресов. По существу команды PUSH AX и POP AX выполняются в два приема:  PUSH AX                        POP AX (SP)-2SP                        [SP]AX (AX)[SP]                        (SP)+2SP  Использование: промежуточное хранение содержимого регистра; обмен содержимого регистров; сохранение адресов возврата при вызове подпрограмм; передача параметров между вызываемой и вызывающей программами; для обработки прерываний и сохранения векторов прерываний. Организация выполняемых программ в MS DOS Существует три типа исполняемых файлов: *.bat- задают порядок выполнения некоторой последовательности программ; *.com- файлы исполняемых программ типа com; *.exe- файлы исполняемых программ типа exe.   *.com- для организации простых модулей (модели памяти tiny, small) длиной не более 64кб; com файл формируется в загрузочном виде и не требует настройки. *.exe- эти файлы могут иметь произвольную длину, они содержат таблицу загрузки и при их загрузке должна выполняться настройка файла для размещения его в памяти.   PSP (Program segment prefix)- префикс сегмента программы, он содержит информацию для доступа программы к параметрам командной строки, к среде окружения, для реакции программы на критические ошибки и некоторые команды типа Ctrl+C. В начальной части PSP указан адрес обработчика прерываний для возврата в DOS. Так как CSPSP и программа не может исполняться, начиная с этого адреса, первой командой делают ORG 100   Структура PSP 0h DW CD 20вызов прерывания DOS INT 20 для завершения программы 2h DW Размер доступной для программы памяти в параграфах 2Ch DW Значение сегментного адреса среды окружения 80h   DTA –буферная область данных, адрес начала командной строки программы Режимы адресации памяти в микропроцессоре Intel 8086  Большинство команд процессора вполняются с аргументами, которые принято называть операндами. Операнды в программе могут задаваться в регистрах общего назначения; непосредственно в коде команды; ячейках памяти, задаваемых в команде прямо или косвенно; портах ввода - вывода. Для указания месторасположения операнда используются 7 режимов адресации. Директивы описания данных  mem1 DW 0 mem2 DW 0 mem3 DW 0 vec1 DB 8,7,6,5,1,2,3,4 vec2 DB -30,-40,30,40,-10,-20,10,20 matr DB -1,-2,-3,-4,8,7,6,5,-5,-6,-7,-8,4,3,2,1   1. Регистровая адресация Операнды могут располагаться в любых регистрах общего назначения и сегментных регистрах. В этом случае в тексте программы указывается название соответствующего регистра. Регистровая адресация mov ax,n1 mov cx,ax mov bl,EOL mov bh,n2

Похожие:

	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Системы и сети связи 090104. 65 – Комплексная защита объектов информатизации Форма подготовки очная
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Защита информационных процессов в компьютерных системах 090104. 65 – Комплексная защита объектов информатизации Форма подготовки...		Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак. Учебно-методический комплекс обсужден...
	Учебно-методический комплекс дисциплины «Формальности проживания в гостинице» Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак. Учебно-методический комплекс обсужден...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры «Финансы и кредит» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального...
	Учебно-методический комплекс дисциплины организация работы гостиниц 100200. 62 «Туризм» Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак. Учебно-методический комплекс обсужден...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры компьютерных систем «03» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего...
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного стандарта высшего профессионального образования...
	Проект) (КР,КП), Расчётно-графическая работа (ргр) Домашнее задание... Учебно-методический комплекс дисциплины обсуждён и утверждён на заседании кафедры «Гидротехнические сооружения»		Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного... Учебно-методический комплекс дисциплины обсуждена на заседании кафедры Информационные системы управления «29» июня 2011 г
	Учебно-методический комплекс дисциплины материаловедение направление... Учебная программа обсуждена на заседании кафедры технологии и предпринимательства		Учебно-методический комплекс Наименование дисциплины Аритмология... Переутверждено на заседании кафедры госпитальной хирургии с курсом детской хирургии