Организация ЭВМ и периферийные устройства

• для доступа к ячейкам кэш-памяти используется так называемый ассоциативный метод доступа – разновидность произвольного доступа, при котором поиск информации осуществляется не по адресу, а по ассоциативному признаку;

• высокое быстродействие кэш-памяти обусловлено тем, что она строится на элементах памяти статического типа SRAM (Static RAM), имеющих малое время доступа и не требующих регенерации;

• в связи с высокой стоимостью кэш-памяти её объём в современных процессорах в сотни и тысячи раз меньше объёма ОП.

Наличие кэш-памяти существенно повышает общую производительность компьютера. Современные процессоры содержат несколько уровней кэш-памяти.

System BIOS (от англ. Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода) – это микросхема постоянного или перепрограммируемого запоминающего устройства (ПЗУ или ППЗУ)8, расположенная на системной плате, в которой хранятся служебные программы для выполнения наиболее простых и универсальных операций ввода-вывода. Такими операциями являются, например, вывод символа на экран, запись сектора на диск, ввод символа с клавиатуры и др. BIOS содержит также следующие программы:

• тестовую программу для самотестирования компьютера, проверяющую работу памяти и других устройств компьютера при включении питания (программа POST – Power On Self Test);

• программы управления режимами энергосбережения;

• программы автоматического конфигурирования устройств системы (технология Plug and Play);

• программу SETUP, служащую для установки параметров конфигурации компьютера, в том числе вручную;

• программу начальной загрузки операционной системы.

В связи с этим BIOS иногда рассматривают как аппаратно-зависимую часть ОС.

Память конфигурации с автономным питанием (CMOS RAM или RTC CMOS RAM) – память, содержащая информацию о текущей конфигурации компьютера и сохраняющая свои данные даже при выключенном питании за счёт аккумулятора, расположенного на системной плате. Такая память обычно строится на транзисторах с применением КМОП-структур9, которые характеризуются низким уровнем энергопотребления. В соответствии с англоязычным сокращением она обозначается как CMOS от Complementary Metal Oxide Semiconductor. В CMOS RAM хранится следующая информация:

• текущая дата и время (т.е. реализован календарь и системные часы реального времени – Real Time Clock (RTC));

• статусы (состояния) батареи и прочих устройств (дисковый контроллер, размер памяти, установленные адаптеры);

• перечень установленных в системе устройств (сопроцессор, накопители, видеокарта, клавиатура и др.).

Данные в этой памяти могут быть изменены программно с помощью утилиты Setup, входящей в состав BIOS. Срок службы батареи составляет 3–5 лет, и после замены батареи, возможно, придётся повторить настройку системы, включая ввод даты и времени10.

Чипсет (Chip Set) – набор специализированных микросхем, обслуживающих отдельные подсистемы и функциональные блоки компьютера, например, процессорную подсистему, подсистему ввода вывода, подсистему памяти и т.д. Современные чипсеты состоят всего из нескольких (обычно одной или двух) СБИС. Как правило, в состав чипсета входят системный контроллер-концентратор и контроллер-концентратор ввода-вывода.

Системный контроллер-концентратор осуществляет связь с ядром ЦП, управляет оперативной памятью, осуществляет интерфейс с быстрыми шинами расширения, может содержать графический контроллер. В настоящее время компоненты этого контроллера-концентратора интегрированы в центральный процессор.

Контроллер-концентратор ввода-вывода содержит контроллер шины дисковых накопителей, сетевой и аудиоконтроллеры, осуществляет интерфейс с шинами расширения среднего быстродействия.

Эти контроллеры-концентраторы связаны посредством магистрали с высокой пропускной способностью (например, DMI – Direct Media Interface компании Intel [5]).

3.3. Контроллеры и интерфейсы

Контроллер – устройство, управляющее работой некоторого другого устройства (внешнего или внутреннего).

Контроллер прерываний используется для реализации механизма прерываний, используемого для обеспечения своевременного обслуживания устройств компьютера со стороны процессора. Для этого устройство (например, клавиатура, контроллер HDD, сетевой адаптер) имеет свою линию запроса на прерывание и номер прерывания, обозначаемые IRQ n (Interrupt ReQuest).

Контроллер прерываний выполняет следующие функции:

• приём запросов прерываний от устройств, требующих обслуживания со стороны ЦП;

• учёт приоритетов запросов в случае одновременного поступления нескольких запросов;

• маскирование (запрет) запросов на основе данных от процессора (только для маскируемых запросов);

• выдача процессору запроса прерывания и кода устройства, которое сделало запрос.