6. Поняття і основні функції операційної системи (ос) та програмне забезпечення.

Алгоритм (від латинської трансляції імені математика аль-Хорезмі) – це спосіб (програма) розв’язання обчислювальних та інших задач, що точно вказує, як і в якій послідовності отримати результат, однозначно визначений вихідними даними. Отже послідовність виконання дій пристрою керування і є алгоритмом. Задати алгоритм можна різними способами. Перш за все - це описове представлення алгоритму на “людській” мові. Така форма представлення прийнятна навіть для неспеціаліста у при- строях керування, але громіздка, допускає тлумачення. А отже, не годиться для створення більш-менш складного пристрою керування, як з жорсткою логікою, так і програмованого. Більш впорядкованим є представлення алгоритму у вигляді таблиці. Досить популярним є графічне представлення алгоритму - у вигляді граф-схеми. Воно забезпечує наочність, оперативність огляду. На основі граф-схеми складають схему електричну принципову при- строю керування з жорсткою логікою або програму роботи програмованого. Це врешті теж є способами представлення алгоритму.

Для забезпечення виконання МПП необхідних функцій у його ПЗП (іноді у ОЗП) записується набір програм, (стандартних, що реалізують, на- приклад, арифметичні і логічні операції, обчислення тригонометричних фун- кцій і т.п., а також і спеціальних, що реалізують, наприклад, алгоритми керування конкретним об’єктом). При складанні програм програміст повинен дати МП детальний опис його дій. МП може працювати з великою швидкістю і точністю протягом тривалого часу, але тільки за чітким завданням, що не допускає тлумачень. МПП може реагувати на зміну умов, якщо в пам’яті у нього є програма, що повідомляє МП, як йому поводитись у нових обставинах. МП діє логічно, але не має творчих здібностей (принаймні, у даний час). Удавана розумність різ- них МПП є результатом великого числа програм, закладених у них. Хоча слід зазначити, що в наш час інтенсивно ведуться роботи з створення так званого штучного інтелекту (набору програм, що імітують інтелектуальну діяльність людини). І на цьому шляху, як відомо, здобуто чимало досягнень. Вважаєть- ся, що створення “розумних” машин буде у першому наближенні завершено тоді, коли вони навчаться створювати собі подібних. Для ініціалізації виконання програми в МП заноситься її початкова ад- реса (адреса комірки ПЗП чи ОЗП) і подається команда ПУСК. При роботі МП забезпечує наступну послідовність дій: 1) витяг даних (коду команди, числа) з пам’яті (ПЗП чи ОЗП); 2) розшифровка команди; 3) виконання команди і т.д. знову. При цьому, наприклад, щоб переслати число з ПЗП до ОЗП, МП, будучи тактованим (синхронним) пристроєм, у найближчому такті роботи за сигналами тактового генератора задає згідно з програмою на ША код адреси комірки пам’яті ПЗП. Після завершення перехідних процесів, пов’язаних з зарядом па- разитних ємностей провідників (ліній) ША (від чого, до речі, у значній мірі за- лежить швидкодія пристрою), у другому такті роботи МП по ШК дає команду на видачу коду з ПЗП на ШД (читання), а у наступному такті – команду по ШК на прийом коду у свій внутрішній регістр пам’яті, що називається акумулято- ром. 62 Надалі, у подальших тактах роботи, відповідно задається на ША номер комірки ОЗП та подається по ШК команда запису і число, нарешті, потрапляє на визначене програмою місце. З опису цієї послідовності дій зрозуміло, чому програмні пристрої обчи- слення і керування значною мірою поступаються у швидкодії порівняно з пристроями з жорсткою логікою, де код з одного вузла до іншого зазвичай передається за один такт по окремо виділених лініях зв’язку. На робочому рівні МП реагує на список команд, представлений, як уже зазначалося, у вигляді набору двійкових кодів, що називається машинною програмою. Таке представлення програм є винятково важким для оперативного сприйняття людиною.

Асемблер Програма, записана у шістнадцятковому коді, усе-таки залишається складною для розуміння. Виходом є використання мови простого програмування – асемблера. Відповідна програма-ретранслятор переводить слова і фрази програми, представлені у вигляді мнемонік (англійських скорочень назв) асемблера, у машинний код, який потім буде занесено у ІМС ПЗП, що підключаються для цього до спеціального адаптера машини-програматора. Приклади мнемонік асемблера та їхня відповідність у шістнадцятково- му коді наведені у табл. 7.2. Десятковий код Двійковий код Шістнадцятко- вий код 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 А В С D Е F 64 Відзначимо також, що кожній команді асемблера відповідає мікроко- манда МП – набір дій МП (мікрооперацій), запрограмованих при виробниц- тві МП у його внутрішньому ПЗП. Ініціює виконання мікропрограми пристрій керування МП по отриманні коду команди.

При розробці програм для МПП, що виконує функції керування, скла- дають узагальнений алгоритм виконання програми – послідовність дій з опи- тування вхідних даних, їхньої обробки та формування команд керування на відповідних виходах. Далі алгоритм розбивають на окремі фрагменти і деталізують дії у ко- жному з них до рівня, що відповідає системі команд вибраного типу МП (за- звичай – від декількох десятків і десь до півтори сотень). Програма спочатку складається у вигляді списку мнемонік, що на- зивається вихідною програмою. Кожному коду присвоюється номер комірки пам’яті. Потім вручну або за допомогою ЕОМ програма переводиться на ма- шинну мову. Тепер вона називається об’єктною програмою і заноситься в ПЗП чи ОЗП МПП. Використання алгоритмічної мови високого рівня (BASIC, FORTRAN або ін.) недоцільне, бо веде до втрати програмістом контролю за використан- Команда Мнемоніка Шістнадцятко- вий код 1. Читання даних з об’єкта з адресою F у внутрішній регістр пам’яті А 2. Порозрядне логічне множення чисел, що знаходяться у внутрішніх регістрах пам’яті А і В 3. Додавання числа, що зберігається у внутрішньому регістрі С до числа, що зберігається у внутрішньому регістрі А 4. Вивід числа, що зберігається у внутрішньому регі- стрі А до об’єкта, адреса якого знаходиться у внутрішніх регістрах пам’яті В і С INF F ANA B АDD C STAX B DB FA А0 81 02 65 ням ресурсів пам’яті. Це може призвести після її транслювання у машинні коди до значного перевищення оптимально можливого об’єму ПЗП та втрати швидкодії. А це, в свою чергу, веде до збільшення апаратних витрат (числа ІМС ПЗП) та загрожує втратою можливості керуючого МПП працювати у ре- альному масштабі часу, коли реакція МПП на зміну ситуації у об’єкті керу- вання повинна відбуватися зі швидкістю не меншою за ту, з якою відбуваються процеси в об’єкті. При використанні МПП для керування можливість зміни програми ПЗП заміною ІМС чи їхнім перепрограмуванням (у залежності від типу) за- безпечує використання даного МПП у різних застосуваннях для вирішення різних задач без будь-яких схемних змін в апаратурі – функція МПП задаєть- ся його програмуванням. Поліпшення техніко-економічних характеристик МП дозволило над- звичайно ефективно використовувати їх у різних пристроях цифрової оброб- ки інформації і керування (як у якості центральних процесорів, так і у периферійних пристроях ЕОМ, у мікрокалькуляторах, у системах керування і регулювання потоковими лініями, верстатами-автоматами, роботами- маніпуляторами, стабілізованими джерелами живлення, в електронних при- строях – телевізорах, радіостанціях, вимірювальних приладах, цифрових фо- тоапаратах, іграшках і т.п.). Це підняло на новий рівень ефективність роботи технічних пристроїв і систем. Завдяки використанню МПП ЕОМ у наш час перетворилися у предмет побутової техніки. Взагалі МПП немає різниці чим керувати: ракетою, світ- лофором чи пральною машиною. Але звичайно для конкретних застосувань вибирають з широкої номенклатури МП необхідної інформаційної потужнос- ті і будують МПП у відповідному конструктивному та кліматичному вико- нанні. Потужність МП визначається його здатністю обробляти дані і оціню- ється трьома параметрами: довжиною слова даних (кількість розрядів ШД), довжиною слова пам’яті (кількість розрядів ША – визначає кількість об’єктів, до яких може звертатися МП), швидкістю виконання команд.