Логическая организация памяти

Фундаментальные решения были приняты при разработке первых PC. Для того, чтобы микропроцессор 8088 мог пользоваться, она должна быть адресуемой. Как известно, используемый в IBM РС, PC/XT микропроцессор i8088 через свои 20 адресных шин предоставляет доступ всего к 1-Мбайтному пространству памяти.

 Конструкторы IBM решили выделить специальные области памяти для специфически целей. Они разделили всю память на разделы, и каждый раздел предназначался для реализации своих функций. Результирующая диаграмма названа картой памяти. При разработке PC половина всей памяти была зарезервирована. Верхняя половина адресного пространства, была выделена для содержания кодов BIOS и для прямого процессорного доступа к памяти, используемой видеосистемой. Первые несколько Кбайт были зарезервированы под информацию о системе и расположение конкретных секций кодов, которые выполнялись на момент возникновения прерываний программного обеспечения. Эти ячейки памяти называются векторами прерывания, а функция программного кода - механизмом прерывания.

В конце адресного пространства располагается буфер клавиатуры - номиналом 16 байт. Здесь хранятся 16 последних символов введённых с клавиатуры. Этот буфер нужен для сохранения набранного текста во время, когда процессор занят другой задачей, после того как он освободится, текст будет обработан. Омерзительный писк компьютера означает - буфер переполнен и дальнейший набор бессмысленен. Кроме того, различные системные флаги, указывающие на внутреннее состояние системы, также хранятся в нижнем разделе памяти.

В те дни, когда большинство компьютеров имели 60К памяти, 512К казались царской щедростью. Поэтому 128К были отданы под юрисдикцию программного обеспечения, остальные 384К от начала адресного пространства, предназначались для использования программами BIOS и видеопамятью. Эти решения выделяли 640К стандартной памяти (conventionalmemory) для DOS - это был максимум адресуемого пространства, которым мог оперировать 8088 при выполнении программ. Со временем эти 640К были названы базовой памятью, потому что это является основополагающим стандартом, на котором должны базироваться все IBM совместимые системы.

14.Дополнительная (expanded) память

Почти на всех персональных компьютерах область памяти UMB (UpperMemoryBlocks) редко оказывается заполненной полностью. Пустует, как правило, область расширения системного ROM BIOS или часть видеопамяти и области под дополнительные модули ROM.

На этом и базируется спецификация дополнительной памяти EMS (ЕхpandedMemorySpecification), впервые разработанная фирмами LotusDevelopment, Intel и Microsoft (поэтому называемая иногда LIM-спецификацией). Эта спецификация позволяет использовать оперативную память свыше стандартных 640 Кбайт для прикладных программ.

Принцип использования дополнительной памяти основан на переключении блоков (страниц) памяти. В области UMB, между видеобуфером и системным RGM BIOS, выделяется незанятое 64-Кбайтное "окно", которое разбито на страницы. Программные и аппаратные средства позволяют отображать любой сегмент дополнительной памяти в любую из выделенных страниц "окна(TM). Хотя микропроцессор всегда обращается к данным, хранимым в "окне" (адрес ниже 1 Мбайта), адреса этих данных могут быть смещены в дополнительной памяти относительно "окна" на несколько мегабайт.

В компьютерах на процессоре i8088 для реализации дополнительной памяти должны применяться специальные платы с аппаратной поддержкой "подкачки" блоков (страниц) памяти и соответствующий программный драйвер. Разумеется, платы дополнительной памяти могут устанавливаться и в компьютер на базе процессоров i80286 и выше.

15.Расширенная (extended) память

Компьютеры, использующие процессор l80286 с 24-разрядными адресными шинами, физически могут адресовать 16 Мбайт, а в случае процессоров i80386/486 - 4 Гбайта памяти.

 

	Expanded- память
	Область HMA				Область НМА - память
^1024 K		^10000h
	Системный ROM BIOS				ROM BIOS
^960 K		^F000 h
	Расширение ROM BIOS
^896 K		^E000 h			" Окно EMS "
	... ...
	HardDisk ROM BIOS				I/O ROM BIOS
		^C800 h
^784 K	EGA/VGA ROM BIOS	^C000 h
					Видеопамять
^768 K	Дисплей CGA
					ОЗУ
^736 K	Монохромный дисплей	^B000 h
	Дисплей EGA/VGA
	... ... ...	^A000 h			Драйвер ЕМM.SYS
	TSR-прогрсммы
	DOS				DOS
^0 K
Рисунок  85 - Дополнительная память				Рисунок  86 - Расширенная память

 

Наиболее существенным различием расширенной (базовой) и дополнительной памяти является то, что программы, работающие в реальном режиме, не могут выполняться в дополнительной памяти. А так как DOS написан для реального режима, ему приходится обходиться только базовой памятью. Но сказать, что дополнительная память бесполезна в реальном режиме - неверно.

 Программы не знают, как адресоваться к дополнительным ячейкам памяти. Но дополнительная память может быть использована для хранения информации. А следовательно, просто нужно разработать программное обеспечение, чтобы использовать возможности дополнительной памяти. И такие DOS-программы существуют. Прекрасный пример тому имитатор логического диска - VDISK, который поддерживается DOS, начиная с версии 3.0. Хотя программные коды VDISK выполняются в обычной памяти DOS в реальном режиме, дополнительная память может использоваться для хранения данных. Так как OS/2 может функционировать в защищенном режиме, ей доступны все ресурсы дополнительной памяти. Однако стоит напомнить, что, когда OS/2 использует подпрограммы старушки DOS, ей приходится довольствоваться ограничениями памяти реального режима в 640 Кб.

В апреле 1985 года несколько месяцев спустя после представления первых AT с несколькими Мб дополнительной памяти - главное издательство по программному обеспечению и разработчик технического обеспечения сформулировали свой собственный метод преодоления ограничения в 640 Кб старых компьютеров на 8088 микропроцессоре, работающих в DOS. Через несколько месяцев к ним присоединилась и MicrosoftCorporation. Их разработка названа Lotus - Intel-MicrosoftExpendedMemorySpecification или LIM память, или EMS, или просто расширенная память. Первая версия была названа EMS 3.0, чтобы указать на совместимость с тогда последней версией DOS. Новая система отличалась как от базовой памяти, так и от дополнительной. Она не была в пределах адресного пространства центрального микропроцессора. Её работа основывалась на специальной схеме технического обеспечения, которая функционировала наподобие переключателя. Это устройство переключало банки памяти из нормального адресного пространства 8088 микропроцессора, где чип мог читать и писать в неё.

Эта схема, названная переключателем банков, не была ни новой ни необычной. Подобное устройство использовалось в компьютерах на Z80 для преодоления лимита в 64К. Первые EMS имели дело с расширенной памятью, разбитой на банки по 16К. Представление AT с потенциально адресуемыми 16М затмило EMS, пока тяжелая действительность недоступности дополнительной памяти была до конца осознана. Даже несколько имеющихся программ, которые могли пользоваться достоинствами EMS, были более полезны чем драйвер VDISK, который был единственной совместимой с DOS программой, позволяющей использовать дополнительную память.

 Все программное обеспечение EMS можно было разделить на две группы. Первая использует возможности 80386 работать с картами памяти виртуальных страниц. Вторая копирует банки в 16К из  дополнительной памяти в основную. Хотя оба типа программ эффективно используются, Lotus заявляет, что системы использующие копирование блоков программ, не могут обеспечить полную корректную реализацию EMS.

 

16.Вопросы:

 

1. Определение архитектуры ОЗУ. Краткое описание кэш-памяти.

2. Краткое описание статической памяти.

3. Маркировка модулей памяти.

4. Стандарт РС 100.

5. Дополнительная память.

 

Тема 17:

"Корректирующие коды"

Содержание:

1. Основные понятия и определения
2. Принцип обнаружения и исправления ошибок корректирующими кодами

2.1 Коды с обнаружением и исправлением ошибок

2.2 Кодовое расстояние, избыточность кода

2.3 Энергетический выигрыш

1. Простейшие корректирующие коды

3.1 Код с четным числом единиц

3.2 Код с постоянным весом

3.3 Инверсный код

4. Групповые коды

4.1 Кодирование и декодирование групповых кодов

4.2 Коды Хэмминга

5. Вопросы

1.Основные понятия и определения

Кодами в широком смысле принято называть системы соответствий между элементами сообщения и кодовыми символами, при помощи которых эти сообщения могут быть зафиксированы и при необходимости переданы на расстояние или использованы для дальнейшей обработки.

В соответствии с теоремой Шеннона для дискретных каналов связи (ДКС) с помехами информация в таких каналах может передаваться со сколь угодно высокой степенью достоверности при условии, что скорость передачи информации не превышает пропускной способности канала. Этим фундаментальным положением теории информации Шеннон показал кардинальный путь решения задачи надежной передачи данных путём так называемого помехоустойчивого кодирования сообщений перед передачей их по дискретному каналу связи.

Любая система передачи сообщений (система передачи информации) безусловно включает в себя источник сообщений, устройство преобразования передаваемых сигналов (УПС передачи), линию связи, устройство преобразования принимаемых сигналов (УПС приёма) и получатель сообщений (Рисунок  46). При передаче дискретных сообщений УПС передачи и приёма содержат кодек (кодер и декодер), в котором может использоваться помехоустойчивый (корректирующий) код, способный обнаруживать и исправлять ошибки, возникающие в канале связи под действием помех.

Ошибки при передаче кодированного сигнала сводятся к тому, что некоторые из переданных кодовых символов из-за влияния помех заменяются другими, в двоичном канале это проявляется в переходах 1 в 0 или 0 в 1.

Если входные и выходные сигналы канала являются дискретными, то и канал называется дискретным. Математическая модель дискретного канала связи требует, как известно, описания следующих параметров:

· алфавитов входных и выходных сообщений;

· скорости передачи элементов алфавита;

· переходных вероятностей.

 

 

Диаграмма состояний и переходов для двоичного дискретного канала связи с помехами показана на Рисунок  47, где S ₀, S ₁ – алфавит источника; y ₀, y ₁ – алфавит на выходе канала; p (y_i / S_j) – переходные вероятности.

Характеристики непрерывного канала (в том числе характер действия помех в линии связи) проявляются в свойствах переходных вероятностей дискретного канала (ДК). В результате этого ДК могут быть:

· симметричными, когда переходные вероятности p (y_i / S_j) одинаковы для всех i ¹ j и, соответственно, несимметричными в противном случае;

· без памяти, когда переходные вероятности p (y_i / S_j) не зависят от того, какие символа и с каким качеством передавались до данного символа S_j, и, соответственно, с памятью в противном случае;

· без стирания, когда алфавиты на входе канала и выходе демодулятора (1-ое решающееустроство) совпадают, в канале со стиранием алфавит на выходе демодулятора имеет дополнительный символ стирания, который формируется в том случае, если демодулятор не может с заданной надёжностью опознать переданный символ.

Ошибки в симметричных каналах без памяти независимые и определяются вероятностью ошибки p, примером такого канала является биномиальный канал. В каналах с памятью ошибки пакетируются (группируются), примером такого канала является марковскиий канал.

Прежде всего вспомним, что под помехоустойчивостью систем связи понимают способность её противостоять вредному влиянию помех или, другими словами, это способность системы связи функционировать с заданным (требуемым) качеством в условиях воздействия помех.

При передаче дискретных сообщений воздействие помех на передаваемый сигнал в линии связи будет сопровождаться искажением принимаемого сигнала (по сравнению с передаваемым) и возникновением ошибок в принимаемой дискретной последовательности. Количественной мерой достоверности (мерой качества) передачи дискретных сообщений является вероятность ошибки в принимаемой последовательности.

Из теории помехоустойчивости известно, что вероятность ошибки на приеме зависит от отношения сигнал/шум на входе решающего устройства приемника:

- при неоптимальном приеме - это отношение средней мощности сигнала P _с к средней мощности помехи P _п, тогда

h ² = P _с / P _п;                                                         (1.1)

при этом P _с определяется его амплитудой U_m и для гармонического сигнала P _с = U ² _m /2, а P _п = N ₀ * f _пр, N ₀ - спектральная плотность мощности помехи (типа белого шума), f _пр - полоса пропускания канала связи;

- при оптимальном приеме - это отношение энергии элемента сигнала E _ск спектральной плотности мощности помехи N ₀, тогда

h ²₀= E _с / N ₀ = P _с T / N ₀ = U ² _m T /2 N ₀.                                (1.2)

Эти соотношения указывают энергетический путь повышения достоверности передачи информации, а именно: либо увеличением амплитуды сигнала U_m, либо увеличением длительности элемента сигнала T, но за счет уменьшения скорости передачи сообщений (модуляции) V = 1/ T. В ряде случаев такой путь оказывается неприемлемым, например, в каналах с принципиально ограниченной энергетикой (гидроакустические, спутниковые каналы связи), в каналах с замираниями и др.

Практика создания систем связи различного назначения показала, что эффективным методом повышения достоверности передачи информации дискретными сообщениями является использование помехоустойчивых (корректирующих) кодов. Помехоустойчивое кодирование основано на введении в передаваемую последовательность двоичных символов 1 и 0 специально организованной избыточности, предназначенной для обнаружения и исправления ошибок на приеме перед выдачей сообщения получателю.