Система прерываний. Периферийные устройства Подготовлен: Айтуар А

1. Перерыв системе . Применение , принцип работы и организации системы прерывания

2. Системы ввода – вывода

3. Технические возможности и применение периферийных устройств

4. Использование интерфейса и возможности основной интерфейс компьютера

1.ЭВМ представляет собой комплекс автономных устройств, каждое из которых выполняет свои функции под управлением местного устройства управления независимо от других устройств машины. Включает устройство в работу центральный процессор. Он передает устройству команду и все необходимые для ее исполнения параметры. После начала работы устройства центральный процессор отключается от него и переходит к обслуживанию других устройств или к выполнению других функций.

Можно считать, что центральный процессор Переключает свое «внимание» с устройства на устройство и с функции на функцию. Такое переключение определяется выполняемой ЦП программой. Во время работы в ЦП поступает (и вырабатывается в нем самом) большое количество различных сигналов. Сигналы, которые выполняемая в ЦП программа способна воспринять, обработать и учесть, составляют Поле зрения ЦП или другими словами — входят в зону его внимания. Например, если процессором исполняется программа сложения двух двойных слов, которая анализирует регистр флагов ЦП, то в “поле ее зрения” находятся флаги микропроцессора, определяющие знаки исходных данных и результата, наличие переноса из тетрады или байта, переполнение разрядной сетки и др. Такая программа готова реагировать на любой из сигналов, находящихся в ее зоне внимания (а поскольку именно программа управляет работой ЦП, то она определяет и “зону внимания” центрального процессора). Но если во время выполнения такой программы нажать какую-либо клавишу, то эта программа “не заметит” сигнала от этой клавиши, так как он не входит в ее “поле зрения”.

Для того чтобы ЦП, выполняя свою работу, имел возможность реагировать на события, происходящие вне его зоны внимания, наступления которых он “не ожидает”, существует Система прерываний ЭВМ. При отсутствии системы прерываний все заслуживающие внимания события должны находиться в поле зрения процессора, что сильно усложняет программы и требует большой их избыточности. Кроме того, поскольку момент наступления события заранее не известен, процессор в ожидании какого-либо события может находиться длительное время, и чтобы не пропустить его появления, ЦП не может “отвлекаться” на выполнение какой-либо другой работы. Такой режим работы (режим сканирования ожидаемого события) связан с большими потерями времени ЦП на ожидание. Кроме сокращения потерь на ожидание, режим прерываний позволяет организовать работу по диагностике и автоматическому восстановлению в момент возникновения нештатной ситуации, прервав выполнение основной работы таким образом, чтобы сохранить полученные к этому времени правильные результаты. Тогда как без режима прерываний обратить внимание на наличие неисправности система могла только после окончания выполняемой работы (или ее этапа) и получения неправильного результата.

Принцип действия системы прерываний заключается в следующем. При выполнении программы после каждого рабочего такта микропроцессора изменяются содержимое регистров, счетчиков, состояние отдельных управляющих триггеров, т. е. изменяется состояние процессора. Информация о состоянии процессора лежит в основе многих процедур управления вычислительным процессом. Не вся информация одинаково актуальна, есть существенные элементы, без которых невозможно продолжение работы. Эта информация должна сохраняться при каждом “переключении внимания процессора”. Совокупность значений наиболее существенных информационных элементов называется Вектором состояния или Словом состояния процессора (в некоторых случаях она называется Словом состояния программы).

2. В состав любой операционной системы входят программные модули, обеспечивающие управление устройствами ввода-вывода ЭВМ. Эти программные модули называют драйверами устройств, а совокупность драйверов ввода-вывода образует систему ввода-вывода, входящую в состав операционной системы.

Драйвер устройства (Device driver) – программа, обеспечивающая взаимодействие операционной системы с физическим устройством.

Система ввода-вывода (Input-Output System) – часть операционной системы, обеспечивающая управление внешними устройствами, подключенными к ЭВМ.

Основной задачей системы ввода-вывода является обеспечение непрерывной организации (планирования, управления) и двусторонней передачи данных между основной памятью и внешними устройствами с целью достижения максимального перекрытия во времени работы этой аппаратуры и процессора.

Состав систем ввода-вывода и, следовательно, перечень драйверов устройств в различных операционных системах не совпадают, что объясняется имеющимися отличиями в аппаратуре ввода-вывода, а также множеством методов, используемых для управления этой аппаратурой. Вместе с тем в большинстве операционных систем существует некоторое ядро системы ввода-вывода, получившее название базовой системы ввода-вывода.

Базовая система ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System) – часть программного обеспечения ЭВМ, поддерживающая управление адаптерами внешних устройств и представляющая стандартный интерфейс для обеспечения переносимости операционных систем между ЭВМ с одинаковым процессором. Базовая система ввода-вывода, как правило, разрабатывается изготовителем ЭВМ, хранится в постоянном запоминающем устройстве и рассматривается как часть ЭВМ.

При построении систем ввода-вывода аппаратура ввода-вывода рассматривается как совокупность аппаратурных процессоров, которые способны работать параллельно и независимо друг от друга, а также относительно центрального процессора. На таких процессорах развиваются так называемые внешние процессы. Внешние процессы, используя аппаратуру ввода-вывода, могут взаимодействовать как между собой, так и с внутренними процессами, которые развиваются на центральном процессоре. Важным фактом является то, что скорости развития внешних и внутренних процессов существенно различаются, причем эти различия могут достигать нескольких порядков.

Система управления вводом-выводом представляет собой один или несколько системных процессов (т.е. процессов, принадлежащих операционной системе), обеспечивающих информационное и управляющее взаимодействие внутренних и внешних процессов. Через эту систему происходит инициализация, управление развитием и уничтожение внешних процессов. С точки зрения внутренних (программных) процессов-пользователей система управления вводом-выводом представляет собой программный интерфейс с необходимыми для этих процессов внешними устройствами. В составе этого интерфейса пользователь имеет возможность выражать запросы на выполнение действий в отношении внешних устройств. При этом различают три типа действий: операции чтения и записи данных, операции управления устройством, операции по проверке состояния устройств. При построении систем управления вводом-выводом руководствуются стремлением сделать большинство ее компонентов «невидимыми» для пользователей, что достигается созданием развитых драйверов внешних устройств с понятным интерфейсом и доступными из любой системы программирования. Для сглаживания эффекта несоответствия скоростей между внутренними и внешними процессами в системах управления вводом-выводом применяют три основных метода: синхронизация по прерываниям ввода-вывода; буферизация ввода-вывода; блокирование данных.

Для синхронизации параллельной работы могут применяться различные методы, среди которых наиболее совершенными являются средства, основанные на использовании системы прерывания. Канал ввода-вывода через систему прерываний прерывает работу центрального процессора всякий раз при завершении операции ввода-вывода или при возникновении ошибки. Такие сигналы прерывания являются по своему смыслу синхронизирующими, т.к. они используются для оповещения определенного внутреннего процесса о событии, которое произошло при работе канала ввода-вывода или внешнего устройства. Одной из главных функций ОС является управление всеми устройствами ввода-вывода компьютера. ОС должна передавать устройствам команды, перехватывать прерывания и обрабатывать ошибки; она также должна обеспечивать интерфейс между устройствами и остальной частью системы. В целях развития интерфейс должен быть одинаковым для всех типов устройств (независимость от устройств).

3. Периферийные устройства – это любые дополнительные и вспомогательные устройства, которые подключаются к ПК для расширения его функциональных возможностей. Современные персональные компьютеры имеют в своем распоряжении множество периферийных устройств, которые подразделяются на устройства ввода информации, устройства вывода и устройства хранения информации. Устройствами ввода являются те устройства, посредством которых можно ввести информацию в компьютер. Сюда относятся: клавиатура, мышь, сканер, графический планшет и т.д. Клавиатура применяется для ввода теста и передачи команд пользователя. Клавиши на клавиатуре разделяются на несколько групп:

1.Буквенно-цифровые;br> 2.Управляющие (клавиши Enter, Backspace, Shift, Ctrl, Alt, Win, Caps Lock, Tab, Print Screen, Scroll Lock, Pause Break, Num Lock);

3.Функциональные (клавиши F1 – F12);

4.Клавиши управления курсором (Стрелки, Insert, Delete, Home, End, Page Up, Page Down);

5.Малая цифровая клавиатура.

Кроме перечисленных выше, на клавиатуре может находиться набор мультимедийных клавиш самого разного назначения. Также обычно имеются индикаторы режима Num Lock, Caps Lock, Scroll Lock. Устройство может подключаться по интерфейсу Ps/2,USB. Существуют также переходники, которые позволяют подключить USB клавиатуру в порт PS/2 и наоборот. На ноутбуках и нетбуках в целях экономии места могут отсутствовать некоторые группы клавиш. Также могут отсутствовать они и в обычных клавиатурах. Периферийные устройства — это обобщенное название устройств, подключаемых к ПК. Их разделяют на устройства ввода, вывода и ввода-вывода информации. Они могут быть как внешними, так и внутренними.

Внутренние – это те, которые устанавливаются на материнскую плату:

Жесткий диск;

Видеокарта;

Сетевая карта;

Wi-Fi адаптер;

Звуковая карта;

И другое оборудование, которое подключается в слоты PCI, PCI Express и SATA.

Внешние – те, которые подключаются к системному блоку снаружи.

Основные:

Монитор;

Мышь;

Наушники;

Микрофон;

Принтер;

МФУ;

4. Интерфейс — это «проводник» между человеком и программой, операционной системой, техническим устройством или способ взаимодействия приложений между собой. Человек дает команды с помощью интерфейса, устройство их анализирует и отвечает. Основные задачи, для решения которых он предназначен:

ввод и отображение информации (звук, изображение);

управление отдельными приложениями;

обмен данными с другими устройствами;

взаимодействие с операционной системой.

Интерфейс подразумевает взаимодействие не только человека и техники, но и компьютер-программа, программа-программа, компьютер-устройство. Например, когда устройства подключают к системному блоку компьютера, как способ взаимодействия используют разъем.

Виды интерфейсов

Одни виды взаимодействия позволяют получить больше контроля над компьютером или смартфоном, но требуют дополнительных навыков. Другие — более комфортные, но предоставляют меньше возможностей. У каждого типа есть свои особенности.

Командная строка

Через командную строку можно выполнить максимальное количество операций — это прямой способ общения с операционной системой. Чтобы набрать команду, нужно ввести текст на языке компьютера и нажать Enter, компьютер начнет выполнять.

Минус способа в том, что он подходит только подготовленным пользователям. В командной строке нет вспомогательных графических элементов, для взаимодействия придется освоить язык, а чтобы команды работали — нельзя допускать ошибок.

Графический и текстовый

Графика упрощает взаимодействие с компьютером, с ней работать гораздо легче и комфортнее, чем с текстом. В роли графического интерфейса выступают такие элементы:

иконки;

меню;

рисунки и схемы;