Системные ресурсы

Архитектурный облик PC-совместимого компьютера опреде­ляется рядом свойств, обеспечивающих возможность функцио­нирования программного обеспечения, управляющего перифе­рийным оборудованием. Программы могут взаимодействовать с устройствами разными способами:

- используя вызовы функций операционной системы (преры­вания DOS, API Windows и т. п.);

- используя вызовы функций базовой системы ввода/вывода (BIOS);

- непосредственно взаимодействуя с регистрами периферийных устройств или контроллеров интерфейсов.

Такая совместимость существует благодаря открытости архи­тектуры IBM PC. Любой PC-совместимый компьютер имеет сле­дующие характерные черты:

- процессор, совместимый с семейством х86 фирмы Intel;

- единую систему распределения пространства адресов памя­ти между оперативной стандартной, не превышающей 640 Кбайт, служебной памятью периферийных адаптеров, постоянной и рас­ширенной оперативной памятью;

- унифицированное распределение адресов пространства вво­да/вывода с фиксированным положением обязательных портов и совместимостью их программной модели;

- систему аппаратных прерываний, позволяющую периферий­ным устройствам сигнализировать процессору о необходимости исполнения некоторых обслуживающих процедур;

- систему прямого доступа к памяти, позволяющую перифе­рийным устройствам обмениваться массивами данных с опера­тивной памятью, не отвлекая на это процессор;

- набор системных устройств и интерфейсов ввода/вывода;

- унифицированные по конструкции и интерфейсу шины рас­ширения (ISA, EISA, MCA, VLB, PCI, PC Card), состав которых мо-лсет варьироваться в зависимости от назначения и модели ком­пьютера;

- базовую систему ввода/вывода (BIOS), выполняющую на­чальное тестирование и загрузку операционной системы, а также имеющую набор функций, обслуживающих системные устройст­ва ввода/вывода.

Память. Объем и время доступа.

Широко распространенные схемы динамических оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) имеют время доступа до 70 нс. Вместе с тактовой частотой эта величина определяет предел скорости операции записи/счи­тывания.

Если процессор работает быстрее, чем запоминающее устрой­ство, быстродействие машины можно увеличить за счет примене­ния технологии, получившей название «кэш-память». Система может быть оборудована небольшой по объему (16 Кбайт) высо­коскоростной кэш-памятью, представляющей собой статическое ОЗУ. Статические чипы, которые дороже динамических, имеют время доступа порядка 25 нс. Если в компьютере имеется «кэш-ОЗУ», то при пересылке команд и обрабатываемых данных в ми­кропроцессор они поступают и в кэш-память. В тех случаях, ког­да процессор снова должен использовать эту информацию, она может быть получена из кэш-памяти значительно быстрее, чем из обычной. Выполнение процедур, включающих циклы, при этом заметно ускорится.

Общий объем доступа к памяти также влияет на скорость ра­боты машины. Если компьютер имеет большое ОЗУ, в котором помещаются не только программы, но и обрабатывае­мые данные, процесс обработки еще более ускоряется.

Некоторые программы, используемые в настольных издатель­ских системах, работают с ограниченной памятью даже при боль­шой доступной памяти. Для обработки объемистых документов эти программы применяют расширение памяти с помощью диска путем создания так называемого дискового буфера.

Если объем памяти позволяет, для удобства пользователя может быть применен «ОЗУ-диск», который можно рассматривать как про­тивоположность дисковому буферу. Если дисковый буфер — это об­ласть диска, воспринимаемая процессором как область памяти, то ОЗУ-диск — область памяти, воспринимаемая как область диска.

По сравнению с обычными дисками ОЗУ-диски работают зна­чительно быстрее.

В то время как дисковый буфер расширяет объем памяти, до­ступный программе, за счет уменьшения быстродействия, ОЗУ-диск увеличивает быстродействие, используя для этого часть объ­ема, доступной памяти. Не следует забывать, что ОЗУ-диск сохраняет-информацию только при включенном компьютере, по завершении работы все данные с ОЗУ-диска должны быть скопи­рованы на прямые магнитные носители.

Другим аналогичным ОЗУ-диску «устройством» является спу­лер (spooler), представляющий собой область памяти, выделен­ную для хранения документов, отправляемых принтеру. Спулеры обеспечивают работу принтера в режиме, подобном поддерживаемому, многозадачной операционной системой. Как и ОЗУ диски, спулеры создаются с помощью программ, которые выделяют область памяти (иногда содержащую ОЗУ-диск под спулер.)

Число состояний ожидания. Еще один фактор, в некоторой сте­пени влияющий на быстродействие, — число состояний ожидания. Состояния ожидания - это пустые машинные циклы во время об­ращения к памяти. Такие циклы имеют место, когда быстрый мик­ропроцессор считывает данные из памяти и должен ожидать, пока медленная память передаст данные на шину. Представим себе, на­пример, что тактовая частота, при которой работает микропроцес­сор, 20 МГц, т.е. каждый машинный цикл занимает 50 нс. Но если для передачи данных на шину требуется 150 нс, то при каждом обращении к памяти процессор должен ждать два машинных цикла. Если характеризовать машину по этим параметрам, можно определить описанную ситуацию как «два состояния ожидания».

Объем памяти и скорость жесткого диска. Жесткий диск яв­ляется одним из постоянно работающих элементов системы, и его эксплуатационные характеристики существенно влияют на возможности системы в целом. Программы обработки текста и верстки часто обращаются к жесткому диску, поскольку обычно ни программы, ни обрабатываемые тексты не могут целиком по­мещаться в память. Если какие-либо из программ используют дисковый буфер, жесткий диск становится расширением систем­ной памяти и поэтому работает постоянно. Время обращения к диску оказывает значительное влияние на возмож­ности системы.

Время обращения определяется как средняя продолжитель­ность перемещения головки к соответствующему треку и чтения или записи одного блока данных. Для современных дисков это время менее 10 мс.

Другим важным фактором, определяющим скорость, с кото­рой данные пересылаются между диском и памятью, является архитектура дискового контроллера. Дисковый контроллер уп­равляет передачей данных между диском и памятью. Контролле­ры, поддерживающие взаимодействие 1:1, — наиболее быстрые.

Независимо от времени обращения и архитектуры быстродей­ствие в целом может быть увеличено применением кэш-диска, аналогичного кэш-памяти, описанной ранее. Для этого опреде­ленная область памяти диска выделяется под кэш-диск. Когда фрагменты программы или массивы данных записываются в па­мять, они помещаются также в кэш-диск. Во время последующе­го считывания сначала производится обращение к кэш-диску для поиска необходимой информации. В случае ее обнаружения время об­ращения к диску, существенно сокращается.

Общий объем памяти жесткого диска очень важен при его ис­пользовании в настольной издательской системе. Цветное полу­тоновое изображение, занимающее страницу форматом А4, при разрешении 300 точек/дюйм требует около 30 Мбайт памяти. Да­же при использовании методов сжатия информации несколько иллюстраций могут занять сотни мегабайт памяти на диске.

Стандартная архитектура PC определяет набор обязательных средств ввода/вывода и средств поддержки периферии — систе-мы аппаратных прерываний и прямого доступа к памяти. К обяза­тельным, стандартизированным средствам ввода/вывода относят:

- трехканальный счетчик;

- интерфейс клавиатуры и управления;

- канал управления звуком;

- графический адаптер (MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA...).