Обновлено: 05.07.2024

Как уже отмечалось, микропроцессорная система обеспечивает большую гибкость работы, она способна настраиваться на любую задачу. Гибкость эта обусловлена прежде всего тем, что функции, выполняемые системой, определяются программой (программным обеспечением, software ), которую выполняет процессор . Аппаратура ( аппаратное обеспечение , hardware ) остается неизменной при любой задаче. Записывая в память системы программу, можно заставить микропроцессорную систему выполнять любую задачу, поддерживаемую данной аппаратурой. К тому же шинная организация связей микропроцессорной системы позволяет довольно легко заменять аппаратные модули, например, заменять память на новую большего объема или более высокого быстродействия, добавлять или модернизировать устройства ввода/вывода , наконец, заменять процессор на более мощный. Это также позволяет увеличить гибкость системы, продлить ее жизнь при любом изменении требований к ней.

Но гибкость микропроцессорной системы определяется не только этим. Настраиваться на задачу помогает еще и выбор режима работы системы, то есть режима обмена информацией по системной магистрали ( шине ).

Практически любая развитая микропроцессорная система (в том числе и компьютер ) поддерживает три основных режима обмена по магистрали:

• программный обмен информацией;
• обмен с использованием прерываний ( Interrupts );
• обмен с использованием прямого доступа к памяти ( ПДП , DMA — Direct Memory Access ).

Программный обмен информацией является основным в любой микропроцессорной системе . Он предусмотрен всегда, без него невозможны другие режимы обмена. В этом режиме процессор является единоличным хозяином (или задатчиком, Master) системной магистрали. Все операции (циклы) обмена информацией в данном случае инициируются только процессором, все они выполняются строго в порядке, предписанном исполняемой программой.

Процессор читает (выбирает) из памяти коды команд и исполняет их, читая данные из памяти или из устройства ввода/вывода , обрабатывая их, записывая данные в память или передавая их в устройство ввода/вывода . Путь процессора по программе может быть линейным, циклическим, может содержать переходы (прыжки), но он всегда непрерывен и полностью находится под контролем процессора. Ни на какие внешние события, не связанные с программой, процессор не реагирует (рис. 1.11). Все сигналы на магистрали в данном случае контролируются процессором.

Обмен по прерываниям используется тогда, когда необходима реакция микропроцессорной системы на какое-то внешнее событие, на приход внешнего сигнала. В случае компьютера внешним событием может быть, например, нажатие на клавишу клавиатуры или приход по локальной сети пакета данных. Компьютер должен реагировать на это, соответственно, выводом символа на экран или же чтением и обработкой принятого по сети пакета.

В общем случае организовать реакцию на внешнее событие можно тремя различными путями:

• с помощью постоянного программного контроля факта наступления события (так называемый метод опроса флага или polling );
• с помощью прерывания, то есть насильственного перевода процессора с выполнения текущей программы на выполнение экстренно необходимой программы;
• с помощью прямого доступа к памяти , то есть без участия процессора при его отключении от системной магистрали.

Проиллюстрировать эти три способа можно следующим простым примером. Допустим, вы готовите себе завтрак, поставив на плиту кипятиться молоко. Естественно, на закипание молока надо реагировать, причем срочно. Как это организовать? Первый путь — постоянно следить за молоком, но тогда вы ничего другого не сможете делать. Правильнее будет регулярно поглядывать на молоко, делая одновременно что-то другое. Это программный режим с опросом флага. Второй путь — установить на кастрюлю с молоком датчик, который подаст звуковой сигнал при закипании молока, и спокойно заниматься другими делами. Услышав сигнал, вы выключите молоко. Правда, возможно, вам придется сначала закончить то, что вы начали делать, так что ваша реакция будет медленнее, чем в первом случае. Наконец, третий путь состоит в том, чтобы соединить датчик на кастрюле с управлением плитой так, чтобы при закипании молока горелка была выключена без вашего участия (правда, аналогия с ПДП здесь не очень точная, так как в данном случае на момент выполнения действия вас не отвлекают от работы).

Первый случай с опросом флага реализуется в микропроцессорной системе постоянным чтением информации процессором из устройства ввода/вывода , связанного с тем внешним устройством, на поведение которого необходимо срочно реагировать.

Во втором случае в режиме прерывания процессор , получив запрос прерывания от внешнего устройства (часто называемый IRQ — Interrupt ReQuest ), заканчивает выполнение текущей команды и переходит к программе обработки прерывания. Закончив выполнение программы обработки прерывания, он возвращается к прерванной программе с той точки, где его прервали (рис. 1.12).

Здесь важно то, что вся работа, как и в случае программного режима, осуществляется самим процессором, внешнее событие просто временно отвлекает его. Реакция на внешнее событие по прерыванию в общем случае медленнее, чем при программном режиме. Как и в случае программного обмена, здесь все сигналы на магистрали выставляются процессором, то есть он полностью контролирует магистраль . Для обслуживания прерываний в систему иногда вводится специальный модуль контроллера прерываний , но он в обмене информацией не участвует. Его задача состоит в том, чтобы упростить работу процессора с внешними запросами прерываний . Этот контроллер обычно программно управляется процессором по системной магистрали.

Естественно, никакого ускорения работы системы прерывание не дает. Его применение позволяет только отказаться от постоянного опроса флага внешнего события и временно, до наступления внешнего события, занять процессор выполнением каких-то других задач.

Прямой доступ к памяти (ПДП, DMA) — это режим, принципиально отличающийся от двух ранее рассмотренных режимов тем, что обмен по системной шине идет без участия процессора. Внешнее устройство , требующее обслуживания, сигнализирует процессору, что режим ПДП необходим, в ответ на это процессор заканчивает выполнение текущей команды и отключается от всех шин , сигнализируя запросившему устройству, что обмен в режиме ПДП можно начинать.

Операция ПДП сводится к пересылке информации из устройства ввода/вывода в память или же из памяти в устройство ввода/вывода . Когда пересылка информации будет закончена, процессор вновь возвращается к прерванной программе, продолжая ее с той точки, где его прервали (рис. 1.13). Это похоже на режим обслуживания прерываний, но в данном случае процессор не участвует в обмене. Как и в случае прерываний, реакция на внешнее событие при ПДП существенно медленнее, чем при программном режиме.

Понятно, что в этом случае требуется введение в систему дополнительного устройства (контроллера ПДП ), которое будет осуществлять полноценный обмен по системной магистрали без всякого участия процессора. Причем процессор предварительно должен сообщить этому контроллеру ПДП , откуда ему следует брать информацию и/или куда ее следует помещать. Контроллер ПДП может считаться специализированным процессором, который отличается тем, что сам не участвует в обмене, не принимает в себя информацию и не выдает ее (рис. 1.14).

В принципе контроллер ПДП может входить в состав устройства ввода/вывода , которому необходим режим ПДП или даже в состав нескольких устройств ввода/вывода . Теоретически обмен с помощью прямого доступа к памяти может обеспечить более высокую скорость передачи информации, чем программный обмен, так как процессор передает данные медленнее, чем специализированный контроллер ПДП . Однако на практике это преимущество реализуется далеко не всегда. Скорость обмена в режиме ПДП обычно ограничена возможностями магистрали. К тому же необходимость программного задания режимов контроллера ПДП может свести на нет выигрыш от более высокой скорости пересылки данных в режиме ПДП . Поэтому режим ПДП применяется редко.

Если в системе уже имеется самостоятельный контроллер ПДП , то это может в ряде случаев существенно упростить аппаратуру устройств ввода/вывода , работающих в режиме ПДП . В этом, пожалуй, состоит единственное бесспорное преимущество режима ПДП .

Современные компьютеры автоматически выполняют несколько сотен различных команд.

Все машинные команды можно разделить на группы по видам выполняемых опе­раций:

· операции пересылки информации внутри компьютера;

· арифметические операции над информацией;

· логические операции над информацией;

· операции над строками (текстовой информацией);

· операции обращения к внешним устройствам компьютера;

· операции передачи управления;

· обслуживающие и вспомогательные операции.

Пояснения требуют операции передачи управления (или, иначе, — ветвления про­граммы), которые служат для изменения естественного порядка выполнения ко­манд. Существуют операции безусловной передачи управления и операции услов­ной передачи управления.

Операции безусловной передачи управления всегда обусловливают выполнение после данной команды не следующей по порядку, а той, адрес которой в явном или неявном виде указан в адресной части команды.

Операции условной передачи управления вызывают тоже передачу управления по адресу, указанному в адресной части команды, но только в том случае, если выпол­няется некоторое заранее оговоренное для этой команды условие. Это условие в яв­ном или неявном виде указано в коде операции команды. Команд условной пе­редачи управления насчитывается обычно до нескольких десятков — по числу используемых условий.

Вычислительные машины могут выполнять обработку информации в разных ре­жимах (рис. 1):

1) однопрограммном (монопольном) режиме;

2) многопрограммном режиме.

Рисунок 1 Режимы работы ЭВМ

Однопрограммный режим использования самый простой, применяется во всех поколения ПК. Из современных машин этот режим чаще всего используется в персональных компьютерах, где он называется реальным ре­жимом работы микропроцессора. В этом режиме все ресурсы ПК передаются од­ному пользователю. Пользователь сам готовит имашину, и всю необходимую для решения задач информацию, загружает программу и данные, непосредственно на­блюдает за ходом решения задачи и выводом результатов. Такой вариант режима называют режимом непосредственного доступа.

Однопрограммный режим имеет и второй вариант — вариант косвенного доступа, при котором пользователь не имеет непосредственного контакта с компьютером. В этом варианте пользователь готовит свое задание и отдает его на обработку. За­дача запускается в порядке очередности, и по мере готовности результаты ее реше­ния выдаются пользователю. Однопрограммный режим непосредственного доступа весьма удо­бен для пользователя, но для него характерен чрезвычайно низкий коэффициент загрузки оборудования — временные простои многих устройств машины и в пери­од подготовки задачи для решения, и непосредственно при решении задачи (при вычислениях в процессоре простаивают внешние устройства, при печати простаи­вают процессор, основная и внешняя память и т. д.).

Многопрограммный (его также называют мультипрограммным, многозадачным, а в ПК и многопользовательским) режим обеспечивает лучшее использование ресурсов компьютера, но несколько ущемляет интересы пользователя. Для выпол­нения этого режима необходимо прежде всего разделение ресурсов машины в про­странстве (на множестве устройств компьютера) и во времени.

Важность проблемы защиты памяти под­черкивается тем фактом, что многопрограммный режим работы микропроцессора в ПК обычно называют защищенным режимом.

Простейшим вариантом многопрограммного режима является режим пакетной обработки. Он в максимальной степени обеспечивает загрузку всех ресурсов ма­шины, но наименее удобен пользователю.

В классических системах пакетной об­работки информации все подлежащие решению задачи анализировались и объеди­нялись в различные группы (пакеты) с тем, чтобы в пределах пакета обеспечивалась равномерная загрузка всех устройств машины.

Второй частный случай многопрограммного режима — режим разделения време­ни, характерен тем, что на машине действительно одновременно решается несколь­ко задач, каждой из которых по очереди выделяются кванты времени, обычно не­достаточные для полного решения задачи. Условием прерывания решения текущей задачи служит либо истечение кванта выделенного времени, либо обращение к про­цессору какого-либо приоритетного внешнего устройства, например клавиатуры для ввода информации.

Прерывание задачи от клавиатуры является типичным для диалогового режима работы ПК, являющегося частным случаем режима разделения времени. Диалого­вые режимы характерны для многопользовательских систем: они обеспечивают одновременную работу нескольких пользователей при решении задач в интерак­тивном режиме. В процессе решения задачи пользователь имеет возможность кор­ректировать ход выполнения своего задания. Диалоговые системы активно исполь­зуются при совместной работе нескольких пользователей даже с одной программой: формирование и корректировка баз данных, программ, чертежей, схем и докумен­тов.

Режим реального времени — еще один вариант режима с разделением машинного времени. Этот режим используется в основном в динамических системах управленияи диагностики, когда строго регламентируется время ответа системы (выпол­нения задания) на случайно поступающие запросы.

Все режимы разделения машинного времени обеспечивают пользователю работу в режиме «on-line».

Основная нагрузка на реализацию многопрограммных режимов, как уже говори­лось, ложится на операционную систему.

Вопросы для самоконтроля по разделу

1. Приведите примеры программных продуктов, входящих в группу прикладного программного обеспечения.

Правильные ответы выделены зелёным цветом.
Все ответы:

Выберите наиболее точное определение термина "Компьютер"?

(1) компьютер - очень удобное средство для связи человека с внешним миром

(3) с помощью компьютера можно устроить домашний кинотеатр со стереозвуком и выводом изображения не только на экран ПК, но и на широкоформатный телевизор

(4) компьютер - устройство для поиска, сбора, хранения, преобразования и использования информации в цифровой форме

(5) компьютер - это универсальный инструмент, способный выполнять любые задачи

Какой командой можно задать размеры области рисования?

Как называется блок клавиш, запрограммированных на выполнение определённых действий (функций)?

(3) создания скриншотов (снимков экрана или отдельных его фрагментов)

Как называются программы для создания, редактирования и просмотра мультимедийных файлов — растровой, векторной и трехмерной графики?

(4) это программа для уменьшения информационного объема (сжатия) файлов

Как можно включить игры в ОС Windows, которые по умолчанию отключены?

(1) скачать их с официального сайта Microsoft и установить

(3) с помощью команды Пуск->Панель управления->Программы

(4) с помощью команды Пуск->Панель управления->Установка оборудования

Каким инструментом можно нарисовать правильный круг?

Что запрещается делать при работе с компакт дисками?

(4) надписи на дисках делать специальными фломастерами

Какое сочетание клавиш соответствует команде "Вставить"?

Какие из характеристик не имеют отношения к параметрам мыши?

Какая цифра соответствует строке заголовка?

(1) Перо позволяет пользователю на изображение, выделенном "Ножницами", стирать фрагменты

(2) Перо позволяет пользователю на изображение, выделенном "Ножницами", удалять фрагменты

(3) Перо позволяет пользователю на изображение, выделенном "Ножницами", вырезать фрагменты

(4) Перо позволяет пользователю рисовать на изображение, выделенном "Ножницами", дополнительные элементы

С помощью какой программы в составе ОС Windows можно прослушать аудиофайл?

Какое устройство показано на рисунке?

Какую клавишу следует нажать и удерживать при создании линии с наклоном 45 градусов?

Какую клавишу следует нажать в текстовом редакторе для перехода на следующую строку?

Что произойдет, если вы щелкните левой кнопкой мыши один раз ярлыке MS Paint на рабочем столе Windows?

(1) временное хранение информации в виде особого файла

Какой пункт контекстного меню Windows Media Player нужно выбрать, чтобы увидеть весь список музыкальных файлов?

Какая цифра соответствует блоку питания компьютера?

Если в процессе рисования вы совершили ошибочное действие, то такой комбинацией клавиш его можно отменить?

Какой из параметров не является характеристикой монитора?

Что произойдет при щелчке правой кнопкой мыши на значке любой папки, расположенной на вашем рабочем столе?

(2) откроется элемент управления, который называется контекстным меню. В этом меню приведены все действия, которые можно выполнить с данным объектом

Какое действие нужно выполнить для того, чтобы получить информацию о диске, папке или файле?

(1) необходимо в программе Проводник соответствующий объект выделить, а затем из контекстного меню, вызываемого правой кнопкой мыши, выбрать строчку Свойства

(2) необходимо в программе Проводник соответствующий объект выделить, а затем из контекстного меню, вызываемого левой кнопкой мыши, выбрать строчку Свойства

(3) необходимо в программе Проводник соответствующий объект выделить, а затем из контекстного меню, вызываемого двойным щелчком кнопки мыши, выбрать строчку Свойства

(4) необходимо в программе Проводник соответствующий объект выделить, а затем из контекстного меню, вызываемого правой кнопкой мыши, выбрать строчку Открыть

Какая кнопка отрывает оглавление справочной системы Windows?

В состав вычислительной машины обязательно должны входить:

• блок управления
• блок памяти
• блоки ввода/вывода информации
• блок обработки данных
• блок защиты от перепадов электричества
• блок защиты от взлома

Вопрос 2

Как называется программа, которая переводит в машинный код сразу всю программу и строит исполняемый файл?

• Компилятор
• Отладчик
• Транслятор
• Интерпретатор

Вопрос 3

Укажите операционные системы для мобильных устройств.

• iOS
• Google Android
• Windows Phone
• MS DOS
• QNX

Вопрос 4

Отметьте все программы, которые относятся к системному программному обеспечению.

• Операционные системы
• Драйверы
• Утилиты
• Редакторы текста
• Игры

Вопрос 5

Выберите правильное имя файла:

• LES.BMP
• INFO\RMATIKA:TXT
• 1DOCUM.
• LIST.3.EXE

Вопрос 6

Первым в мире программистом считается .

• А. Лавлейс
• С. Лебедев
• Г. Лейбниц
• Б. Паскаль

Вопрос 7

Пользователь, перемещаясь из одного каталога в другой, последовательно посетил каталоги LESSONS, CLASS, SCHOOL, D:\, MYDOC, LETTERS. При каждом перемещении пользователь либо спускался в каталог на уровень ниже, либо поднимался на уровень выше. Каково полное имя каталога, из которого начал перемещение пользователь?

• D:\SCHOOL\CLASS\LESSONS
• D:\LESSONS
• D:\MYDOC\LETTERS
• D:\LESSONS\CLASS\SCHOOL

Вопрос 8

Что из предложенного можно считать полным именем файла?

• c:\log\ljfgh.txt
• kdftg.txt
• B:GG\NUL.DOC
• a:\d:\ghjuk.kc

Вопрос 9

Как называлось первое механическое устройство для выполнения четырех арифметических действий?

• арифмометр
• суан-пан
• соробан
• абак

Вопрос 10

Специальный микропроцессор, предназначенный для управления внешними устройствами, называется:

• контроллер
• драйвер
• транзистор
• концентратор

Вопрос 11

В каком веке появились механические арифмометры?

• в XVII в.
• в XIV в.
• в XIX в.
• в XVI в.

Вопрос 12

Элементарная база компьютеров второго поколения - это:

• транзистор
• электронная лампа
• интегральная схема
• большая интегральная схема

Вопрос 13

Отметьте принципы, которые можно отнести к основополагающим принципам построения компьютеров.

• принцип двоичного кодирования
• принцип программного управления
• принцип иерархической организации памяти
• принцип отсутствия умения принимать самостоятельные решения
• принцип доступной стоимости

Вопрос 14

Отметьте все прикладные программы.

• Электронные таблицы
• Графические редакторы
• Системы управления базами данных
• Утилиты
• Операционная система

Вопрос 15

В каталоге находятся файлы со следующими именами:

file.mdb file.mp3
ilona.mpg pile.mpg
miles.mp3 nil.mpeg

Определите, по какой из масок будет выбрана указанная группа файлов:
file.mp3
pile.mpg
miles.mp3
nil.mpeg

• ?il*.mp?
• *il?.mp*
• ?il*.mp
• ?il*.m*

Вопрос 16

Расставьте по порядку действия, выполняемые процессором при работе с программой:

• чтение команды из памяти и её расшифровка
• формирование адреса очередной команды
• выполнение команды

Вопрос 17

Заполните пропуски в предложении.
Команды программ и … хранятся в одной и той же памяти, и внешне в памяти они … . Распознать команды и данные можно только по способу … .

• данные, неразличимы, использования
• информация, неразличимы, кодирования
• информация, отличны друг от друга, кодирования
• данные, отличны друг от друга, использования

Вопрос 18

Установите соответствие между категориями людей, использующих компьютеры, и типами программного обеспечения:

• прикладные программы
• системы программирования
• системные программы

Вопрос 19

Что понимается под термином "поколение ЭВМ"?

• Совокупность машин, предназначенных для обработки, хранения и передачи информации
• Все типы моделей процессора Pentium
• Все счётные машины
• Все типы и модели ЭВМ, построенные на одних и тех же научных и технических принципах

Вопрос 20

Определите, какое из указанных имен файлов удовлетворяет маске: F??tb*.d?*.

Регулирование по разомкнутому и замкнутому циклам в системах управления и автоматики

Поддержание регулируемой величины в заданных пределах или изменение ее по заданному закону в процессе работы системы управления и автоматики может быть выполнено по разомкнутому или замкнутому циклам регулирования. Рассмотрим систему (рис. 1), состоящую из последовательно соединенных: объекта регулирования ОР, регулирующего органа РО, регулятора Р и задатчика З — устройства, с помощью которого в систему подается задающее воздействие.

При регулировании по разомкнутому циклу (рис. 1, а) задающее воздействие х( t ), поступающее на регулятор от задатчика, не является функцией результата этого воздействия на объект, оно задается оператором. Определенному значению задающего воздействия будет соответствовать определенное текущее значение регулируемой величины у(t), которое будет зависеть от возмущающего воздействия F(t). Объяснение основных терминов смотрите здесь: Общие принципы построения систем автоматики

Разомкнутая система представляет собой по существу передаточную цепь, в которой задающее воздействие х(t) от задатчика после надлежащей обработки регулятором посредством внутренних воздействий Z 1( t) и Z2( t ) передается объекту регулирования, но обратного воздействия объекта на регулятор нет.

Рис. 1. Схемы регулирования по разомкнутому (а) и замкнутому (б) циклам: З — задатчик, Р — регулятор, РО — регулирующий орган, ОР — объект регулирования, х( t ) — задающее воздействие, Z 1( t) и Z2( t ) — внутренние регулирующие воздействия, у( t ) — регулируемая величина, F( t ) — возмущающее воздействие.

Примеры регулирования по разомкнутому и замкнутому циклам

На рис. 2, а приведена схема управления частотой вращения двигателя постоянного тока Д. При изменении положения движка реостата Р будет меняться ток возбуждения в обмотке возбуждения ОВГ генератора Г, что приводит к изменению его э. д. с. и, следовательно, напряжения подводимого к двигателю Д.

Тахогенератор ТГ, установленный на одном валу с двигателем Д, развивает э. д. с, пропорциональную частоте вращения со вала двигателя. Вольтметр, подключенный к щеткам тахогенератора, со шкалой, проградуированной в единицах частоты вращения, позволяет осуществлять только визуальный контроль за частотой вращения двигателя.

Если характеристики машин стабильны, то каждому положению движка реостата будет соответствовать определенное значение частоты вращения двигателя. В данной системе имеет место воздействие регулятора на объект, но обратного воздействия нет, т.е. система работает по разомкнутому циклу.

Рис. 2. Принципиальные схемы управления частотой вращения двигателя постоянного тока по разомкнутому (а) к замкнутому (б) циклам: Р — реостат, ОВГ — обмотка возбуждения генератора, Г — генератор, ОВД — обмотка возбуждения двигателя, Д — двигатель, ТГ — тахогенератор, ДП — двигатель привода ползунка реостата, У — усилитель.

Если соединить выход системы с регулятором таким образом, чтобы на регулятор все время поступало два сигнала — сигнал с задатчика и сигнал с выхода объекта, то получим систему, работающую по замкнутому циклу. В такой системе существует воздействие не только регулятора на объект, но и объекта на регулятор.

На рис. 2, б приведена схема управления частотой вращения двигателя Д постоянного тока, в которой выход системы посредством тахогенератора ТГ, реостата Р, усилителя У и двигателя ДП привода ползунка реостата Р соединен с входом системы.

Здесь существует автоматический контроль за частотой вращения двигателя. Любое изменение частоты вращения приведет к появлению сигнала на двигателе ДП, который переместит ползунок реостата Р в ту или другую стороны от положения, соответствующего заданной частоте вращения двигателя Д.

Если частота вращения по какой-либо причине уменьшится, то ползунок реостата Р займет положение, при котором ток возбуждения в обмотке возбуждения ОБ генератора увеличится. Это приведет к увеличению напряжения генератора, а следовательно, и к увеличению частоты вращения двигателя Д, которая примет первоначальное положение.

При увеличении частоты вращения двигателя Д произойдет перемещение ползунка реостата Р в обратном направлении, что и приведет к уменьшению частоты вращения двигателя Д.

Разомкнутая система автоматического регулирования самостоятельно, без вмешательства оператора, не может изменить режим своей работы, если стали иными возмущения, поступающие на систему. Замкнутая система автоматически реагирует на любые изменения, происходящие в системе.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Читайте также:

  
• Удостоверяющие центры контур для получения эцп москва
  
• В icq не работает звук
  
• Текст занимает 2 кбайта памяти компьютера сколько символов содержит этот текст
  
• Как lan переделать в wan
  
• Чем открыть файл plan