Ударная воздушная волна | студент-сервис
Ударная воздушная волна (УВВ) – наиболее мощный поражающий фактор при взрыве. Она образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в центре взрыва, что приводит к возникновению здесь огромной температуры и давления.
Раскаленные продукты взрыва при стремительном расширении производят резкий удар по окружающим слоям воздуха, сжимают их до значительного давления и плотности, нагревая до высокой температуры. Такое сжатие происходит во все стороны от центра взрыва, образуя фронт УВВ.
По мере движения давление во фронте УВВ падает и в какой-то момент достигает атмосферного, но будет продолжать уменьшаться из-за снижения температуры. При этом воздух начнет движение в обратном направлении, то есть к центру взрыва. Эта зона пониженного давления называется зоной разрежения.
Избыточное давление во фронте УВВ (Ризб, кПа) можно определить по формуле:
где q – тротиловый эквивалент ВВ, кг; R- расстояние от центра взрыва, м.
Скоростной напор воздуха зависит от скорости и плотности воздуха за фронтом УВВ и равен:
где V – скорость частиц воздуха за фронтом УВВ, м/с; ρ – плотность воздуха за фронтом УВВ, кг/м3.
Воздействие УВВ на человека может быть косвенным или непосредственным. При косвенном поражении УВВ, разрушая постройки, вовлекает в движение огромное количество твердых частиц, осколков стекла и других предметов массой до 1,5 г при скорости до 35 м/с.
Так, при величине избыточного давления порядка 60 кПа плотность таких опасных частиц достигает 4500 шт./м2. Наибольшее количество пострадавших – жертвы косвенного воздействия УВВ.
Эти же параметры УВВ приводят к разрушениям, характер которых зависит от нагрузки, создаваемой УВВ, и реакции предмета на действия этой нагрузки. Поражения объектов, вызванные УВВ, можно характеризовать степенью их разрушений.
Зона полных разрушений. Восстановить разрушенные объекты невозможно. Массовая гибель всего живого. Занимает до 13% всей площади очага поражения. Здесь полностью разрушены строения, до 50% противорадиационных укрытий (ПРУ), до 5% убежищ и подземных коммуникаций. На улицах образуются сплошные завалы.
Сплошных пожаров не возникает из-за сильных разрушений, срыва пламени ударной волной, разлета воспламенившихся обломков и засыпки их грунтом. Эта зона характеризуется величиной избыточного давления свыше 50 кПа.
Зона сильных разрушений занимает площадь до 10% очага поражения. Строения сильно повреждены, убежища и коммунальные сети сохраняются, 75% укрытий сохраняют свои защитные свойства. Есть местные завалы, зоны сплошных пожаров. Зона характеризуется избыточным давлением 0,3…0,5 кг/см
2
(30…50 кПа).
Зона средних разрушений наблюдается при избыточном давлении 0,2…0,3 кг/см2 (20…30 кПа) и занимает площадь до 15% очага поражения. Строения получают средние разрушения, а защитные сооружения и коммунальные сети сохраняются. Могут быть местные завалы, участки сплошных пожаров, массовые санитарные потери среди незащищенного населения.
Зона слабых разрушений характеризуется избыточным давлением 0,1…0,2 кг/см
2
(10…20 кПа) и занимает до 62% площади очага поражения. Строения получают слабые повреждения (разрушения перегородок, дверей, окон), могут быть отдельные завалы, очаги пожаров, а у людей – травмы.
За пределами зоны слабых разрушений возможны нарушения остекления и несущественные разрушения. Население способно оказывать самопомощь. Рельеф местности влияет на распространение УВВ: на склонах холмов, обращенных в сторону взрыва, давление выше, чем на равнинной местности (при крутизне склона 30° давление на нем на 50% выше), а на обратных склонах – ниже (при крутизне склона 30° – в 1,2 раза ниже).
Летом наблюдается ослабление УВВ по всем направлениям, а зимой – ее усиление, особенно в направлении ветра. Дождь и туман оказывают влияние на УВВ при избыточном давлении до 300 кПа (при 30 кПа и среднем дожде УВВ ослабляется на 15%, а при ливне – на 30%). Снегопад не снижает давления в УВВ.
Устройства ввода / вывода (увв или i/ou)
ВВЕДЕНИЕ.
§1 Концепция расширенной машины.
Под машиной будем подразумевать компьютер, те средство сбора, переработки, хранения и предоставления информации.
Компоненты компьютерной системы:
1)АППАРАТУРА
2)ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (далее ПО) (расширение Аппаратуры позволяющее работу с ней без знания ее устройств)
Аппаратура и Программное обеспечение вместе составляют РАСШИРЕННУЮ МАШИНУ (далее РМ).
Программное обеспечение делится на ОПЕРАЦИОННУЮ СИСТЕМУ (далее ОС) и Прикладное ПО (далее ППО).
Концепция Расширенной машины состоит в следующем :
1) Любой уровень РМ можно детализировать.
2) Детализацию проводится до уровня необходимого для понимания сути процессов в нем происходящих.
Аппаратура
Аппаратура состоит из следующих компонентов:
1) ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР — устройство обработки команд (далее ЦПУ).
2) ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ – место хранения информации, обрабатываемой ЦПУ.
RAM (Random Access Memory)
ROM (Read Only Memory).
5) УСТРОЙСТВА ВВОДА / ВЫВОДА (внешние носители информации) (Input / Output Unit) (далее I/OU или УВВ).
ШИНЫ И КОТРОЛЛЕРЫ I/O
7) Шины – коммуникации между устройствами
8) Контроллеры I/O – процессоры малой мощности, ориентированные на работу I/OU (разгружают ЦПУ).
Программное обеспечение.
· ОС — набор
УПРАВЛЯЮЩИХ программ – набор команд и данных для управления ресурсами КС с целью повышения ее производительности.
СЕРВИСНЫХ программ – набор программ для сокращения усилий пользователя по написанию, отладки и эксплуатации ПО. (Обычно от ППО их отличает то, что они поставляются с дистрибутивами ОС, хотя есть ППО также поставляемое производителем ОС совместно с ней.)
Ресурсы делятся на Аппаратные (время ЦПУ, Память, Устройства I/O) и информационные (данные, доступные ОС, использующиеся программами…)
Управляющие программы отвечают за распределение ресурсов между выполняющимися в ОС (многозадачных, например Windows, OS/2…) программами.
Например несколько программ требуют доступ к звуковой карте, но только активная его получает…
· ППО – утилиты и программы используемые пользователем при работе с КС, не входящие в состав ОС (Например для WINDOWS 2K Internet Explorer является сервисной программой, а Winamp — ППО тк не входит в дистрибутив ОС …)
Разделяя ОС на две части нужно сказать о ВНУТРЕННЕЙ и ВНЕШНЕЙ РМ.
В состав Внутренней РМ входят аппаратура и управляющие программы. Внешняя же РМ включает в себя также сервисные программы (те всю ОС).
Внутренняя РМ представляет собой минимальную конфигурацию машины, на которой могут выполняться программы. Таким образом, не всякому ППО требуются сервисные программы.
В КС по концепции РМ возможно взаимодействие только соседних уровней, те каждые два соседних уровня взаимодействуют между собой посредством интерфейсных средств (уникальных для этих 2 уровней). То есть верхний уровень не нужен для эксплуатации нижнего уровня. (Такой же подход используется в модульном программировании (Сокрытие информации), когда при взаимодействии между программа не знает по какому механизму обрабатываются данные).
Интерфейсы:
· Физический – взаимодействие ОС с аппаратурой на уровне ее физических устройств
· Логический (машинно-независимый) – взаимодействие сервисных программ управляющих (на уровне логических связей).
Задание – либо команда, либо пакет команд, состоит из интерфейсного взаимодействия с КС.
ЦПУ
ЦПУ выполняет арифметические, логические и управляющие операции, обрабатывая только ту информацию, которая находится в его регистрах.
Регистры – устройство процессора, для хранения информации учавствующей в обработке:
· Регистры общего назначения (РОН) – для работы с целыми числами.
· Регистры для чисел с плавающей точкой (РПТ)
В КС единицей информации является бит. Бит может принимать значения 0 или 1.
Регистр ЦПУ состоит из нескольких бит, и их количество определяет архитектуру процессора:
· Если РОН рассматривается, как 16 бит, то говорят о 16-ти битовой архитектуре (разрядности) процессора.
· Если РОНрассматривается, как 32 бит, то говорят о 32-ти битовой архитектуре (разрядности) процессора.
Бывают и другие архитектуры в том числе 64-х битовые. А можно использовать часть регистра и моделировать другую разрядность.
Процессор обрабатывает только информацию, содержащуюся в его регистрах, те для того, чтобы обработать хранящуюся у него в оперативной памяти информацию, ее необходимо сначала перенести в регистры, и затем после обработки опять поместить в оперативную память.
Современные машины снабжены так называемой КЭШ-памятью. КЭШ-память имеет структуру регистра, принадлежит процессору, и предназначена для хранения «сверхоперативной информации», те информации, наиболее часто передаваемой на обработку процессору (например, Группы пользователей данного компьютера в ОС WINDOWS). Перенос из КЭШ-памяти в регистр много быстрее, чем перенос из оперативной памяти.
1.4 Основная память
RAM ROM
В памяти машины вся информация представлена, как набор битов(bit). Наименьшей единицей адресуемой информации в программе является байт(Byte), содержащий 8 бит. Двоичное слово (в зависимости от разрядности машины имеющее длину 2b (16bit), 4b (32bit), 8b (64bit) и т.д.) начинается с четного, кратного длине слова байта (нумерация ведется от 0). На примере 32-разрядной машины некоторые существующие единицы информации:
Слово 4 байта
Полуслово 2 байта
Двойное слово 8 байт
Параграф 16 байт
Страница 512 байт
Килобайт 1024 байт
Мегабайт 1024 Кбайт
Физический сегмент адресуемой памяти равен 64Kb.
Память компьютера делится на 2 части. Правая часть отводится по ОС, ядро ОС или системную память, а вторая является динамической областью, предназначенная для размещения в памяти программ под управлением ОС. Различия между этими областями в том, что к первому пользователь не имеет прав обращаться или они не задокументированны, а ко второй свободно может обращаться.
Устройства ввода / вывода (УВВ или I/OU)
УВВ относятся к устройствам периферии и предназначены для ввода/вывода информации в оперативную память и для хранения оперативной информации. Существует много УВВ, грубо они делятся на два класса:
· Медленные – байт-ориентированные: работают с небольшим количеством информации (порядка одного дв. слова); блок-ориентированные: для значительных объектов.
· Быстрые – например, магнитный диск. (Существуют еще три устройства со сравнимой скоростью и той же логической организацией, отличающиеся физическим строением.)
Магнитный диск (МД)
МД устроен как пакет круглых, посаженных на общую несущую ось. Поверхности пластин покрыты магнитным слоем. Информация хранится на дорожках (в виде концентрических окружностей). Каждая такая окружность является дорожкой. Для считывания и записи существуют устройства (гребенки) со считывающими и записывающими головками. Начала всех (записей) дорожек лежит на одном луче и помечены магнитным маркером. Емкость дорожек одинакова, различается плотность записи. Дорожки разбиваются на блоки (сектора в х86 машинах). Каждый блок имеет одинаковую длину. Существует межблоковое пространство, для технических нужд…(особо хитрый пользователь может выгодно его использовать, например для сокрытия информации от менее хитрого пользователя, т.к. размещенная на междисковом пространстве информация недоступна из ОС). Длина блока подфирается для оптимального баланса между количеством участков между блоками (для блоков малой длины) и временем обработки (для блоков большой длины).
Все дорожки разматываются от центра на разных уровнях, так к ним можно обращаться без перемещения головки по цилиндру. Блок – элемент физической памяти. Физический адрес блока – номер цилиндра (CYL) (сколько дорожек на одной поверхности, столько и цилиндров), номер дорожки (TRK) (столько, сколько магнитных поверхностей) и номер блока (BLK).
Для работы с диском необходимо наличие на нем разметки, т.е. на нем должна быть создана файловая система.
Физически диск не зависит от ОС, так же как и разметка диска. Любая файловая структура имеет три основных элемента:
· Метка тома (том – вся файловая система, метка идентифицирует носители ОС)
· Оглавление (содержит информацию о всех данных на этом носителе и о свободном месте)
· Содержание (туда записываются данные)
С устройствами – хранителями пользователь работает на логическом уровне.
Контроллеры и Шины
Шины – коммуникации между внешними устройствами, на которые подаются данные. Есть шина данных (для передачи данных) и управляющей информации.
Архитектура процессора определяется не только длиной слова, но еще и шириной (размерностью) шины. (И их соотношением — сколько бит шина перекачивает за раз.)
Если говорить о 32-х битовой архитектуре процессора, он имеет 52 бита; из них шине принадлежат 32 разряда.
Контроллеры – процессоры малой мощности, выполняющие команды ввода/вывода. Различаются на программируемые и непрограммируемые(с зашитой программой). Чем «интеллектуальнее» контроллер, тем больше свободы дается процессору.
§
Существует три (3) базовых конфигурации аппаратуры, и ни одна из них реально не используется в чистом виде. Конфигурация определяет, какое устройство является основным с точки зрения присоединения в нему остальных устройств.
· С ОБЩЕЙ ПАМЯТЬЮ:
ЦП обрабатывает только данные, находящиеся в оперативной памяти. В оперативную память данные попадают через каналы (контроллеры) ввода/вывода, и УВВ. ЦП имеет доступ только к оперативной памяти по принципам заложенным при загрузке УВВ. Эта архитектура отличается высокими производительностью и ценой. Она использовалась во всех супер- компьютерах прошлого.
· С ОБЩИМ ЦП
(Все устройства «компонуются» вокруг ЦП, ) ЦП обладает адресным пространством, передающимся на шины. К этому адресному пространству присоединяется все остальное оборудование (УВВ, ОП…). Каждое устройство имеет свой адрес в адресном пространстве ЦП, и ЦП имеет доступ ко всем данным. ЦП также играет существенную роль в процессах ввода/вывода и пересылке информации между устройствами. Как мы видим это прерогатива быстрых процессоров.
· С ОБЩЕЙ ШИНОЙ
Центральным устройством является шина — универсальный контроллер ввода/вывода. Все остальное крепится к нему и имеет свое адресное пространство на шине. Каждое устройство (или его контроллер) имеет доступ к адресному пространству других устройств, и по сему процесс ввода/вывода идет без участия ЦП (и вообще может не обращаться ни к одному процессору). ЦП получает извещения от контроллеров о произошедших операциях ввода/вывода.
Понятие задания.
Бумага — Компилятор — Результат.
· Ввод и корректировка данных, с использованием текстового редактора. Сохранение текста на магнитный диск. На магнитный носитель так же записывается ИСХОДНЫЙ модуль программы (т.е. не вся программа, а лишь ее структурные единицы).
· Этап трансляции. Используя транслятор, из ИСХОДНЫХ модулей складываем ОБЪЕКТНЫЙ модуль и ЛИСТИНГ. Т.е. осуществляется перевод программы, написанной на языке высокого уровня, на язык машинных команд. Листинг – диагностика результатов на предмет ошибок (в случае которых, возвращаемся к этапу 1 и корректируем).
· Этап построения. Протекают построение программы, редактирование связей. ОБЪЕКТНЫЕ модули являются только заготовками. На данном этапе все модули объединяются в единую программу. После редактора связей получается программа готовая к выполнению (АБСОЛЮТНЫЙ или ЗАГРУЗОЧНЫЙ модуль) и листинг – карта выполнения редактирования связей (Linking).
Все команды начинаются с нулевого адреса. После Linking’ а только один из них остается на нулевой позиции, все остальные пройдут корректировку адресов, разрешения связываться с внешними объектами – настраиваются обращения к модулю. АБСОЛЮТНЫЙ модуль не требует настройки по месту загрузки, а ЗАГРУЗОЧНОМУ необходима корректировка некоторых адресов, связанных с начальным адресом загрузки.
· Выполнение и отладка программы. Данные проходят обработку в АБСОЛЮТНОМ (ЗАГРУЗОЧНОМ) модуле и получается результат. Однако правильности результата ничего не гарантирует: результатом, например, может служить аварийный выход программы.
С точки зрения Концепции фон Неймана (большинство КС работают именно по ее принципам), машина не различает данные и программы. На этапе 3 наш код является еще данными, а на этапе 4 – это у же программа.
Интерпретатор – это программа обработчик команды.
Понятие о файлах
Существует два главных понятия о файлах: ЛОГИЧЕСКИЕ файлы и ФИЗИЧЕСКИЕ. Файл – есть единица хранения данных в ОС – поименованная совокупность физических данных одного назначения, структуры определителей и хранящаяся на конкретном носителе.
Определители файлов:
· Имя – имя файла в ОС (зависит от способа называния ОС).
· Назначение – назначение файла с точки зрения его использования в ОС (временный / постоянный).
· Организация – т.е. файл имеет шаблон, что и соответствующий логический файл.
Есть 3 способа компоновки записей, поддерживаемые ОС:
· Последовательный
· Индексно-последовательный
· С библиотечной организацией
Конкретный носитель (здесь) место доступное средствам КС. ОС воспроизводит копию файла, как другой файл. Программа воспроизводит файл, как тот же самый файл.
Физические/Логические файлы предназначены для выполнения программ. При выполнении программы происходит связывание ее логических файлов с физическими файлами ОС.
Связывание:
· Статическое – физический и логический файлы связываются однозначно на всем этапе выполнения программы. Связывание происходит в начале выполнения – разрыв в конце.
· Динамическое – связывание и разрыв происходят во время выполнения программы с помощью операций открытия и закрытия (существование связи сожжет прерываться и возобновляться на каждом этапе выполнения программы).
С точки зрения физических файлов данные на поля не делятся.
§
Последовательные файлы
Последовательные файлы представляют собой последовательность записей, без каких-либо управляющих команд. Для прочтения N-ой записи необходимо прочесть все N-1 запись ей предшествующих. С последовательными фалами работают такие устройства, как клавиатура, монитор, принтер. Последовательная организация файла – самая простая, но самая неэффективная.
Индексно-последовательная
Индексно-последовательная организация файла позволяет получить доступ к отдельной записи без перебора предшествующих. К каждой записи в файле прилагается уникальный (принадлежащий только этой записи) КЛЮЧ. В начале файла помещается так называемая ТАБЛИЦА КЛЮЧЕЙ. Каждому ключу в таблице сопоставлен адрес записи, которой он принадлежит. Программа (ОС), обращаясь к файлу, последовательно читает таблицу ключей, находит нужный ключ и переходит к нужной записи. В шаблоне файла адреса, соответствующие ключам записей — пустые. В общем виде, индексно-последовательный файл представляет собой двухуровневый последовательный файл: первый уровень – файл ключей, второй – записей. Обработка ключа быстрее обработки записей. Если в файле очень много записей, можно добавить уровни ключей, указывающих на боки ключей более низкого уровня. Эффективность данной структуры тем больше, чем размер записи больше размера ключа.
5.3 Библиотечные файлы
Библиотеки содержат оглавление, состоящее из записей (элементы оглавления содержат необходимую информацию о файлах в библиотеке: имя, местоположение, длину). Файлы библиотеки – разделы. На самом деле разделы – это разные файлы, но фигурируют они как один. Библиотечные файлы экономят память – т.к. ОС выгодно, чтобы файлов было мало.
Существует два основных способа работы с библиотеками (претерпевающими изменение):
· Создание новой копии (метод, простой в реализации, но дорогой в смысле памяти, необходимой для его осуществления).
· Модификация старой – новый / измененный раздел записывается на новое место. (Для реализации необходимы дополнительные средства, зато метод экономичен т.к. обычно библиотека заранее включает в себя место для добавки. Для правильной «модернизации на месте» необходимо использовать так называемые сборщики мусора, очищающие память от старых ненужных и временных файлов.)
5.4 Типы записей
Запись – логический элемент файла.
· Логические записи:
o Fixed length – в записях одинаковой длины содержится в основном только полезная информация (без справочной),часто эффективность мала, т.к. записи могут быть пустыми или частично пустыми. Но ОС с ними удобнее.
o Variable length – позволяет компактно хранить файлы с большим разбросом записей по длине. В начале каждой записи помещается ДЕСКРИПТОР, обычно содержащий длину записи.
o Undefined length – похожи на файлы прямого доступа. Длина записи неопределенна и ОС не предоставляет средств для ее чтения (программа, создающая такие файлы доджна сама знать как с ними работать).
Единица хранения информации на физическом носителе – блок. В зависимости от типа записи в шаблонном (логическом) файле, связь между записью и блоком варьируется. Возможны варианты: несколько записей на одном блоке, или несколько блоков, занятые одной записью.
· Физические записи (размещение записей на внешних носителях)
o F (фиксированные) – длина одной записи равна длине блока.
o FB (фиксировано — блокируемые) – в одном блоке содержится несколько записей одинакового типа.
o VS (переменно-сегментированные) – на одном блоке не менее одной записи переменной длины (не может быть такого: часть записи на одном блоке). Каждый блок снабжен дескриптором блока, содержащим информацию о количестве записей на блоке и их общей длине и методе обработки.
o VBS (блокированные-сегментированные) – в блоке могут размещаться как целое количество записей, так и их части. (в данной организации тоже есть дескриптор блока, в который заносится часть информации необходимой для считывания, но не обработки записей).
Здесь так же можно упомянуть о наличии на диске межблокового пространства, о котором было рассказано в параграфе 2.
Аппарат прерывания
Аппарат прерывания есть основа системы управлении ресурсами ОС.
Процесс (а не программа, команды которой выполняются) является единицей работы процессора. В ОС процесс – совокупность кода программы, данных, которые она обрабатывает и управляющей информации, необходимой для обслуживания процесса. В момент выполнения программа «погружается» в ОС. Процессор, выполняющий код программы, работает по следующему алгоритму:
· Выбирает команду из памяти
· Дешифрует выбранную команду
· Вычисляет адрес следующей команды
· Исполнение текущей команды
В процессе выполнения четвертого шага адрес найденный на третьем шаге может измениться. Третий шаг обычно эквивалентен прибавлению к адресу текущей команды ее длины(команды идут подряд). Вычислим этот адрес с помощью модели PSW.
PSW (Process Status Word) – статусная информация процессора – несколько регистров процессора с информацией необходимой для исполнения текущей команды (адрес хранения следующей команды и набор флагов).
Процессор обращается в PSW, извлекает адрес следующей команды, извлекает ее и т.д. Если процессор не остановить, то он будет выполнять эти шаги до бесконечности (пока не кончится программа). Чтобы этого избежать и существует прерывание.
Прерывание – аппаратно-программное средство для прерывания (приостановки) процесса, с целью начала выполнения другого процесса. Вход в прерывание – аппаратный, выход осуществляется программным путем.
Прерывания
· Синхронное (вызывается самим процессом).
· Асинхронное (вызывается извне, не зависимо от выполняемого программного процесса).
Microsoft называет прерывания в общем виде ловушками, и уточняет:
· Прерывания– асинхронные ловушки
· Исключения – синхронные ловушки
По типу прерывания различают:
· Программное (например деление на 0 и т.п.).
· Ввода / Вывода :
o Синхронное (процесс приостановился).
o Асинхронное (устройство известило об окончании операции В/В).
· Сервисные (по обращении за сервисом к ядру ОС).
· От схем контроля машины.
· Внешнее (например по таймеру)
В процессе выполнения прерываний может возникать асинхронные прерывания. Часть обработки кода прерываний может происходить в закрытых масках – новые прерывания либо игнорируются, либо становятся в очередь, т.е. прерывания маскируются. Процессор получает информацию из регистров. Существуют несколько слов, чтобы переключиться на нужный обработчик. Данные сохраняются в PSW. Обработчик данных сохраняет их еще в одном месте.
ОС
· Однопользовательские – Однопроцессорные
· Однопользовательские – Многозадачные
· Многопользовательские – Многозадачные
Режимы функционирования ОС:
· Многозадачный(режим мультипрограммирования — в ОС находится несколько готовых к выполнению, борющихся за ресурсы программ, ранжированных по приоритетам).
· Режим разделения времени (несколько равноправных процессов в порядке очереди, каждый получает свой отрезок (квант) времени).
· Режим реального времени.
Аппаратура компьютера.
§1. Конфигурация.
Основная конфигурация с общим процессором.
У микропроцессора есть выделенное адресное пространство, куда прикрепляются устройства. Он включает в себя 3 шины материнской платы.
1) шина данных (перекачивает данные)
2) шина адреса (указывает, куда, например порты ввода/вывода)
3) шина прерываний (канал линий прерывания).
Канал DMA – специализированное устройство ввода/вывода, через которое могут передаваться данные без участия процессора.
Далее рассмотрим 16 и 32-битовую архитектуру.
Стандартная архитектура – 32 бита процессор, 32 бита – шины и адреса данных.
У Microsoft зарезервированы следующие имена:
1) сon – монитор
2) prn – устройство печати
3) A:
4) В: — имена накопителей, внешних носителей
5) LPT1, 2… — порты
6) USB1, 2… — порты
Накопители:
1) floppy– дисковод
2) CD, CD-roms, cd-drives
3) flash
Самая простая модель микропроцессора:
1) обрабатывающая часть
2) регистры (хранение информации и ее обработка процессором)
§2. Регистры.
Основная часть регистров — 32 бита. Все регистры делятся на: регистры общего назначения и регистры с плавающей точкой.
1. Регистры данных – 4 штуки, 32 разряда.
Е – значит END.
А – регистр аккумулятора
B – регистр базы
C – регистр счетчика
D – регистр данных
В 16-битовой архитектуре младший байт L и старший H. Обращение:
AL, AH, BL, BH, CL, CH, DL, DH.
2. Регистры индексов – 2 штуки.
SI – Sourse index
DI – Destination index.
3. Регистры указателей, 3 шт.
Используются, как элементы адресации.
4. Регистр флагов – один.
Содержит в каждом бите некоторую информацию. Например:
—carry flag – флаг переноса (складываем два числа, одино не помещается в разрядную сетку и тогда попадает в carry flag).
—zeroflag(ZR) = 1, если результат = 0 (= 0, если результат = 1).
—signflag = 1, если число меньше нуля (= 0, если результат больше нуля). Это флаг знака результата.
PSW – это указатель команд и флаги с точки зрения архитектуры.
5. Регистры сегментов – 16 битов.
—CS – command segment (командный сегмент).
—SS – stack segment(сегмент стека)
—DS – data segment (сегмент данных)
—ES – дополнительный регистр данных.
—GS, FS – два дополнительных сегмента.
§3. Организация 16-битовой архитектуры.
С помощью одного регистра можно записать 216 адресов, т. е. 64 Kb. Это мало. У них 20-тиразрядная шина адреса, следовательно, можно записать 220 адресов, т. е. 1 Mb. Одного регистра на это не хватает, а двух – вполне.
Адрес команды:
CS:TP
CS – сегмент команды
TP – указатель команд.
16 = 24 – для одной цифры четыре разряда в шестнадцатеричной системе. Двоичные легко перевести в шестнадцатеричные. Если старший сегмент имеет старшую цифру, не равную нулю, а остальные – нули, то адрес нормализован.
SSSP – стек,
DSBP– данные – адресация.
Исполнительный адрес — из двух регистров.
В 16-битовой архитектуре адрес можно трактовать, как 5-тибитовое шестнадцатеричное число. Одним регистром шифруется 64 Кб. С помощью младшей цифры можно изменить адрес на один параграф – 16 Кб.
Под PSW в 16-битовой архитектуре понимают эту информацию – регистр и регистр флагов.
Кроме адреса команд еще используются регистры.
SS и SP – тоже для вычисления адреса, но стекового.
SS – stack segment (сегмент стека), SP – stack pointer (указатель на стек).
Еще используются расширенные регистры. В 32битовой архитектуре все покрывается одним регистром.
(EIP, Flags) = PSW.
§4. Адресное пространство процессора.
Модели памяти в 16-битовой архитектуре.
Единица работы – процесс (совокупность кода данных и управляющей информации), следовательно, адресное пространство любого процесса условно состоит из трех частей
1) код.
2) область статических данных (та область, которая выделяется процессу в момент его создания).
3) динамическая область (динамических данных). Выделяется по ходу.
В динамической области две части – стек и куча (heap), если не хватило места. Они хоть и используются процессом, но управляет ими ОС.
В связи с тем, что адресное пространство процессора устроено так – адресация следующая.
CS:IP – к коду
PS:BP – статические данные
SS:SP – стек.
По два регистра.
Различают три разные модели памяти.
Если всего мало, то всего один регистр. Это модель TINY, когда формально 2 регистра, а реально – один (указательный). Это единственная модель с одним регистром.
SMALL – это когда все регистры имеют разные значения, но постоянные в течение выполнения одной программы. Но код – не больше 64 Кб.
Во всех остальных моделях – содержание регистра меняется по ходу программы (кроме SS).
Бывают модели памяти
-HUGE
-SMALL
-COMPACT
-MEDIUM
-LARGE
-HUGE
ВHUGE — несколько сегментов кода и данных.
§5. Память.
В 16-битовой архитектуре – все адресное пространство процессора называют памятью, но это не совсем правильно, память – это то, что на чипе памяти, а в адресном пространстве – чуть больше. Но она делится на три части.
—SMA – 640 Kб – для пользователя и ОС.
—UMA – 384 Кб – не физическая память, а некоторая системная.
—XMA – все остальное, расширенная память. Стандартно к ней нет доступа.
SMA и XMA — физическая память.
Обращение к ним всем трем одинаковое.
UMA используется особым образом, часть из нее – видеопамять.
XMA – в 16-битовой архитектуре стандартно недоступна, но если шина не 20 бит, а 24 бита, то уже можно. Но это уже расширенный режим адресации (для доступа нужно переключить микропроцессор в другой режим, что 16-битовая архитектура не поддерживает).
Такой стандарт через расширенный режим – XMS. Но существует еще стандарт EMS – выделяются адреса в UMA и накладываются на физическую память XMA. Для этого требуются драйвера.
В области XMA есть еще одна небольшая область – HMA (64 – 16 Кб), примыкает к UMA.
32-битовая архитектура.
Виртуальная и физическая память. Адресация к физической памяти – через один регистр.
§6. Монитор. Видеоадаптер.
Pixel – picture element со знаком умножения х.
Это одна точка, из которых формируется изображение. Для каждой точки нужно выделить несколько бит памяти для данных о цвете. В зависимости от того, сколько выделено, меняется число цветов.
4 бита – 16 цветов.
8 бит – 256 цветов.
Сейчас используются стандарты
—Real Color – 15 бит.
—True Color – 16 бит – не поровну на все цвета, на зеленый больше.
—High Color – 24 бита (3 байта).
Цвет формируется с помощью стандарта RGB.
Другая характеристика – размер экрана, задействуются все pixel или не все. Стандарты:
—EGA.
—VGA (640×480, 256 цветов).
Но количество точек и цветов не связано, их можно задавать отдельно.
—SVGA – 800×600, 256 цветов.
—XGA – 1024×768
—YGA – 1280×1024.
Существуют и другие.
DOS использовала текстовую моду, а Windows – графическую, но это характеристика железа, а не ОС. Про графическую мы уже поговорили. Для формировки изображений требуется объем видеопамяти. Видеопамяти в системе гораздо больше, чем для одного экрана. Поэтому она делится на страницы : одна страница – один экран.
-Текущая страницы – это та, которая используется программными средствами.
-Активная – та, что используется для формирования изображения на экране.
Если они совпадают, т изображение формируется на экране, а если нет, то сначала формируется, а потом выводится.
В текстовом режиме для формирования изображения используются позиции (группы пикселей). Чем больше точек в одной позиции, тем изображение лучше. Можно изобразить только 256 символов.
-1 байт – код символов.
-2-ой байт – байт атрибутов (цветность).
1ая половина – цвет фона (3 бита, RGB, 1 бит яркости), вторая половина – цвет символа (3 бита RGB, 1 бит мерцания).
§7. Клавиатура.
Существуют типа клавиш – модификаторы, алфавитно-цифровые, управляющие (F…).
Клавиши-модификаторы изменяют свойства вводимой клавиши или символа.
Когда нажимается клавиша, то в буфер клавиатуры (часть оперативной памяти ) заносится код символа (если алфавитно-числовой), код клавиши. После кода символа (scan код, на самом деле, их два, один на нажатие, другой на отпускание).
256 – это только символы, без Ctrl и Shift.
Управляющие символы задаются либо 0, либо 1. 0 – управляющая клавиша, 1 – нет. Текстовые редакторы понимают буфер клавиатуры и работают с ним.
При нажатии клавиши происходит следующее.
-микросхема клавиатуры заносит информацию в два байта в порты (scan-код и еще один).
-генерируется прерывание от клавиатуры. Это зачастую приводит к запуску обработчика прерываний.
-По Scan-коду понимаем, что за символ. Если управляющий или модификатор, то обработчик заносит информацию в байт модификатора.
-Информация передается в текущий буфер обмена.
Как отличить символы основного и национального алфавита?
Основной – стандарт ASCII, 7 бит. Так что если первый бит = 0, то основной – 127 символов, 1 – альтернативный, 128 символов.
§8. Магнитный диск.
Side – сторона, track – дорожка, sector – блок.
TRK – дорожка внутри цилиндра.
Для дискеты side – сторона дискеты, 2 дорожки внутри цилиндра.
Физически диск организован так же, как и раньше, только названия другие. Иногда side – head.
Разметка диска – создание логической структуры.
-Разбиение на разделы (максимум, 4), могут быть оставлены не задействованные места. 3 раздела могут быть расширенными, а один – первичный. В первичном разделе можно сделать один логический диск, а в расширенном – несколько.
PBS – управляющий диск.
Main Put Record — содержится программа начала загрузки.
Информация о разделах. Один из первичных разделов помечается как системный, в блоке PBS таблица логических дисков.
Организованный логический диск рассматривается, как самостоятельный, на нем может быть создана файловая система (FAT16, FAT32, NTFS). Диск становится доступным, если на нем создана файловая структура – метка, справочник о содержании, пространство для записи файлов.
Единица физической памяти — сектор размеров 512 байт. Кластер – несколько секторов. Величина кластера – важная характеристика логического диска.
