Синхронизация системы

ПК состоит из микропроцессора, памяти и устройств, связанных между собой тремя шинами. Каждый из этих элементов имеет уникальное место с собственным кодом, называемое, адресом. Это может быть адрес памяти или адрес ввода/вывода. Микропроцессор использует управляющую и адресную шины для чтения и записи на шину данных. Все операции чтения и записи осуществляются микропроцессором синхронно

Не все элементы в ПК могут функционировать, используя регулярные такты. Элементы, которые могут функциониро­вать в соответствии с тактами, рассматриваются как синхронные, а которые не могут, — как асинхронные.

Синхронное взаимодействие имеет место, когда все события происходят одновременно с регулярными тактами. По­добно марширующему оркестру, идущему в такт с ударами барабана, микропроцессор выполняет команды в соответствии с системными часами. В синхронном взаимодействии такт (обычно системных часов) сигнализирует о моменте события.

Набирая символы на клавиатуре, вы не можете синхронизировать нажатия клавиш с системными часам. Все происходящие асинхронные события обрабатываются контроллером прерываний. Контроллер прерываний служит интерфейсом между такими устройствами, как клавиатура, дисковод или дисплей, и микропроцессором и помогает обес­печить синхронный компьютер средствами обработки асинхронных событий. Если сигнал прерывания изменился со времени последней проверки контроллером прерываний, контроллер знает, что асинхронное устройство сообщило об очередном событии, и требует внимания. Хотя это вполне может контролироваться программным обеспечением.

Контроллер прерываний определяет, произошло ли событие, например, нажали ли вы клави­шу, и затем сигнализирует микропроцессору, что устройство требует внимания. Микропроцессор обнаруживает этот сиг­нал, называемый прерыванием, и буквально прерывает свое текущее задание с тем, чтобы обслужить устройство. Микро­процессор запрашивает (синхронно) контроллер прерываний, чтобы определить, какое устройство требует внимания. За­тем, когда обслуживание этого устройства микропроцессором завершилось, передается, например, нажатие клавиши, микропроцессор возвращается к прерванной работе.

Память

Все категории компьютеров используют память нескольких типов:

• L1 — кэш-память первого уровня (реализуемая в процессоре).

• L2 — кэш-память второго уровня (располагаемая на материнской плате или на процессоре).

• RAM — ОЗУ оперативная память.

• RОM – ПЗУ постоянное запоминающее устройство.

• Внешняя память (магнитные, магнитооптические и оптические носители).

Сache (кэш-память)

Элементы памяти, имеющие, по сравнению с оперативной памятью, меньшее время до­ступа и содержащие информацию о данных, необходи­мых CPU в первую очередь. Для кэш-памяти обычно используются очень дорогостоящие микросхемы ста­тической памяти — SRAM (Static -Random Access Memory);

Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десят­ков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-­память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.

Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.