Принцип программного управления является определяющим в компьютерной технике. Этот принцип определяет способ получения полезного эффекта от компьютеров: человек, используя свой интеллект, один раз "пишет" программу для компьютера, а затем эту программу можно выполнять на компьютере произвольное число раз, с одной и той же точностью исполнения, как и в первый раз.
Основой любого компьютера является процессор (микропроцессор). В некоторых компьютерах используют несколько микропроцессоров (в суперкомпьютерах может быть несколько тысяч микропроцессоров). Современные технологии позволяют размещать в одном кристалле сотни процессоров (ядер), такие кристаллы обычно называют многоядерными процессорами. Вопрос стабильности и надежности функционирования микропроцессорных систем является самым важным для большинства областей применения компьютерной техники.
Процессор является единственным активным компонентом компьютера, после включения электропитания он самостоятельно начинает выполнять созданную для него программу, которая представляет собой последовательность команд (инструкций) процессору. "Главной функцией" любого микропроцессора является выполнение набора команд, определенных для него разработчиками данного микропроцессора.
Любой микропроцессор (МП) предназначен и для выполнения ряда аппаратных функций, обеспечивающих эффективное и надежное выполнение этих команд. Программы и данные доступны для процессора только в том случае, если они находятся в оперативной памяти (динамической или ПЗУ). Командами человек (программист) указывает микропроцессору последовательность действий, реализующих задачу, решаемую программистом на персональном компьютере. Программа, состоящая из команд процессора, должна находиться в оперативной памяти (динамической или ПЗУ), но так как размер оперативной памяти ограничен, основной объем программ и данных в виде файлов хранится во "внешней памяти" т. е. на "жестких" магнитных дисках и других носителях информации. Процессор для выполнения служебных или прикладных программ, находящихся, например, на дисках, осуществляет (с помощью других программ) сначала загрузку этих программ с диска в динамическую память, и только после этого "программы с дисков" становятся доступными для микропроцессора.
Все компоненты компьютера (устройства ввода-вывода, устройства внешней памяти и т.д.) объединяются в единую систему с помощью системного интерфейса, который является общей информационной магистралью компьютера, по которой происходит обмен информацией между процессором, памятью и периферийными устройствами. Операции обмена на системном интерфейсе, как правило, инициирует микропроцессор (за исключением обмена по прямому доступу в память).
Внешние устройства и их контроллеры - после начального «сброса» системы по сигналу RESET, устанавливаются в исходное начальное состояние и ждут команду (получив команду будут ее исполнять). Некоторые «интеллектуальные» контроллеры устройств (например HDD) выполняют функцию самодиагностики и затем ждут команду (получив команду будут ее исполнять). Ячейки оперативной памяти (DRAM или ПЗУ BIOS) - после начального «сброса» системы по сигналу RESET, готовы к выполнению операций чтения и записи. Системная шина - после начального «сброса» системы по сигналу RESET, обеспечивает процессору (и устройствам прямого доступа) возможность выполнения операций чтения и записи в регистры контроллеров, в регистры чипсета, микросхем и в ячейки оперативной памяти.
После включения электропитания, после завершения системного сброса (по сигналу RESET), процессор формирует адрес для выборки начальной команды, и инициирует на системном интерфейсе операцию "Чтение команды". Считывает из памяти (ПЗУ BIOS) команду, принимает ее в свой регистр (регистр инструкций), и отрабатывает ее. Затем автоматически формирует адрес для выборки следующей команды программы и т. д.
Для эффективного выполнения последовательности команд (программы) аппаратура процессора обычно выполняет ряд следующих вспомогательных функций:
-инициирует операции обмена на системном интерфейсе (это «главная внешняя функция» аппаратуры процессора);
- выполняет процедуры прерывания;
- выполняет арбитраж запросов на захват интерфейса;
- реализует выполнение циклов обмена на системном интерфейсе с холостыми тактами ожидания (асинхронный обмен);
- реализует функции энергосбережения;
- автоматически формирует адрес первой выбираемой команды;
- автоматически формирует адрес следующей выбираемой команды;
- выполняет автоматическое отключение при повышении температуры выше заданного уровня и другие полезные функции.
Во время выполнения команд или аппаратных функций в компьютере идет обмен по шине данных системного интерфейса между одним из регистров микропроцессора и другим программно-доступным элементом компьютера, расположенным вне микропроцессора, например, с ячейками в оперативной памяти, регистрами в контроллерах внешних устройств и чипсете (исключение составляет обмен по прямому доступу в память, когда в обмене участвуют ячейки оперативной памяти и регистр данных контроллера соответствующего внешнего устройства).
А что есть у процессора для управления внешними устройствами (устройствами ввода, вывода, устройствами внешней памяти)? Есть две команды: IN и OUT ( IN AL,DX «чтение порта» и OUT DX,AL «запись в порт»), выполняя эти команды он может записывать в регистры контроллеров внешних устройств команды, данные, читать из регистров контроллеров внешних устройств данные и информацию о состоянии и ошибках в устройстве. Есть аппаратная функция «прерывание» повышающая эффективность обслуживания внешних устройств компьютера. Есть еще две команды — INS, OUTS позволяющие программистам удобно программировать обмен данными, например, между буфером данных HDD и оперативной памятью. А что вообще доступно процессору во «внешней среде»? Доступны регистры контроллеров внешних устройств, регистры чипсета и других микросхем, ячейки оперативной памяти (DRAM или ПЗУ BIOS).
Компьютер содержит множество устройств, которые при работе потребляют много электроэнергии и обильно выделяют тепло, например, процессор или чип северного моста, диски, видеоадаптер и другие компоненты ПК. Почти все ноутбуки страдают от перегрева графического чипа. В результате перегрева графический чип со временем выходит из строя, что влечет за собой ремонт ноутбука. Кроме того, желательно минимизировать потери электроэнергии, связанные с работой таких энергоемких компонентов компьютера. Поэтому вопросы контроля и управления электропитанием жизненно важны для повышения надежности функционирования и энергосбережения ПК.
Для управления режимами электропитания и минимизации связанных с этим процессом потерь электроэнергии (что особенно важно для мобильных вариантов) разработано несколько стандартных технологий. Современные компьютеры разрабатываются в соответствии с положениями сертификата технологии Energy Star агентства по защите окружающей среды EPA (Environmental Protection Agency). Необходимость тщательного отслеживания состояния температуры "железа" связана с тем, что стабильность работы компьютера в целом, как и долговечность отдельных комплектующих, напрямую зависит от их рабочей температуры. Увеличение частоты также вызывает резкое увеличение тепловыделения. Таким образом, рабочая температура связана с комплексом характеристик и свойств устройств:
- энергопотреблением,
- тепловыделением,
- рабочим напряжением,
- частотой.
Помимо сугубо технических характеристик, определяющих номинальные температуры устройства, большое влияние оказывают условия эксплуатации (необходимо учитывать поправочные коэффициенты на эти факторы).
Версия сайта для слабовидящих