Производительность компьютера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.Реальная производительность

Реальная производительность - количественная характеристика скорости выполнения определенных операций компьютером. Иными словами это величина действия устройства, то есть отношение количества произведенной работы ко времени ее выполнения, объем работы производимой в единицу времени данным оборудованием в соответствии с его конструктивными особенностями и технической характеристикой.

компьютер микропроцессор модуль контроллер

2.Организация памяти

При рассмотрении организации памяти следует иметь в виду, что рассматривается два отдельных вопроса:

1. логическая организация памяти внутри выполняющегося процесса.

2. Физическая организация памяти , методы отображения памяти процесса на физическую память ЭВМ.

Логическая организация памяти:

Логическая память может быть организована 2 различными видами:

1. Непрерывная единая память

2. Сегментная организация памяти.

1) 2)

Физическая организация памяти:

Физическая память организуется двумя различными способами:

1. Непрерывная организация.

2. Статическая организация памяти.

1) При непрерывной организации физической памяти, к любому ее месту можно обратится непосредственно минуя дополнительные операции.

При линейной организации физической памяти, она разбивается ОС на ряд разделов, при этом размеченных разделах хранятся данные для различных программ.

2) Статическая организация памяти:

При статической организации памяти, логическая и физическая память разбиваются на отдельные страницы фиксированной длины. При такой организации памяти, компьютер может и должен производить отображение логической памяти на физическую. Особенности этого отображения состоит в том, что размещения страниц физической памяти не соответствует размещению страниц в логической памяти является случайным, зависящим от истории протекания вычислительного процесса на ЭВМ.



Страничная организация памяти удобна потому, что позволяет выполнить параллельно несколько процессов суммарной длинной логической памяти намного больше чем физическая память компьютера. Кроме того и логическая память одного процесса может быть намного больше чем физическая память компьютера. Потребность в памяти всегда намного больше чем ее реальные размеры. Именно по этой причине страничная организация памяти является стандартной на всех достаточно развитых компьютерах (кроме игрушек), начиная с середины 70-х годов. В физической памяти страницы соответствующие различным процессам перемещены. При недостатки физической памяти происходит конкуренция между процессами за ее обладание. Поэтому время от времени физические страницы памяти отнимаются у процесса и передаются другому процессу. Логические страницы памяти которые не отображаются на реальную физическую память хранятся на диске в специальном файле или разделе диска, до тех пор пока для них не будет предоставлено место в физической памяти. Далее они снова могут быть вытеснены ОС из физической памяти на диск. Процесс перемещения логической памяти их физической на диск и обратно называется страничным свопингом.

paging

swaping

Страничная организация памяти очень сильно усложняет «железо» компьютера, построение ОС и существенно замедляет время выполнения программ (снижает производительность компьютера). Снижение происходит из-за того, что отображение логической памяти на физическую требует дополнительные машинные команды. Однако на это увеличение сложности компьютеров и ОС, а так же на снижение производительности компьютеров идут потому что потребности в памяти всегда превосходят ее реальные размеры. При отключении страничной организации памяти производительность компьютера возрастает на несколько десятков %. При инициализации процесса создается (уникальная для каждого процесса) таблица. При переключении компьютера между различными процессами происходит загрузка ответствующей таблицы в RAM. Если в таблице соответствия виртуальной и физической памяти имеется пустое место для старших 20 бит виртуального адреса, то это значит, что данная страница виртуальной памяти не отображена на физическую память. В этом случае аппаратно генерируется прерывания «нет страница памяти». В этом случае ОС должна выполнить функции по отображению данной страница виртуальной памяти на физическую. Преобразованием виртуальных адресов в физические занимается специальная часть процессора «менеджер управления памяти». (MMU) Страничная организация памяти существенно замедляет работу компьютера, так как необходимы преобразования виртуальной памяти в физическую. Это преобразование требует значительных накладных расходов по времени. Для ускорения процесса преобразования виртуального адреса в физический в MMU вносится специальная схема TBL, называемая таблицей быстрой трансляции адреса. В TBL заполняются номер страницы виртуальной памяти и соответствующий ему номер страницы физической памяти. При повторном обращении к тому же номеру виртуальной страницы, MMU не будет обращаться к RAM для поиска страницы физической памяти а возьмет данное значение в TBL. В результате отображение виртуальной памяти на физическую будет выполнено значительно быстрее. В TBL обычно помещается не одна пара чисел (виртуальный и физический номер страницы), а несколько пар, при этом происходит параллельное сравнение по всем элементам таблицы, если нашлось соответствие номеров страниц виртуальной и физической памяти, то будет выполнена быстрая (однократная) трансляция виртуального адреса в физический. Если такого соответствия нет, то MMU будет производить поиск такого соответствия в таблице, хранящейся в RAM, при этом в TBL будет заполнена одна из строк на новое найденное соответствие. В процессоре имеются специальные команды для управления TBL. Эти команды позволяют сохранить значения TBL в RAM и записать в TBL значения из RAM. Эти команды используются при переключении процессором между процессами. Значит каждому выполняющемуся процессу соответствует своя таблица TBL. Размер TBL зависит от сложности процессора. Чем сложнее процессор, тем больше таблицы и тем быстрее выполняется все программы за счет более быстрого преобразование виртуального адреса в физический. В таблице соответствия номера страниц виртуальной и физической памяти (как хранится в PAM, так и в TBL) хранится обычно несколько полей. Обычно длина элемента таблицы составляет 32 бита. 0-19 бит - соответствие виртуального номера физическому.

3. Технические характеристики

Микропроцессор Motorola MCF5307

32 разряда, RISC архитектура,

66 МГц, 52 MIPS, 8 Kb кэш

Системная память SDRAM 32 разряда.

Базовая конфигурация -16 Мбайт

Возможность установки 32 и 64 Мбайт

ROM 512 Кбайт, флэш

FLASH 4 Мбайт, организация 8192 сектора * 512 байт

Твердотельный диск

Часы реального времени Батарейное питание. 2 Кбайт статической памяти.

Календарь.

Время сохранения информации 10 лет

Консоль RS232

Интерфейс передачи данных Ethernet, “витая пара”, 10/100 мбит

10baseT, 100 base TX

Поддержка автоконфигурации линка

Отладочный интерфейс BDM

Контроллер шины КАМАК PLD фирмы ALTERA

Конструктивное исполнение КАМАК модуль 2M

Питание 6V, 1 A

1.Описание функциональных блоков

3.1 Микропроцессор

В контроллере КАМАК используются следующие периферийные модули контроллера: System Integration Module, SDRAM

controller, UART 1, Timer.

3.2 ПЗУ с монитором (BOOT ROM)

ПЗУ с монитором находится по адресу 0xFF800000. Емкость ПЗУ 512 Кбайт. При рестарте контроллера монитор получает управление и выполняет следующие действия:

1. Настраивает карту памяти контроллера (программируемые стробы Chip Select)

2. Отключает кэш-память

3. Инициализирует SDRAM память

4. Конфигурирует PLD (тем самым инициализируются SPI и КАМАК контроллеры)

5. Инициализирует UART и Ethernet контроллеры, таймер.

6. Переходит в командный режим.

3.3. RTC, NVRAM

3.4 Ethernet контроллер

Ethernet контроллер выполнен на м/сх MX98726 фирмы MACRONIX. Внешняя память пакетов имеет емкость 256 Кбайт. Конвертор шины преобразует циклы Coldfire в циклы шины 80186 -го процессора, необходимые для работы MX98726, а также организует доступ к памяти пакетов и регистрам контроллера. Доступ регистрам должен осуществляться 16 - разрядными словами.

3.5 Флэш-диск и SPI контроллер

Основная энергонезависимая память контроллера выполнена на м/сх флэш AT45DB321.PDF с последовательным доступом по SPI шине. Память организована в виде 512 байтовых секторов, каждый из которых может независимо перезаписываться. Кроме того, каждый сектор имеет 16 байт дополнительной памяти, которая используется для хранения служебной информации, относящейся к файловой системе флэш. Для разгрузки центрального процессора при работе с SPI шиной на PLD фирмы Altera реализован контроллер SPI, позволяющий процессору писать и читать блоками. Скорость передачи данных по SPI шине составляет около 10 Мбит/с.

3.6 Контроллер шины КАМАК

Контроллер КАМАК реализован на PLD фирмы Altera. Циклы чтения и записи инициируются контроллером при обращении процессора к окну памяти на локальной шине.

Окно организовано таким образом, что каждому 32-разрядному слову локальной шины соответствует определенное сочетание NAF на шине КАМАК. LAMзапросы КАМАК преобразуются с использованием регистра маски в прерывания процессора.

3.7 Контроллер доступа к памяти (MMU)

MMU предназначен для контроля доступа пользовательских процессов к системной памяти, а также для контроля ошибочных ситуаций на системной шине. Принцип работы MMU состоит в следующем. Системная память разбита на страницы длиной 128 Кбайт. MMU имеет два внутренних регистра EDGE_LOW и EDGE_HIGH, в которые системное программное обеспечение записывает, соответственно, нижнюю и верхнюю страницу памяти, используемую текущим пользовательским процессом. Кроме того, MMU содержит регистр с адресом текущей страницы, к которой был осуществлен последний доступ процессора. В случае, если номер текущей страницы вышел за пределы, указанные в регистрах EDGE_LOW и EDGE_HIGH, доступ к памяти для прикладного процесса блокируется и устройство MMU устанавливает немаскируемое прерывание (линия IRQ7).

Контроль за доступом к памяти не осуществляется, если процессор находится в режиме супервизора.

Вторая функция контроллера MMU - ограничение максимального времени цикла системной шины. При обращении процессора к несуществующему устройству возникает неподтвержденный цикл шины, что приводит к зависанию системы. Контроллер MMU ограничивает длительность цикла временем 16 мкс. По истечении этого времени цикл прерывается и контроллер MMU устанавливает немаскируемое прерывание (линия IRQ7).

4. Прерывания

В контроллере существуют 4 внешних по отношению к процессору MC5307 прерывания и несколько внутренних. Внешними прерываниями являются: прерывание от контроллера Ethernet (irq1), прерывание от контроллера КАМАК (irq3), прерывание от контроллера SPI (irq5), прерывание от контроллера MMU (irq7). Внутренними источниками прерываний являются таймер, UART, а также ошибочные ситуации на локальной шине процессора.

Таблица векторов прерываний, используемых в КАМАК контроллере:

Номер вектора Назначение

25 Прерывание Ethernet контроллера

27 Прерывание КАМАК контроллера

29 Прерывание SPI контроллера

30 Прерывание таймера

31 Прерывание MMU

224 Прерывание UART1

225 Прерывание UART2

5. Конструктив

Контроллер КАМАК выполнен в виде двух печатных плат. Основная полноразмерная плата находится в 24-й позиции крейта. Вспомогательная плата нахдится в позиции 25 и содержит дешифратор сигналов N и параллельно-последовательный преобразователь L сигналов. На передней панели контроллера находятся:

?9-контактный разъем для подключения консоли, розетка (типа D-SUB);

8-контактный разъем для подключения Ethernet (типа RJ-48);

?светодиод CPU, индицирующий активность процессора;

?светодиод BUS, индицирующий обращения к шине КАМАК;

?светодиод LAN, индицирующий активность локальной сети и целостность линка;

?кнопка сброса процессора

6. Загрузочный монитор

6.1 Общие положения

После включения питания или перезапуска контроллера управление всегда получает загрузочный монитор. В зависимости от установленных параметров, монитор сразу после запуска может начать получение сетевого адреса (BOOTP протокол), загрузку файла в динамическую память контроллера, выполнить переход по заранее введенному адресу или перейти в командный режим. Командный режим используется для конфигурации монитора и выполнения определенных сервисных функций. В этом режиме монитор выполняет вводимые пользователем через консоль команды и выводит на консоль результат их выполнения. Набор команд зависит от текущего меню. Содержимое меню можно посмотреть нажатием в терминальной программе клавиш <h>, <Enter>.

Монитор имеет следующие возможности:

Получение сетевых параметров по протоколу BOOTP

?Загрузка файлов по протоколу TFTP из внешнего сервера

?Загрузка файлов из флэш-диска

?Выполнение сервисных функций по команде пользователя (BOOTP запрос, ARP запрос, ICMP echo)

?Сохранение параметров загрузки в NVRAM памяти

?Отображение и установка времени в RTC

?Копирование, заполнение, тестирование памяти

В энергонезависимой памяти параметры монитора занимают 512 байт от начала окна NVRAM (см. карту памяти). Часть из них может использоваться драйверами операционной системы. В частности, первые 6 байт параметров занимает адрес Ethernet контроллера, следующие 256 байт - командная строка.

6.2 Варианты загрузки

Основная задача монитора - загрузка и запуск операционной системы. Источников загрузки (носителей загружаемого файла) может быть три: сетевой TFTP сервер, файловая система флэш-диска, неформатированный флэш-диск.

TFTP протокол разработан для загрузки бездисковых устройств. Это транспортный протокол, базирующийся на UDP/IP. Обычно после включения, бездисковое устройство получает по BOOTP запросу сетевые настройки, в том числе адрес TFTP сервера. Послеэтого TFTP серверу посылается запрос на загрузку файла. Если файл найден, начинается копирование его в память устройства (в данном случае контроллера). TFTP сервером может служить любая рабочая станция, подключенная к сети, с запущенной программой TFTP сервера. Для Linux, например, такая программа входит в состав стандартных утилит.

Флэш-диск представляет собой область перепрограммируемой (флэш) памяти, со специально организованными данными. При использовании ОС Linux флэш-диск может быть отформатирован (в формате ext2) средствами этой системы. Монитор при этом имеет возможность только читать файловую систему. Форматирование и запись файлов может быть выполнены только под управлением ОС Linux. Если файловая система не используется, то флэш-диск организован как линейный буфер памяти. В зависимости от того, какой вариант задействован, монитор загружает из флэш-диска либо файл, либо буфер заданной длины. Тип носителя задается параметром bootsrc монитора, имя загружаемого файла - параметром file (этот параметр игнорируется при загрузке из неформатированного флэш-диска), длина загружаемого блока данных - параметром bootlen (этот параметр игнорируется при загрузке из TFTP сервера или из форматированного флэш-диска). Сама загрузка инициируется двумя способами - командой load и при рестарте монитора, если установлен флаг Auto load.

6.3 Командная строка

Командная строка (КС) служит для передачи данных от загрузочного монитора к операционной системе. КС находится в энергонезависимой памяти контроллера и может быть скопирована монитором в любое место основной динамической памяти. Копирование КС в динамическую память производится, если установлен флаг "Copy bootstring to RAM".

При копировании к тексту КС, введенному пользователем, автоматически добавляются сетевые параметры. Это позволяет операционной системе использовать результаты BOOTP запроса, выполненного монитором. Формат этих параметров следующий: e=<adrs:mask> h=<adrs> g=<adrs>, где adrs - IP адрес в текстовом виде, например, 193.1.2.3, mask - сетевая маска, обычно ffffff00. Параметр e передает IP адрес сетевого интерфейса контроллера, параметр h передает IP адрес TFTP сервера, g передает IP адрес шлюза.

КС редактируется командой bootstr. Содержимое строки зависит от загружаемой операционной системы.

Например, для загрузки Linux КС должна иметь вид:

Arg!root=/dev/vfdisk rw,

если в качестве файловой системы используется флэш-диск;

Arg!root=/dev/rom0,

если в качестве файловой системы используется rom-диск.

При загрузке vxWorks, КС обычно имеет вид:

es(0,0)host:/home u=vxworks pw=telega111 f=0x26 tn=vme

6.4 Редактирование параметров

Переход в меню редактирования параметров происходит по команде <opt>.

Доступны следующие параметры:

myip - ввод IP адреса контроллера. Это поле может заполняться автоматически после выполнения BOOTP запроса

servip - ввод IP адреса сервера, с которого будет загружаться файл по TFTP протоколу.

gwip - ввод IP адреса сетевого шлюза.

mask - ввод сетевой маски

file - имя файла, загружемого по команде load

loadptr - адрес области памяти, куда будет загружаться файл

jumpptr - адрес передачи управления по команде go

bootstr - содержание командной строки, которая передается операционной системе

bootptr - адрес, куда копируется командная строка перед запуском ОС

bootsrc - код носителя загружаемого файла

0 - загружать по сети от TFTP сервера

1 - загружать из флэш-диска (файловая система ext2).

2 - загружать из неформатированного флэш-диска

bootlen - длина области памяти, загружаемой командой load. Учитывается, если bootsrc = 2

list - выводит значения всех параметров

flags - переход в меню установки флагов

Доступны следующие флаги:

"verbose mode" - при установке в "on" монитор выводит больше текстовых сообщений при работе;

"TFTP standalone" - при установке в "on" параметр servip не будет меняться при получении сетевых параметров по BOOTP. Таким образом, адрес TFTP сервера не будет зависеть от параметров, полученных по BOOTP.

"Auto bootp" - выполнять BOOTP запрос при перезапуске

"Auto load" - выполнять загрузку файла при перезапуске (аналогично команде load

"Auto jump" - выполнять передачу управления при перезапуске (аналогично команде go)

"Copy bootstring to RAM" - копировать командную строку в оперативную память при перезапуске

"Cache" - включить/выключить кэш при старте ОС

Примечания.

Если одновременно установлены флаги "Auto bootp", "Auto load", "Auto jump", "Copy bootstring to RAM", то после перезапуска очередность операцийследующая: выполняется BOOTP запрос, загружается файл, копируется командная строка, передается управление.

update - сохранить все параметры (включая флаги)

6.5 Сервисные команды

pings - монитор переходит в режим ICMP эхо сервера и отвечает на ping запросы от других станций в сети. Режим служит для проверки соединения локальной сети. Перед выполнением команды должны быть установлены сетевые настройки (IP адрес, маска, шлюз)

bootp - монитор запрашивает сетевые параметры у BOOTP сервера

arp - монитор делает ARP запрос и получает Ethernet адрес сервера по его IP адресу.

Предварительно должен быть введен IP адрес сервера (параметр servip).

load - монитор загружает файл в оперативную память контроллера. Источник загрузки (TFTP сервер или флэш-диск) задается параметром bootsrc. Адрес памяти задается параметром loadptr

go - монитор передает управление по адресу

rtc - монитор выводит показания часов реального времени

rtcset - установка часов реального времени

mdump - распечатка содержимого памяти

mfill - заполнение области памяти кодом

mtest - тестирование области памяти, содержимое при этом теряется

fdump - распечатка содержимого флэш памяти

fdprog - программирование флэш памяти. В качестве источника данных обычно указывается участок оперативной памяти контроллера, предварительно загруженный по сети.

Практическая часть

4)

А) 64688+32438 =117328

Б) 562578-17428=543158

В) 347А16+7F7A16=B3F416

Г) 4F08516-321716=4BE6E16

5)

А) 654E+129F=77ED

0110 0101 0100 1110+0001 0010 1001 1111=0111 0111 1110 1101

CF=0

PF=0

AF=1

ZF=0

SF=0

OF=0

Б) 654E+4561=AAAF

0110 0101 0100 1110+0100 0101 0110 0001=1010 1010 1010 1111

CF=0

PF=1

AF=0

ZF=0

SF=1

OF=1

В) 654E+4590=AADE

0110 0101 0100 1110+0100 0101 1001 0000=1010 1010 1101 1110

CF=0

PF=1

AF=0

ZF=0

SF=1

OF=1

Г) 654E+1860=7DAE

0110 0101 0100 1110+0001 1000 0110 0000=0111 1101 1010 1110

CF=0

PF=0

AF=0

ZF=0

SF=0

OF=0

6)

(BX)=692B, (DX)=A32D, (DS)=C245, смещение=1337

(EA)= (BX) + (DX) + смещение

(EA)=692B + A32D + 1337

(EA)=11FBF

(FA)= (EA) + (DS)

(FA)=11FBF + C245

(FA)=1E1D4

Список литературы

1. Корнеев В.В., Киселев А.А. Современные микропроцессоры. - 3 изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ - Петербург, 2003.

2.Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов/ Угринович Н.Д. - М.: Бином. Лаборатория Знаний, 2002.

Размещено на Allbest.ru