Статичне ОЗП.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

Розпізнавання конфігурації комп’ютера

Мета: отримати практичні навички у визначенні конфігурації ПК та його основних характеристик.

Теоретичні відомості

Системна пам'ять персонального комп'ютера

Системна пам'ять ПК включає в себе оперативну пам'ять (ОЗП), Кеш-пам’ять, постійну пам'ять (ПЗП), енергонезалежну CMOS-пам'ять.

ОЗП використовується для розміщення операційної системи, зберігання кодів програм і даних, та зберігає інформацію тільки при включеному живленні ПК. При відключенні живлення інформація в ОЗП руйнується.

Кеш-пам’ять є проміжним буфером між мікропроцесором та ОЗП, вона більш швидкодіюча і використовується для скорочення часу доступу до даних.

CMOS-пам'ять зберігає дані про конфігурацію ПК і системний час, і живиться від автономного джерела живлення.

ПЗП програмується при виготовленні ПК, під час роботи використовується тільки в режимі читання і зберігає програму тестування ПК при вмиканні живлення (процедуру POST), а також драйвери управління модулями ПК (BIOS) та оброблювачі апаратних і програмних переривань BIOS.

Фізична організація пам'яті

З точки зору фізичної організації розрізняють мікросхеми ПЗП, статичного ОЗП, динамічного ОЗП.

1. Мікросхеми ПЗП.

Мікросхеми ПЗП мають байтову структуру ємністю від 16 Кбайт до 256 Кбайт і поділяються на ПЗП, що програмуються при їхньому виробництві (найбільш дешеві), ПЗП, що програмуються спеціальними приладами (програматорами), і перепрограмуємі ПЗП з ультрафіолетовим або електронним стиранням.

Статичне ОЗП.

Запам’ятовуючими елементами статичного ОЗП є тригерні комірки, і інформація в них зберігається до виключення живлення. Статичні ОЗП найбільш швидкодіючі, але мають підвищене енергоспоживання, невисоку щільність розміщення елементів на кристалі і відповідно невисоку ємність (тому більш дорогі) і використовуються для організації кеш-пам’яті.

3. Динамічне ОЗП (ДОЗП).

Запам’ятовуючими елементами динамічного ОЗП є мікроскопічні конденсатори (0 - конденсатор розряджений, 1 - заряджений), що самовільно розряджаються і гарантовано зберігають інформацію на протязі 4-7 мс, після чого вони повинні оновлюватися (регенерація пам'яті). При читанні з пам'яті конденсатори теж розряджаються і потрібен додатковий час для їхньої перезарядки, що знижує швидкодію ОЗП. Але незважаючи на знижену в порівнянні зі статичним ОЗП швидкодію, більш складні в управлінні динамічні ОЗП мають більшу ємність, більш низьку вартість і використовуються практично в усіх ПК для організації оперативної пам'яті. Мікросхеми ДОЗП мають бітову структуру об’ємом 64 Кбіт, 256 Кбіт або 1 Мбіт, запам’ятовуючі елементи яких організовані в вигляді матриці, що складається з рядків і стовпців.

Розподіл адресного простору пам'яті

Межа адресного простору фізичної пам'яті визначається шириною адресної шини і складає:

– для МП 8088/8086 – 1 Мбайт при 20-ти розрядній шині;

– для МП 80286 – 16 Мбайт при 24-х розрядній шині;

– для МП 80386/80486/ Pentium – 4 Гбайт при 32-х розрядній шині.

– для МП Pentium II/ Pentium III – 64 Гбайт при 36-х розрядній шині.

– для МП Pentium IV – 512 Гбайт при 64-х розрядній шині.

– для інших процесорів – 1024 Гбайт при 128-ми розрядній шині.

Слід відзначити, що тільки мінімально необхідна частина пам'яті знаходиться на системній платі (як правило, 512 Кбайт, 640 Кбайт або 1 Мбайт), а інша нарощується на додаткових платах, що підключаються до системної шини комп'ютера. Розподіл адресного простору пам'яті показаний на рис. 3.2.

Перші 640 Кбайт пам'яті утворюють основну пам'ять (conventional memory), що доступна MS-DOS в реальному режимі.

Рис. 3.2 – Розподіл пам'яті

Пам'ять в адресному просторі від А000h до BFFFh займає буфер відеоадаптерів та є двопортовою, тобто вона має доступ як з боку МП для запису і читання, так і з боку відеоадаптера для читання при відображенні інформації на екран монітора.

Пам'ять в адресному просторі від C000h до FFFFh, тобто до кінця 1Мбайтного кордону, потрібна в загальному випадку для розміщення BIOS (як системного, так і розширеного, додаткових приладів) на мікросхемах ПЗП. Але ще цей адресний простір використовується для організації " Тіньової пам'яті" (Shadow Memory), а його частина для організації відображаємої (або додаткової) пам'яті (Expanded Memory).

Пам'ять понад мегабайтного кордону утворює розширену пам'ять (Extended Memory).

Адресний простір основної пам'яті в реальному режимі адресації розподілений наступним чином:

0000h-003Fh займають 256 4-хбайтних вектора переривань, кожний вектор є повною початковою адресою (2 байта – сегмент, 2 байта – зміщення) програми обробки відповідного переривання (як апаратного, так і програмного). Тому щоб визначити точку входу в програму обробки переривання (інакше оброблювач переривань) з номером N, необхідно помножити значення номера переривання N на 4 і прочитати чотири байта.

0040h-004Fh (ROM Bios Data area) використовується операційною системою для зберігання інформації про конфігурацію системи, про інші установки і для організації буферу клавіатури. Дана ділянка пам'яті заповнюється процедурою POST при самотестуванні комп'ютера після включення живлення.

Після цього аналізу BIOS записує в свою ділянку пам’яті за адресою 0040: 0010h слово (два байти) конфігурації. Призначення бітів цього слова наступні:

0: 1 – є НГМД, 0 – нема НГМД;

1: 1 – є арифметичний сопроцесор, нема сопроцесора;

2: 1 – є миша (PS/2), нема миші;

4-5: тип дисплея: 00 – EGA або VGA, 01 – CGA (40х25), 10 – CGA (80х25), 11 – монохромний;

6-7: кількість НГМД: 00 – 1 НГМД, 01 – 2 НГМД, 10 – 3 НГМД, 11 – 4 НГМД;

9-11: кількість послідовних портів;

12: 1 – є ігровий адаптер (джойстик), 0 – нема адаптера;

13: 1 – вбудований модем, 0 – нема модему;

14-15: кількість паралельних портів.

0050h-006Fh (DOS Data area) – ділянка даних BIOS, що використовується для власних потреб.

Кордони інших модулів, що починаються з адреси 0070h, залежать від версії DOS, тому нижче наводиться тільки перелік блоків:

– модуль розширення вводу/виводу (io.sys);

– програма обробки функцій 21h переривання DOS (модуль IBMDOS.com);

– буферна область DOS;

– резидентна частина командного процесора (COMMAND.com);

– програми обробки переривань DOS 22h, 23h і 24h;

– резидентні (TSR) програми, тобто програми, що залишаються в пам'яті після першопочаткового до них звернення. У вигляді TSR програм оформлюються додаткові драйвери зовнішніх приладів (наприклад, драйвер підтримки кирилиці, екрану і клавіатури RK) або драйвери контролеру маніпулятора типу " миша".

– пам'ять, що розподіляється DOS для програм користувачів, що складається з сегментів коду, даних і стека.

Остання частина 640 Кбайтної області пам'яті займає транзитна частина командного процесора COMMAND.com, що може тимчасово займатися прикладними програмами, а при переході в DOS транзитна частина відновлюється з диску.

Системна BIOS, як це видно з рис. 3.2, розміщена в адресному просторі від F000h до FFFFh і містить процедуру самотестування при вмиканні живлення і перезавантаженні POST, коди і дані програм обробки переривань BOIS, деяку довідкову інформацію. Слід відзначити, що в оригінальних IBM PC комп'ютерах за адресою F600h знаходиться вбудований інтерпретатор BASIC'а.

Точка входу в процедуру POST, тобто початкова адреса, що завантажується в регістр мікропроцесора при включенні живлення або при рестарті, розміщена за адресою FFFFh.

ПЗП BIOS містить за адресою F000: FFFEh байт що дозволить ідентифікувати тип ПЕОМ:

FFh – Оригінальний IBM PC;

FEh – XT, Portable PC;

FDh – PCjr;

FCh – AT;

FBh – XT з пам'яттю 640 К на системній платі;

FAh – PS/2 модель 25 або 30;

F9h – Convertible PC;

F8h – PS/2 моделі 55SX, 70, 80;

9Ah – Compaq XT, Compaq Plus;

30h – Sperry PC;

2Dh – Compaq PC, Compaq Deskpro.

Дата створення BIOS займає в ПЗП BIOS 8 байтів починаючи з адреси F000: FFF5h і зберігається в форматі ASCII в вигляді мм/дд/рр, де мм - номер місяця; дд - день; рр - рік. Дата створення BIOS використовується часто програмістами для ідентифікації комп'ютера і прив’язки свого програмного забезпечення (ПЗ) до даного комп'ютера (один з варіантів захисту від копіювання ПЗ).

Завдання для лабораторної роботи

Завдання: написати програму для виконання завдання згідно свого варіанту.

Особливості програмування:

1. На мові Turbo-Pascal.

Для звернення до пам’яті використовується визначений масив Mem. Наприклад, для читання байта по адресу А000: 0000h використовується вираз b: =Mem[$a000: $000] (b – змінна типу byte).

Для перевірки деяких бітів слова чи байта використовуйте операцію AND з маскою, що містить 1 в потрібних бітах та 0 в інших.

2. На мові Turbo-C.

Для звернення до пам’яті використовуються дальні вказівники, які описуються в програмі наступним чином: char far * uk; для роботи за байтами. Для читання байта по адресу А000: 0000h використовується вираз uk=(char far *) 0xA0000000; b=* uk; де b –змінна типу char.

Для перевірки деяких бітів слова чи байта використовуйте операцію & з маскою, що містить 1 в потрібних бітах та 0 в інших.

Варіанти завдань.

1. Визначити дату створення BIOS.

2. Визначити тип ПК.

3. Визначити чи є у ПК НГМД.

4. Визначити чи є у ПК арифметичний сопроцесор.

5. Визначити чи є у ПК миша PS/2.

6. Визначити тип дисплея.

7. Визначити кількість НМГД.

8. Визначити чи є у ПК вбудований модем;

9. Визначити чи є у ПК вбудований ігровий адаптер;

10. Визначити кількість паралельних портів.

Контрольні запитання

1. Що включає в себе системна пам'ять ПК.

2. Фізична організація мікросхем ПЗП, статичного ОЗП, динамічного ОЗП.

3. Розподіл адресного простору пам'яті.

4. Які області адресного простору не міняються при переході в заборонений режим і чому.

5. Де розміщена системна BIOS і що вона включає в себе.

6. Яку довідкову інформацію користувач може прочитати з ПЗП BIOS.