Часть П

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРОВ И МИКРОЭВМ

Программное обеспечение (ПО) - комплекс программ, описаний и инструкций, позволяющих автоматизировать отладку программ и решение задач на ЭВМ [52] (рис. 5.1). Аппаратными и микропрограммными средствами реализуются внутрениий язык ЭВМ (МП илн микроэвм), а также программы, реализующие внешний (входной) язык, который предоставляется пользователям. В универсальных микроэвм входным языком является набор директив операционной системы (ОС) и язык программирования. В системное ПО входят программы, необходимые для организации вычислительного процесса и для автоматизации программирования [26.

Резидентное

Кроссовое

Рис. 5.1.

42], в специальное ПО - программы, ориентированные на конкретную специализацию: например, программные средства автоматизации и проектирования в САПР микропроцессоров и систем на базе МП, программы для выполнения научных и инженерных расчетов, программы, реализующие алгоритмы управления технологическими процессами или обрабатывающие результаты экспериментов в системах автоматизации научных исследований.

К.чассификация ПО по средствам реализации

Резидентное программное обеспечение реализуется на самой микроэвм и применяется в системах проектирования МП и МПС, выполненных на микропроцессорах такого же типа. Примерами резидентного ПО являются системы ПО для микроЭВМ семейства Электроника-60 , Электроника С5 , а также для систем проектирования и отладки MDS -ICE-80, Tektronix [68].

Кроссовое программное обеспечение реализуется на больших ЭВМ или на мини-ЭВМ. Известно большое количество кросс-систем проектирования и отладки для микроЭВМ и МП на базе БЭСМ-6, ЕС ЭВМ, М-4030. М-220, СМ-3, СМ-4 [36, 37]. Целесообразность применения кроссового или резидентного ПО зависит от конкретной ситуации н определяется такими факторами, как требования

к разрабатываемой МПС, стоимость дополнительной аппаратуры для использования резидентного ПО, стоимость кроссового ПО и т. д.

В реальных условиях обычно выбирается некоторый компромисс в использовании кроссового и резидентного ПО. Например, часто используется трансляция программ на кроссовом трансляторе, а отладка - с помощью резидентных средств отладки на прото-типной или самой разрабатываемой МПС.

Классификация ПО по целевому назначению системы программирования и уровню входного языка

1. Машинно-ориентированное ПО включает трансляторы с автокодов, ассемблеров, макроассемблеров, а также отладчики к иим.

2. Процедурно-ориеитированное ПО включает трансляторы с алгоритмических языков, а также средства для отладки, редактирования, каталогизации и документирования программ, рЗэрабаты-ваемых на основе этих языковых процессоров.

3. Проблемно-ориентированное ПО включает трансляторы с проблемно ориентированных языков, проблемно ориентированные пакеты прикладных программ, проблемно ориентированные библиотеки подпрограмм, средства диагностики и отладки.

Значительную часть в ПО ЭВМ занимают программы, организующие вычислительный процесс. Эти программы объединяются в комплексы, которые называются операционными системами. Они позволяют применять однотипные ЭВМ для выполнения различных целевых функций. Программы, входящие в ОС, делят на управляющую и обрабатывающие. Основные функции, выполняемые управляющей программой ОС,- управление заданиями, распределение памяти, управление вводом-выводом, управление данными (файлами), реакция иа сигналы прерывания и на ошибочные ситуации, ведение протокола вычислительного процесса, а также управление обрабатывающими программами ОС. Обрабатывающими программами в ОС являются трансляторы, редакторы, отладчики и др. Кроссовое ПО микропроцессоров и микроЭВМ использует средства ОС больших ЭВМ или мини-ЭВМ. Так, например, кросс-транслятор ассемблера и моделирующая программа системы команд микропроцессора К580ИК80 работают под управлением ДОС/ДОС РВ ЭВМ М-6000, ДОС СМ ЭВМ СМ-3, СМ-4, ДОС и ОС ЕС ЭВМ. Кросс-средства автоматизации программирования для микроЭВМ Электроника С5 погружены в ОС универсальных ЭВМ БЭСМ-6, ЕС ЭВМ и М-220 [36]. Для достижения большего сервиса в использовании кросс-средств и повышения эффективности работы универсальных ЭВМ разрабатываются специальные управляющие процедуры. Например, для ведения диалоговой отладки, выполнения трансляции программ микроэвм Электроника С5 , объединения их и загрузки в моделируемую память в режиме разделения ресурсов между Терминалами реализована система диалоговой отладки программ (СИДОП), организованная на основе ОС Дубна [36].

Важным компонентом ПО являются наладочные и контрольно-диагностические тесты, которые могут быть автономными или работать в комплексе под управлением собствеииого монитора и не использовать общесистемные управляющие программы.

Глава 5

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ МИКРОЭВМ

5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Операционная система действует как интерфейс между аппаратурой и пользователем. Пользователь обеспечивается набором средств для общения с системой, автоматизации программирования, отладки и сопровождения программ. В то же время ОС управляет распределением ресурсов вычислительного комплекса (ВК) для обеспечения эффективной работы.

ОС для микроэвм подразделяют па следующие: системы общего назначения, используемые для разработки и отладки программ микроэвм и микропроцессорных систем на базе совместимых с ними микропроцессоров; системы специального назначения, используемые для управления процессами в реально.м вре.мени с жесткими временными ограничениями. В зависимости от проблемной ориентации вторая категория ОС снабжается средствами для восстановления после сбоев и отказов, организации обмена данными в многопроцессорных системах, распараллеливания задач и т. д.

По способу организации вычислительного процесса разработанные и используемые в настоящее время ОС для микроЭВМ подразделяют иа однопрограммные, мультипрограммные, диалоговые, функционирующие в реальном времени, смешанные.

Системы общего назначения, например, ФОДОС, ДОС/F, резидентные системы микроэвм различных конфигураций на базе микропроцессора К580ИК80, являются смешанными. Они в значительной степени ориентированы иа диалоговый режим, работу с таймером и, следовательно, отслеживание хода времени.

Возможности различпы.х ОС, их структура и функции в значительной мере определяются архитектурой ВК. Большое влияние иа них оказывает тип используемых запоминающих устройств. По типу различают: перфоленточные ОС (ПЛОС); магнитоленточ-иые ОС или ОС иа кассетах (МОС); дисковые ОС (ДОС) или дисковые ОС для функционирования в реальном времени (ДОС РВ); ОС, размещаемые в ПЗУ или ППЗУ.

В табл. 5.1 и 5.2 приведены некоторые наиболее распространенные ОС, реализованные на минн- и микроЭВМ [47].

Наиболее мощными из перечисленных ОС являются ДОС или ДОС РВ. Такие системы как ФОДОС, ДОС'Т открыты для дальнейшего расширения. Они могут дополняться различными обрабатывающими программами без изменений в основных управляющих алгоритмах. Однако в процессе эксплуатации таких систем возникают значительные трудности, связанные с архитектурой микроЭВМ [33]. Перспективным является использование ОС и в целом всего ПО па сменных платах ПЗУ или ППЗУ, для которых не требуются специальные программы начальной загрузки системы как в больших ЭВМ [42].

5.2. ДИСКОВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Во время функционирования программы, входящие в состав ДОС, требующие высокой частоты обращения и высокой скорости выполнения, постоянно находятся в оперативной памяти. Они со-