Компьютерная Энциклопедия

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Мини блог

Самое читаемое

Системные платы

Системные ресурсы

Системными ресурсами называются коммуникационные каналы, адреса и сигналы, используемые узлами компьютера для обмена данными с помощью шин. Обычно под системными ресурсами подразумевают следующее:

• адреса памяти;
• каналы запросов прерываний (IRQ);
• каналы прямого доступа к памяти (DMA);
• адреса портов вводавывода.

В приведенном списке порядок размещения системных ресурсов соответствует уменьшению вероятности возникновения из-за них конфликтных ситуаций в компьютере. Наиболее распространенные проблемы связаны с ресурсами памяти; иногда разобраться в них и устранить причины их возникновения довольно сложно. Более подробно эти проблемы рассматриваются в главе 6. В настоящей главе речь пойдет о других видах перечисленных выше ресурсов.

Исторически сложилось так, что конфликты запросов к прерываниям IRQ всегда вызывали больше проблем, чем использование каналов прямого доступа к памяти (DMA). Это связано преимущественно с тем, что практически все платы расширения используют прерывания, а каналы DMA в основном требуют только платы, поддерживающие устаревший стандарт ISA. К тому же каналов прямого доступа к памяти более чем достаточно. Порты вводавывода также используются всеми устройствами, взаимодействующими с шинами. Однако количество портов ограничено только 64 Кбайт памяти; это значит, что в данном вопросе есть где разгуляться. Для обеспечения индивидуализации всех устройств нужно гарантировать, что каждый конкретный системный ресурс используется не более чем одной платой или устройством; в большинстве случаев системные ресурсы не могут использоваться совместно.

Все эти ресурсы необходимы для различных компонентов компьютера. Платы адаптеров используют ресурсы для взаимодействия со всей системой и для выполнения специфических функций. Каждой плате адаптера нужен свой набор ресурсов. Так, последовательным портам для работы необходимы каналы IRQ и уникальные адреса портов ввода-вывода, а аудиоустройствам требуется еще хотя бы один канал DMA. Большинством сетевых плат используются блок памяти емкостью 16 Кбайт, канал IRQ и адрес порта ввода-вывода.

По мере установки дополнительных плат в компьютере растет вероятность конфликтов, связанных с использованием ресурсов. Конфликт возникает при установке двух или более плат, каждой из которых требуется одна и та же линия IRQ или адрес порта ввода-вывода. Иногда в таких ситуациях на помощь приходит функция автоматического конфигурирования Plug and Play. Эта технология позволяет “развести” разные устройства на разные ресурсы. В некоторых старых платах расширения имеются перемычки или переключатели, установив которые, можно изменить предусмотренную по умолчанию конфигурацию потребления ресурсов. Некоторые карты адаптеров сопровождаются программным обеспечением, позволяющим сконфигурировать их настройки. Также настройка ресурсов отдельных устройств может быть выполнена в диспетчере устройств операционных систем семейства Windows 9x и более поздних версий. Даже если автоматическая настройка отработала неправильно, всегда можно применить логический подход и вручную назначить разные ресурсы конфликтующим устройствам. Главное здесь — знать правила игры.

К счастью, все современные системы с поддержкой ACPI и все новые шины типов PCI и PCI-Express редко сталкиваются с проблемами конфигурирования этих ресурсов. Практически всегда конфигурирование выполняется автоматически и без проблем.

Встроенные системные утилиты Windows, о которых нужно знать! 11 инструментов

Использование встроенных утилит операционной системы Windows, в большинстве случаев бесспорно оправдано! Первое немаловажное обстоятельство, это то, что не нужно скачивать сторонний аналогичный софт, не имея для этих целей достаточно веских оснований. К чему засорять системный диск Виндовс лишними кило-и-килобайтами…

Одно это казалось бы бесспорно! но, однако, о наличии подобных полезных утилит нужно ещё знать. Узнать и использовать!

Чем мы сегодня и займёмся. Многие описанные ниже системные утилиты присутствуют как в Windows 10, 8.1 так и в Windows 7.

Что ж… рассмотрим встроенные системные утилиты Windows по порядку:

обзор системных утилит Windows

В статье рассмотрим несколько полезных системных утилит, кои помогут получать сведения о ОС и решать многие задачи: например, тонкая диагностика ОС! основываясь на полученные данные о работе, возможно задавать боле соответственное нашим взглядам поведение (работу) самой системы…

Лучшие бесплатные программы на каждый день, о которых нужно знать — 14 штук!

вернуться к оглавлению ↑

конфигурация системы Windows

Это самая первая утилита системы, на которую, на мой взгляд, стоит обратить внимание и её средствами отстроить параметры загрузки. Утилита присутствует во всех финальных версиях Виндовс от 7 до 10.

Для того чтобы зайти в настройки конфигурации, следует запустить так называемый «интерпретатор» — попросту окно «Выполнить» (наиболее полно расписано о командах для Выполнить здесь).

Варианты доступа в недра настроек «выполнить» таковы:

В поисковом окне — на панели задач Windows 10 или в меню Пуск Windows 7 — вписываем фразу «Конфигурация системы» (как вернуть в виндовс 10 меню Пуск).

Другой способ: использовать горячие клавиши Win+R (Win — это клавиша клавиатуры с эмблемой Windows), далее в окно «Выполнить» пропечатать команду msconfig — и непременно нажать Enter . (подборка полезных горячих клавиш — сэкономит полезное время при работе с системой)

…окно настроек имеет несколько полезных вкладок (подменю).

Первое меню «Общие» — позволяет выбрать варианты последующей загрузки системы Windows. Например, отключить какие-то «службы системы» не являющиеся при каких-то обстоятельствах важными. …либо исключить из старта загрузки драйверы, если есть подозрение на их некорректную отработку — при отключении используется так называемая чистая загрузка ОС виндовс.

«Загрузка» — очень!! интересная вкладка! позволяет, например, выбрать и установить по умолчанию основную загружаемую систему (это если систем несколько).

Также возможно включить (для следующей загрузки) «Безопасный режим», коли есть подозрения на системные неполадки: тестирование даст возможность всё это выявить.

Что интересно! возможно проследить отработку драйвера видеокарты, запустив базовый драйвер ( базовое видео ).

Далее… (я не стану через чур сорить скриншотами) «Службы» — в настройках вкладки возможно включить-отключить службы для последующего старта загрузки системы, для примера: оставить только служебные Microsoft — та же «чистая загрузка» — всё это для исследовательских целей диагностики.

«Автозагрузка» — в виндовс 7 в этих настройках возможно отключить или включить (в старте загрузки системы) ту или иную программу. Например, не всем постоянно требуется Microsoft Word и пр. можно исключить…

Для Виндовс 8-10 для этих целей используется «Диспетчер задач».

«Сервис» — используется для быстрого запуска системных утилит: кстати, обратите внимание — напротив имени утилиты есть кое-какие пояснения…

Системные ресурсы

В определенном смысле все в РС является системным ресурсом — системная память, скорость процессора, емкость жесткого диска и др. Однако в системе есть несколько специальных ресурсов, которые разделяют использующие их различные устройства. Большей частью это не физические компоненты системы, хотя они реализованы аппаратными средствами. По существу, это логические компоненты системы, которые управляют ее работой; именно поэтому их называют системными ресурсами (system resources) РС.

Системные ресурсы имеют важное значение, потому что их разделяют различные устройства РС. К этим устройствам относятся не только материнская плата и другие основные компоненты РС, но устройства расширения, дополнительные карты и периферийные устройства. Ресурсы используются, главным образом, для взаимодействия и передач информации между этими устройствами. По историческим причинам объем системных ресурсов довольно ограничен и по мере добавления в РС новых периферийных устройств становится труднее найти достаточно ресурсов для удовлетворения всех требований. Такая ситуация может привести к конфликтам ресурсов (resource conflicts), которые являются наиболее распространенными проблемами при конфигурировании новых РС, а эти проблемы наиболее трудно диагностировать и устранять.

Далее рассмотрены все типы системных ресурсов РС и основные аппаратные устройства, которые управляют ими или доступом к ним. Для каждого ресурса приведены таблицы, показывающие распределение ресурсов в типичном РС, а также какие ресурсы обычно используют различные периферийные устройства. Отметим, что звуковая карта считается основным компонентом современного РС и она требует для работы значительных ресурсов. Обсуждаются также конфликты ресурсов и их устранение. Рассмотрена также технология Plug and Play, которая упрощает распределение ресурсов и автоматически устраняет конфликты ресурсов.

Примечание: Термин «системный ресурс» иногда применяется для областей памяти, используемых операционной системой Windows. Однако это совершенно другое понятие и мы этого касаться не будем.

Прерывания

Прерывания являются наиболее известными системными ресурсами и о них слышал каждый пользователь РС. Прерывание (interruption) представляет собой сообщение от одного компонента компьютера другому (обычно процессору), которое указывает ему остановить текущие действия и выполнить что-то другое. Запрос прерывания (Interrupt ReQuest — IRQ) — это название реального сигнала, который используется, когда периферийное устройство запрашивает прерывание процессора.

Прерывания играют ключевую роль в выполнении процессором ввода-вывода и интерфейсах с каждым периферийным устройством компьютера — от клавиатуры и мыши до жесткого диска и модема. При установке карты расширения в слот она подключается к шине ввода-вывода и теперь может передавать и принимать данные. Управление передачами данных осуществляется с помощью прерываний.

Причины применения прерываний

Процессор может одновременно выполнять только одну работу. Однако мы используем компьютеры таким образом, который требует, чтобы процессор, хотя бы виртуально, выполнял одновременно несколько работ. В операционной системе Windows 95 это проявляется наиболее отчетливо: можно редактировать документ и одновременно загружать информацию через модем, а также прослушивать компакт-диск. Процессор способен реализовать это, разделяя свое время между различными выполняемыми программами и различными устройствами, требующими его внимания. Нам только кажется, что процессор одновременно выполняет несколько работ благодаря той огромной скорости, с какой он может переключаться между задачами.

Большинству компонентов РС требуется посылать информацию процессору и принимает ее от процессора и они должны «уметь» привлечь внимание процессора, когда им требуется произвести передачу информации. Процессор должен организованно управлять передачами информации от различных компонентов РС. Имеются два основных способа, которыми может воспользоваться процессор:

• Опрос: Процессор может по очереди обращаться к каждому устройству, проверяя требуется ли им его внимание. Такой способ называется опросом, или полингом (polling). В некоторых компьютерах такой способ применяется на практике, но для процессора РС он не годится по двум основным причинам. Во-первых, на него бесполезно расходуется время процессора: непрерывный опрос всех устройств расходует много тактов, которые процессор мог бы использовать на выполнение чего-то полезного. Это тем более малоэффективно, потому что в большинстве случаев ответом будет «нет». Во-вторых, разные устройства требуют от процессора разной скорости опроса, например мышь требует внимания намного реже, чем жесткий диск, когда он активно передает данные.
• Прерывание: Второй способ для процессора управлять передачами информации состоит в том, чтобы разрешить устройствам самим запрашивать процессор, когда им требуется его внимание. Собственно, этот способ и лежит в основе прерываний. Когда устройство имеет данные для передачи, оно генерирует прерывание, которое сообщает «Мне требуется внимание». Процессор прекращает текущую работу и работает с устройством, которое запросило его внимание. Фактически процессор может одновременно обрабатывать несколько таких запросов, учитывая приоритеты каждого запроса и определяя, какое устройство обслуживать первым.

Может показаться, что постоянно прерываемый РС будет работать неэффективно. Это напоминает ситуацию, когда телефон в офисе звонит через пять минут и вы не можете делать ничего другого кроме ответов на звонки. Однако без звонка в телефоне вам пришлось бы брать трубку через каждые 30 секунд, проверяя, не пытается ли кто-то связаться с вами. Интересно сравнить, насколько быстрее процессор по сравнению с другими устройствами, которые передают ему информацию. Предположим, что ввод с клавиатуры производится с очень быстрой скоростью 120 слов в минуту. Если принять, что в среднем слово состоит и пяти букв, получается 600 символов в минуту. Оказывается, при вводе с такой скоростью процессор с рабочей частотой 500 МГц выполнит 50 млн команд между каждым ударом по клавише! Теперь становится понятнее, почему процессор практически будет простаивать, постоянно проверяя, готов ли символ на клавиатуре.

Наряду с рассматриваемыми здесь аппаратными прерываниями имеются и программные прерывания (software interrupts). Их используют различные программы в ответ на разнообразные события, возникающие при выполнении операционной системы или приложения. По существу оказывается, что процессор прерывает сам себя! Этим объясняется, почему процессор способен выполнять много работ одновременно. Программные прерывания позволяют также одной программе обращаться к другой, не зная, где в памяти находится эта вторая программа.

Контроллеры прерываний

Прерывания устройств подаются в процессор с помощью схемы, называемой контроллером прерываний (interrupt controller). С первых РС контроллером прерываний служила микросхема 8259 фирмы Intel; полное название этой микросхемы — программируемый контроллер прерываний (Programmable Interrupt Controller — PIC). В современных материнских платах микросхема 8259 встроена в чипсет.

Контроллер прерываний имеет восемь входных линий, которые воспринимают запросы от восьми устройств. Контроллер передает запрос в процессор, сообщая, какое устройство выдало запрос (номер прерывания от 0 до 7, запущенного устройством). В первых компьютерах PC и XT был один контроллер и они поддерживали только прерывания от 0 до 7.

На рисунке приведена блок-схема контроллера прерываний. Восемь линий запросов прерываний вначале подаются в регистр маски прерываний (Interrupt Mask Register — IMR) для проверки того, замаскированы (запрещены) они или нет. Если прерывание замаскировано, оно больше не обрабатывается. Незамаскированные прерывания регистрируют свои запросы в регистре запроса прерывания (Interrupt Request Register — IRR).

Регистр запроса прерывания сохраняет все запрошенные IRQ до их полной обработки. При необходимости содержание этого регистра процессор может считать для анализа. Далее схема учета приоритетов (Priority Resolver) просто выбирает IRQ с высшим приоритетом. Высший приоритет имеют прерывания с меньшими номерами. Например, наивысший приоритет имеет IRQ0, затем идет IRQ1 и т.д.

После того, как контроллер определил подлежащий обработке запрос IRQ, он должен сообщить об этом процессору, чтобы он выполнил соответствующую процедуру обслуживания прерывания (Interrupr Service Routine — ISR). Для этого контроллер формирует активный сигнал на выходной линии INT. При восприятии этого сигнала процессор прекращает текущие операции и подтверждает получение запроса прерывания сигналом подтверждения прерывания INTA (INTerrupt Acknowledge).

При получении сигнала INTA от процессора соответствующий запрос IRQ сохраняется в регистре обслуживания (In Service Register — ISR) контроллера, который показывает текущий обслуживаемый запрос IRQ. Кроме того, сбрасывается бит IRQ в регистре запроса прерывания IRR, так как запрос с точки зрения контроллера обслужен.

Еще один сигнал INTA от процессора заставляет контроллер поместить на шину данных 8-битовый указатель, соответствующий номеру IRQ. Этот указатель с помощью таблицы векторов прерываний, которая находится в самом начале системной памяти RAM, преобразуется в начальный адрес процедуры обслуживания прерывания. Процессор осуществляет переход по этому адресу и выполняет команды процедуры.

После того, как процедура обслуживания прерывания выполнила необходимые действия, в контроллер выдается сигнал конца прерывания (End Of Interrupt — EOI). Этот сигнал используется для сброса бита в регистре обслуживания прерывания ISR. После этого контроллер определяет следующее прерывание с высшим приоритетом и повторяет аналогичный процесс. Если запросы прерываний отсутствуют, контроллер ожидает появления следующего прерывания.

Начиная с компьютера IBM AT был введен второй контроллер для расширения системы; это совпало с расширением системной шины ISA с восьми до 16 битов. Чтобы обеспечить совместимость, разработчики не захотели изменять одну линию прерывания, идущую в процессор. Поэтому они каскадировали два контроллера прерываний.

Первый контроллер по-прежнему имеет восемь входов и один выход, поступающий в процессор. Второй аналогичный контроллер воспринимает восемь новых входов (удваивая число прерываний), а его выход подается на линию 2 первого контроллера. Если любой из входов второго контроллера становится активным, выход этого контроллера запускает прерывание #2 на первом контроллере, который затем сигнализирует процессору.

Так что же произошло с линией IRQ #2? Теперь эта линия используется для каскадирования второго контроллера, поэтому разработчики АТ изменили монтаж на печатной плате для направления всех устройств, которые использовали IRQ2, на IRQ9. В результате все старые устройства, которые использовали IRQ2, теперь используют IRQ9, и если настроить любое устройство на использование IRQ2 в АТ и последующих компьютерах, оно фактически будет использовать IRQ9.

Устройства, расчитанные на использование IRQ2 как первичной установки, в современных РС встречаются редко, так как IRQ2 не применяется уже более 10 лет. В большинстве случаев IRQ2 просто считается «не используемой», а IRQ9 считается обычной линией прерывания. Однако некоторые модемы все еще предлагают использование IRQ2 как способ обхода того факта, что COM3 и COM4 по умолчанию разделяют прерывания с COM1 и COM2. Это может потребоваться при наличии многих устройств, претендующих на IRQ с малыми номерами (что встречается довольно часто).

Примечание: Если выбрать IRQ2 для устройства, например модема, фактически будет использоваться IRQ9. Любой программе, которая использует устройство, необходимо указать, что она работает с IRQ9, а не с IRQ2. Кроме того, сделав это, невозможно использовать «настоящую» IRQ9 ни для какого устройства. Никогда нельзя пытаться использовать IRQ2, если в РС уже используется IRQ9, и наоборот.

Линии IRQ и системная шина

Использующие прерывания устройства инициируют их сигналами на системной шине ISA или PCI. Большинство прерываний доступны на системной шине для использования устройствами, но некоторые из них уже заняты системой и для них линий на системной шине нет. Эти прерывания 0, 1, 2, 8 и 13 никогда недоступны картам расширения (помните, что на материнской плате IRQ2 подключена к IRQ9).

Первоначально шина ISA была 8-битовой и карты расширения имели только один разъем. Впоследствии шина была расширена до 16 битов и рядом с первым слотом был добавлен второй; все современные РС используют 16-битовые слоты.

Добавление дополнительного разъема совпало с введением второго контроллера прерываний и линии для новых IRQ были подключены ко второму слоту. Поэтому для использования этих IRQ (10, 11, 12, 14 и 15) карта должна иметь оба разъема. Хотя сейчас практически нет материнских плат только с 8-битовыми слотами, но есть много карт расширения, которые используют только один разъем ISA. Наиболее типичным примером служит внутренний модем. Такие карты могут использовать только IRQ с номерами 3, 4, 5, 6 и 7 (линия 6 почти всегда недоступна, так как ее использует контроллер гибкого диска). Они могут также косвенно использовать IRQ 9, если могут использовать IRQ2, так как линия 9 подключена к линии 2.

Примечание: Все сказанное применимо только к слотам шин ISA и VESA Local Bus. Слоты шины PCI работают с прерываниями по-другому, используя свою внутреннюю систему прерываний. Если карта шины PCI должна использовать обычную линию IRQ, то BIOS и чипсет обычно «отображают» прерывание PCI на обычную систему прерываний. Для этого обычно используется IRQ9 вместо IRQ12.

Приоритеты прерываний

PC обрабатывает прерывания устройств в соответствии с их уровнями приоритетов. Приоритет зависит от линий прерывания, которые устройства используют для сигнализации контроллеру прерываний. Другими словами, уровни приоритетов прямо связаны с номерами прерываний:

• В старых PC/XT приоритет прерывания имел вид 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
• В современном РС ситуация несколько сложнее. Напомним, что второй набор из восьми прерываний направляется через канал IRQ2 первого контроллера прерываний. Следовательно, первый контроллер считает любое из этих прерываний имеющим уровень приоритета его «IRQ2». В результате приоритеты принимают вид 0, 1, (8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15), 3, 4, 5, 6, 7. Линии IRQ от 8 до 15 используются вместо IRQ2.

В любом случае уровень приоритета IRQ почти не влияет на производительность РС, поэтому о них можно не заботиться. Однако помните, что линии IRQ с более высоким приоритетом немного повышают производительность использующих их устройств.

Немаскируемые прерывания

Все обычные прерывания с номерами называются еще маскируемыми (maskable) прерываниями. Процессор при необходимости может временно замаскировать (т.е. временно игнорировать) любое прерывание, чтобы закончить более важную работу. Однако в РС имеется также немаскируемое прерывание (Non-Maskable Interrupt — NMI), которое можно использовать для серьезных событий, требующих немедленного внимания процессора. Система не может игнорировать прерывание NMI, если оно специально не отключено.

Когда принимается сигнал NMI, процессор немедленно прекращает свои действия и обрабатывает это прерывание. Конечно, при неправильном использовании это может вызвать хаос. На практике сигнал NMI обычно применяется только для критических ситуаций, например серьезных аппаратных ошибок. Чаще всего NMI применяется для сигнализации об ошибке паритета в подсистеме памяти. Такую ошибку необходимо обработать немедленно для предотвращения возможного искажения данных.

Прерывания нескольких устройств и конфликты

В общем, прерывания считаются ресурсами отдельных устройств. Из-за способа организации системной шины нельзя, чтобы несколько устройств использовали прерывание одновременно, так как это может запутать процессор и заставить его реагировать на неверное устройство в неверное время. Если попытаться использовать с одним IRQ два устройства, возникает конфликт IRQ, который представляет собой один из типов конфликтов ресурсов (resource conflicts).

Возможно разделять IRQ среди нескольких устройств, но только в ограниченных ситуациях. Если, например, в РС есть два устройства, которые используются редко и никогда одновременно, можно организовать разделение ими IRQ. Однако этот способ не рекомендуется, так как он менее удобен по сравнению с ситуацией, когда каждое устройство имеет свою линию прерывания.

Одной из частых проблем с разделением IRQ связана с использованием последовательных портов COM3 и COM4. По умолчанию порт COM3 использует то же прерывание, что и COM1 (IRQ4), а COM4 использует то же прерывание, что и COM2 (IRQ3). Если мышь подключена к COM1 и модем настроен на COM3 (такая настройка встречается очень часто), то представляете, что произойдет при выходе в Internet? Можно разделять порты COM с одним и тем же прерыванием, но одновременно использовать оба устройства нельзя; в общем, такая конфигурация не рекомендуется.

Чтобы избежать этой проблемы, многие модемы позволяют изменить используемую ими IRQ на IRQ5 или IRQ2. Конфликты прерываний также возникают на линиях IRQ5, IRQ7 и IRQ12.

Сводка IRQ и их типичных применений

В следующей таблице приведена сводная информация о линиях IRQ в типичном РС. Эту информацию можно использовать при конфигурировании системы и разрешения конфликтов IRQ: