С точки зрения программиста архитектура компьютера - это средства, доступные ему при работе на машинном языке (языке ассемблера).

При описании архитектуры следует отразить только существенные черты, необходимые для понимания проекта и указать ссылки на литературу, содержащую подробные описания. Основное требование к выбору архитектуры - эффективная реализация механизмов управления ресурсами и процессами, указанных в варианте задания. Возможные проектные решения:

‒ реальный компьютер ( IBM -360, EC 1060, PDP 11,СМ-1420, IBM PC, PS2, VAX, Mac и другие);

‒ гипотетический компьютер, отражающий существенные характеристики реальной аппаратуры.

Из проектного задания вытекают следующие обязательные требования к элементам архитектуры:

‒ обеспечение асинхронного режима работы ВУ;

‒ аппаратная поддержка указанного способа организации ОП;

‒ аппаратная поддержка средств защиты.

Асинхронный режим работы ВУ достигается за счет того, что устройство (множество однотипных устройств) является по существу специализированным процессором и может работать в течении некоторого времени без участия центрального процессора. Для взаимодействия с устройством служат специальные регистры, в которые центральный процессор помещает параметры текущей операции ввода/вывода, а устройство выводит информацию о своем состоянии. Операция на устройстве выполняется автономно, а по ее завершении устройство выставляет на процессор сигнал прерывания, обрабатывемый ОС. Таким образом, программный интерфейс устройства это структура его регистров ввода/вывода и аппаратные прерывания, генерируемые устройством в различных условиях. Следует отметить, что в некоторых семействах компьютеров схема организации ввода/вывода может быть гораздо сложнее описанной (например IBM-360).

Существенно отличается взаимодействие с байториентированными (терминал, принтер) и блокориентированными (диск, магнитная лента) устройствами. В первом случае каждый передаваемый байт непосредственно помещается в регистр устройства. Во втором случае в регистре указывается адрес и длина последовательности байтов, передаваемой без участия центрального процессора. Для организации такой передачи необходим прямой доступ устройства к оперативной памяти.

Рассмотрим элементы архитектуры, необходимые для обеспечения различных способов управления оперативной памятью. Выделение памяти динамическими разделами вызывает ее фрагментацию. Для устранения фрагментации в этом случае используют перемещение разделов. Поэтому необходима аппаратная поддержка относительных режимов адресации, при которых не требуется модификация адресов в перемещаемых разделах. Для поддержки страничной и сегментно-страничной организации памяти создаются таблицы сегментов и таблицы страниц. Если эти таблицы хранить в оперативной памяти, то работа системы может замедлиться в несколько раз. Поэтому необходимо иметь специальную быструю память (специальные регистры) для хранения фрагментов страничных и сегментных таблиц.

Основу описания системы прерываний составляет классификация прерываний. Как правило, различают аппаратные, программные и логические прерывания. Важно также указать способы управления прерываниями, позволяющие запрещать или разрешать все прерывания, либо отдельные их типы. Список всех прерываний, возникающих в компьютере необходим, поскольку основные модули ОС являются по существу обработчиками прерываний.

Средства защиты ОС базируются на аппаратном обеспечении нескольких режимов работы процессора и выделении привилегированного множества команд, недоступного в пользовательском режиме. При исполнении недоступной команды процессором генерируется соответствующее прерывание, обрабатываемое средствами ОС. Сегментные и страничные регистры в совокупности с привилегированным множеством команд обеспечивают надежную защищенность ОС и прикладных процессов. При организации памяти динамическими разделами необходимы дополнительные ключи защиты памяти либо граничные регистры и средства управления ими.

Содержание отчета

Описание архитектуры:

‒ общая схема архитектуры вычислительной системы;

‒ архитектура процессора: регистры, способы адресации, система команд (выборочно);

‒ спецификации интерфейсов с ВУ;

‒ система прерываний;

‒ аппаратные средства обеспечения защиты.

Рекомендуемый формат списока прерываний приведен в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Список прерываний

Раздел 3