Тема: «Побитовые операции»

Ход работы

1. Напишите функцию, которая возвращает true, если число целое, иначе false.
2. Верно ли, что для любых a и b выполняются равенства ниже? Иными словами, при перемене мест – всегда ли результат останется тем же?
   1. (a ^ b) == (b ^ a)
   1. (a & b) == (b & a)
   1. (a | b) == (b | a)
3. Ввести целое число n и вывести 2ⁿ, используя битовые операции.
4. Вывести двоичное представление целого положительного числа, используя битовые операции.
5. Найти количество единиц в двоичном представлении целого положительного числа.
6. Найти номер старшего бита в двоичном представлении целого положительного числа.
7. Ввести целые числа n и i и вывести целое число, у которого i-й бит установлен в 1, а все остальные биты совпадают с битами числа n на тех же позициях.
8. Ввести целые числа n и i и вывести целое число, у которого i-й бит сброшен в 0, а все остальные биты совпадают с битами числа n на тех же позициях.

Ход работы

Задание выполняется в тетради

Распределение по вариантам

Вариант № 1

1) Записать число в прямом, обратном и дополнительном кодах:

а) 11010; б) -11101; в) -101001; г) -1001110.

2) Перевести X и Y в прямой, обратный и дополнительный коды. Сложить их в обратном и дополнительном кодах. Результат перевести в прямой код. Проверить полученный результат, пользуясь правилами двоичной арифметики.

Вариант № 2

1) Записать число в прямом, обратном и дополнительном кодах:

а) 11101; б) -100101; в) -101101; г) 1101.

2) Перевести X и Y в прямой, обратный и дополнительный коды. Сложить их в обратном и дополнительном кодах. Результат перевести в прямой код. Проверить полученный результат, пользуясь правилами двоичной арифметики.

Вариант № 3

1) Записать число в прямом, обратном и дополнительном кодах:

а) 11010; б) -11101; в) -101001; г) -1001110.

2) Перевести X и Y в прямой, обратный и дополнительный коды. Сложить их в обратном и дополнительном кодах. Результат перевести в прямой код. Проверить полученный результат, пользуясь правилами двоичной арифметики.

Вариант № 4

1) Записать число в прямом, обратном и дополнительном кодах:

а) -101001; б) -100101; в) -101101; г) 1101.

2) Перевести X и Y в прямой, обратный и дополнительный коды. Сложить их в обратном и дополнительном кодах. Результат перевести в прямой код. Проверить полученный результат, пользуясь правилами двоичной арифметики.

Тема: «Перевод чисел в прямой и обратный код, их сложение в прямом и обратном кодах»

Цель: изучить основы машинной арифметики, представления чисел в прямом, обратном и дополнительном кодах и арифметических операций над ними.

Ход занятия

Любые данные (числа, текст, команды программ и др.) в памя­ти компьютера представлены двоичными кодами, которые представ­ляют собой совокупность битов. В частности, двоичный код, содер­жащий 8 бит (говорят: «8 разрядов»), называется байтом. Для хранения данных используют следующие форматы двоичного кода: 8-разрядный (байт), 16-разрядный (полуслово), 32-разрядный (сло­во) и 64-разрядный (двойное слово).

Для выполнения арифметических операций используют специ­альные коды представления чисел, которые позволяют свести опе­рацию вычитания чисел к арифметическому сложению этих кодов. Различают прямой, обратный и дополнительный коды. Прямой код используется для представления отрицательных чисел в памяти ком­пьютера, а также при выполнении операций умножения и деления. Обратный и дополнительный коды применяются для выполнения операции вычитания, которую заменяют операцией сложения чисел с разными знаками: а — b = а + (-b).

В коде числа каждому разряду соответствует определенный эле­мент разрядной сетки. Для записи знака числа в разрядной сетке имеется строго определенный фиксированный разряд, обычно это крайний разряд разрядной сетки.

Замечание. Условимся при записи кода знаковый разряд числа отделять запятой от других разрядов. Если формат числа не указан, будем считать, что число 8-разрядное (байт).

Задание 1. Запишите следующие числа в прямом, обратном и дополнительном кодах.

а) 1101011; б) -101011; в) -101101; г) -1100111.

Методические указания.

Прямой код целого числа. Под прямым кодом двоичного числа понимают запись самого числа. Значение знакового разряда для по­ложительных чисел определяют равным нулю (0), для отрицательных чисел — единице (1). Например, если для записи кода используется байт, то^[1]:

Крайний левый разряд в прямом коде нами отведен под знак числа, остальные разряды — под само число. Число располагаем в разрядной сетке так, чтобы цифра младшего разряда числа занима­ла крайнюю правую ячейку.

Знаковый разряд —> | 0, | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |

Обратный код целого числа. Обратный код целого положитель­ного числа совпадает с его прямым кодом. Для отрицательного чис­ла обратный код строится заменой каждого незнакового байта его представления в прямом коде на противоположный (заменим 1 на 0, 0 на 1), знаковый разряд не изменяется.

Пример.

Дополнительный код целого числа. Дополнительный код положи­тельного числа совпадает с его прямым кодом. Для отрицательного числа дополнительный код образуется путем получения обратного кода и добавлением к младшему разряду единицы.

Пример.

Ход работы

Переведите числа X и Y в прямой, обратный и допол­нительный коды. Выполните сложение в обратном и дополнитель­ном кодах. Результат переведите в прямой код. Полученный резуль­тат проверьте, используя правила двоичной арифметики.

а) X = -11010;      б) X=-11101;    в) X=111010;

    Y= 100111;                                        Y = -10011;         Y = -101111;

г) Х = -101110;    д) Х= 1101011;      е) X=-11011;

    Y = -11101;                                       Y = -1001110;                Y=-10111.

Пояснение

При сложении чисел в знаковом разряде могут появиться две цифры, вторую единицу от запятой называют единицей переноса.

При сложении чисел в дополнительном коде возникающая едини­ца переноса в знаковом разряде отбрасывается.

При сложении чисел в обратном коде возникающая единица пе­реноса в знаковом разряде прибавляется к младшему разряду суммы кодов.

Если результат арифметических действий является кодом отри­цательного числа, необходимо преобразовать его в прямой код. При этом обратный код преобразуется в прямой заменой цифр во всех разрядах, кроме знакового, на противоположные. Дополнительный код преобразуется в прямой так же, как и обратный, с последующим прибавлением единицы к младшему разряду.

Пример.

Сложить X и Y в обратном и дополнительном кодах:

а) Х= 1111 и Y= -101.

Сложим числа, пользуясь:

Так как сумма является кодом отрицательного числа (знак 1), то необходимо перевести результаты в прямой код:

• из обратного кода:     (X+Y)_обр = 1,1110011=> (X + Y)_пр = 1,0001100;
• из дополнительного кода: (X+Y)_доп = 1,1110100=> (X + Y)_пр =

= 1,0001011 + 0,0000001, (Х+ Y)_пр = 1,0001100.

Получили X + Y = -1100, результат совпадает с суммой, полу­ченной по правилам двоичной арифметики.

Задание. Сложите числа X и Y в модифицированном обратном и модифицированном дополнительном восьмиразрядных кодах. При обнаружении переполнения увеличьте число разрядов в кодах и по­вторите суммирование. Результат переведите в прямой код. Получен­ный результат проверьте, используя правила двоичной арифметики:

а) Х= 1101101;     б) Х= 111101;        в) Х= -111010;

    Y= 110101;           Y=-111001;        Y= -1100111;

г) Х= -11001;        д) Х= -10101;         e) X=-1101;

    Y=-100011;          Y= 111010;         Y = -111011.

Пояснения

Модифицированные обратный и дополнительный коды

Переполнение разрядной сетки может привести к переносу еди­ницы в знаковый разряд, что приведет к неправильному результату. Положительное число, получившееся в результате арифметической операции, может восприниматься как отрицательное, так как в зна­ковом разряде появится «1», и наоборот.

Например:

       Х= 0,1011110

       Y= 0.1101100

X + Y= 1,1001010

Х и Y — коды положительных чисел, но в процессе сложения в знаковом разряде появилась «1», что означает код отрицательного числа. Чтобы распознать переполнение разрядной сетки, вводятся модифицированные коды.

Модифицированный обратный код характеризуется тем, что под знак числа отводится не один, а два разряда. Форма записи чисел в модифицированном обратном коде выглядит следующим образом:

• для положительного числа

Х = Х_п Х_п-1 … Х₂ Х₁ Х₀ … => X^мод_обр = 00,Х_пХ_п-1…Х₂Х₁Х₀ ;

• для отрицательного числа

Х = Х_п Х_п-1 … Х₂ Х₁ Х₀ … => X^мод_обр = 00,Х_пХ_п-1…Х₂Х₁Х₀ ;

 (X — обозначение логической операции отрицания «не X», если

Х= 0, то  Х =1; Х= 1, Х = 0).

В модифицированных обратном и дополнительном кодах под знак числа отводится не один, а два разряда: «00» соответствует знаку «плюс», «11» — знаку «минус». Любая другая комбинация («01» или «10»), получив­шаяся в знаковых разрядах, является признаком переполнения разряд­ной сетки. Сложение чисел в модифицированных кодах ничем, не от­личается от сложения в обычных обратном и дополнительном кодах.

Пример.

Даны два числа: Х= 101001 и Y = -11010. Сложить их в допол­нительном и модифицированном дополнительном кодах.

Выполним сложение:

Переполнение не наблюдается (в знаковых разрядах «00»). Ре­зультаты, полученные в обычном и модифицированном кодах, совпа­дают (Х+Y= 1101).

Цель работы: изучение структуры и исследование работы суммирующих и вычитающих двоичных счетчиков, а также счетчиков с коэффициентом пересчета, отличным от 2ⁿ .

Ход работы

1. Смоделировать схему электрическую функциональную трехразрядного двоичного счетчика, разработанного в п.п. 1.1 в среде Electronics Workbench. Пример моделирования двухразрядного суммирующего счетчика на базе D-триггеров приведен на рисунке 1.

Рисунок 1

1. Включить схему и, подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа, наблюдать за изменением показаний Decoded Seven- Segment Display (семисегментных индикатора с двоично-десятичным дешифратором на входе), подключенных к прямым и инверсным выходам счетчика. Убедиться в правильности работы счетчика. По состояниям логических пробников Q1-Q2, подключенных к прямым выходам триггеров, получить временные диаграммы входных и выходных сигналов, поясняющих работу счетчика.

1. Смоделировать схему электрическую функциональную счетчика, разработанного в п.п. 1.2 в среде Electronics Workbench. Пример моделирования трехразрядного суммирующего счетчика с коэффициентом пересчета, равным пяти на базе D-триггеров приведен на рисунке 2.

Рисунок 2

1. Включить схему и, подавая на вход схемы тактовые импульсы при помощи ключа, наблюдать за изменением показаний Decoded Seven- Segment Display, подключенного к прямым выходам счетчика. Убедиться в правильности работы счетчика. По состояниям логических пробников Q1- Q3, подключенных к прямым выходам триггеров, получить временные диаграммы входных и выходных сигналов, поясняющих работу счетчика.
   1. Смоделировать схему электрическую функциональную счетчика, разработанного в п.п. 1.3 в среде Electronics Workbench.
   1. Включить схему и, подавая на вход схемы тактовые импульсы с выхода генератора слов Word Generation в режиме Sycle.
   1. Получить временные диаграммы входных и выходных сигналов для смоделированного счетчика на экране логического анализатора Logic

Analizer и по состояниям логических пробников, подключенных к его прямым выходам.

Результат

Составить отчет о выполнении практической работы. Включить в отчет схемы, полученные при выполнении п.п. 1.1-1.3, а также результаты их моделирования и диаграммы входных и выходных сигналов для каждой из выполненных схем.

Сравнить диаграммы для разработанных теоретически и смоделированных в среде Electronics Workbench схем и сделать выводы.

Тема: «Изучение принципа действия регистров»

Цель: изучить виды регистров и их работу

Ход работы

1. В среде Microsoft Windows открыть окно программы Electronics Workbench (Пуск à Программы à Electronics Workbench à Electronics Workbench.
2. Построить схему накопительного регистра на элементах «И-НЕ»  (рис. 1). Проверить работу регистра в режимах очистки, записи, считывания.
3. Рассмотреть возможность многократного считывания информации, записанной в регистр.

 Напоминание!  Перед каждой записью информации в регистр на RS- триггерах необходимо очищать его содержимое.

• Построить схему для анализа работы накопительного регистра на другой элементной базе с использованием триггеров на интегральных схемах
  (рис. 2).
• Меняя значения разрядов Х0, Х1, Х2 двоичного входного слова, подаваемого в параллельном коде, просмотреть информацию в виде содержимого регистра и на его выходе.

Рис. 1. Схема  накопительного регистра на элементах «И-НЕ»

Рис. 2. Схема накопительного регистра на интегральных схемах триггеров

• Выполнить схему регистра последовательного действия (сдвигающего регистра)  (рис. 3).

Рис. 3. Схема регистра последовательного действия

• Меняя состояние последовательных битов на входе регистра (вход DATA),  проанализировать процесс записи информации в разряды с приходом тактовых импульсов.
• Записать в разряды Х2, Х1, Х0  значения 101. Установив после этого на входе значение  «0», просмотреть поразрядный сдвиг информации в регистре после каждого тактового импульса.
• Завершить работу с программой  Electronics Workbench.

Тема: «Исследование регистров»

Цель: изучение структуры и исследование работы последовательных и параллельных регистров

Тема: «Изучение работы триггеров»

Цель работы:  изучить виды триггеров и их работу.

Ход работы

1. В среде Microsoft Windows открыть окно программы Electronics Workbench (Пуск à Программы à Electronics Workbench à Electronics Workbench.
2. Построить в окне программы схему асинхронного RS-триггера с прямыми входами (на элементах  «ИЛИ-НЕ») (рис. 1 а).
3. Меняя состояние ключей на входах  R и S,  составить и записать таблицу истинности для этого триггера.
4. Построить схему для анализа работы такого же триггера  на основе предлагаемого в программе готового устройства (рис. 1 б).

Указания! 1. Увеличенное изображение осциллографа можно получить путем двойного щелчка на изображении этого прибора на схеме.

                    2. Для получения соответствующего рисунку процесса на экране осциллографа необходимо обратить внимание на установки прибора.

                    3. Установки прибора необходимо менять при выключенном состоянии  кнопки  » 0 / 1 »  (состояние  «0»).

Рис. 1. Схемы  асинхронного RS-триггера с прямыми входами на элементах  «ИЛИ-НЕ»  (а)  и на основе микросхемы  (б)

• Проверить выполнение таблицы истинности для второй схемы.
• Построить схему асинхронного  RS-триггера с инверсными входами (на элементах  » И-НЕ «) (рис. 2 а) и проверить ее работоспособность.
• Определить таблицу истинности для схемы и установить отличие в работе по отношению к предыдущей схеме.
• Построить схему синхронного  RS-триггера (рис. 2 б).
• Проанализировать работу схемы, изобразить таблицу истинности, объяснить роль синхронизирующего входа в схеме.
• Изобразить обозначение синхронного триггера на принципиальных схемах.
• Построить схему  D-триггера на логических элементах  (рис. 3 а).
• Проверить работу схемы, составить таблицу истинности.
• Выполнить те же действия для схемы D-триггера на основе микросхемы (рис. 3 б).

Рис. 2.  Схемы асинхронного  RS-триггера с инверсными входами ( а ) и синхронного триггера  ( б )

Рис. 3.  Схемы  D-триггера на логических элементах  (а)  и на основе микросхемы  (б)

Контрольные вопросы:

1. В чем особенности устройства, называемого триггером?
2. В чем заключается отличие в работе асинхронных и синхронных триггеров?
3. Постройте временную диаграмму D-триггера.
4. Нарисуйте возможные схемы применения JK-триггера.
5. Как выглядит таблица состояний JK-триггера.

Тема: «Исследование принципа работы логических элементов»

Цель: научиться составлять таблицы истинности для схем, представляющих собой различного рода комбинацию из простейших логических элементов

Результаты работы — оформите в тетради и отправьте на почту avpoluhovich@bk.ru

Теоретическое обоснование

Таблицы истинности

Логическая функция – это функция, у которой значения переменных и значение функции выражают логическую истинность.

Они могут принимать значения «истина» или «ложь» (1 или 0). Для функции, содержащей две переменные, наборов значений переменных всего четыре:

(1,1; 1,0; 0,1; 0,0)

Значения логических функций определяются с помощью таблицы истинности.

Таблицы истинности для основных двоичных логических функций

• Конъюнкция (логическое умножение) – сложное логическое выражение, которое является истинным только в том случае, когда истинны оба входящих в него простых выражения. Обозначение: A˄B

• Дизъюнкция (логическое сложение) – это сложное логическое выражение, которое истинно, если хотя бы одно из простых логических выражений истинно и ложно, если оба простых логических выражения ложны. Обозначение: A˅B

• Импликация (логическое следствие) – это сложное логическое выражение, которое является ложным тогда и только тогда, когда условие истинно, а следствие ложно.

• Эквиваленция – это сложное логическое высказывание, которое является истинным только при одинаковых значениях истинности простых выражений, входящих в него.

• Логическое отрицание (инверсия) делает истинное высказывание ложным и, наоборот, ложное – истинным.

• Штрих Шеффера – операция, отрицающая конъюнкцию, т.е. значение ложно тогда и только тогда, когда оба простых выражения истинны.

Как составить таблицу истинности?

Согласно определению, таблица истинности логической формулы выражает соответствие между всевозможными наборами значений переменных и значениями формулы.

Для формулы, которая содержит две переменные, таких наборов значений переменных всего четыре:

(0, 0),     (0, 1),     (1, 0),     (1, 1).

Если формула содержит три переменные, то возможных наборов значений переменных восемь:

(0, 0, 0),     (0, 0, 1),     (0, 1, 0),     (0, 1, 1),     (1, 0, 0),     (1, 0, 1),     (1, 1, 0),     (1, 1, 1).

Количество наборов для формулы с четырьмя переменными равно шестнадцати и т.д.

Удобной формой записи при нахождении значений формулы является таблица, содержащая кроме значений переменных и значений формулы также и значения промежуточных формул.

Примеры.

Пример таблицы истинности для наших схем

Обозначьте каждый элемент следующим образом:

Пронумеруйте каждый элемент и обозначьте DD1, DD2, … DDn, а также пронумеруйте входы в зависимости от количества входов X1, X2, … Xn. Например, вот так:

Далее смотрите на каждый элемент и анализируйте какой именно это элемент и находите соответствующую ему таблицу истинности, например: 1-й элемент – это «Исключающее ИЛИ»

Далее задайте входные сигналы, сначала следует взять все 0, например: 0,0,0,0. Первые 2 сигнала следует подавать на DD1, а следующие 2 – на DD2. Тогда на выходе первого элемента (и второго тоже) будет «0».

Элемент DD3

Cигнал c выхода элемента DD1 поступает на 1-й вход элемента DD3, а на 2-й вход поступает сигнал со входа X3 («0»), этот элемент называют «Логическим И», тогда при подаче 2-х входных сигналов «0» и «0» соответственно – на выходе будет «0» (поскольку 0*0=0).

Элемент DD4

На входы элемента DD4 («Исключающее ИЛИ») поступают сигналы DD1 и DD2 (это «0»), следовательно, на выходе будет «0».

Элемент DD5

Элемент DD4 – это «И-НЕ», т.е. происходит умножение 2-х сигналов, а затем инвертирование, т.е. на вход поступают два логических «ноля», далее они перемножаются 0*0, а затем происходит инвертирование, т.е. сигнал, обратный исходному, а это логическая «1». Следовательно, на выходе DD5 будет «1».

Затем составляется таблица истинности: по горизонтали число столбцов рассчитывается исходя из количества входных сигналов и элементов, а по вертикали – количество всевозможных входных комбинаций, которые определяются по формуле N=2ⁱ, где i – это количество входных сигналов. В нашем примере 4 входных сигнала и 5 элементов, тогда – 9 столбцов и 16 строк. Тогда таблица должна выглядеть следующим образом:

Ход работы

1. Соберите схему в любом удобном приложении в соответствии с вариантом.
2. Постройте таблицу истинности.

Варианты

Вариант 1, 11, 21

Тема: «Перевод чисел из одной системы счисления в другую»

Цель: овладеть приемами перевода чисел из одной системы счисления в другую.

Тема: «Оценка производительности вычислительных систем»

Цель: получение обобщенной информации об использовании оперативной памяти, управление файлом подкачки, оптимизация виртуальной памяти.

Теоретическое обоснование

1. Получение обобщенной информации об использовании оперативной памяти.

Для получения общей информации об использовании памяти операционная система Windows имеет следующие встроенные утилиты: Диспетчер задач, утилита TaskList, Сведения о системе.

Общее использование памяти Диспетчер задач Windows позволяет просматривать на вкладке Быстродействие. Информация отображается в трех разделах.

Раздел «Выделение памяти» содержит три статистических параметра виртуальной памяти:

1.      Всего — общий объем виртуальной памяти, используемой как приложениями, так и операционной системой.

2.      Предел — объем доступной виртуальной памяти.

3.      Пик — наибольший объем памяти, использованный в течение сессии с момента последней загрузки.

Раздел «Физическая память» содержит параметры, несущие информацию о текущем состоянии физической памяти машины:

Эти параметры относятся лишь к привилегированным службам, а не ко всему сервису системы в целом. В большинстве случаев эти параметры должны оставаться без изменений, если не меняется что-либо в ядре операционной системы.

Объемы памяти, используемые процессами с помощью Диспетчера задач можно узнать, перейдя на вкладку Процессы, которая показывает список исполняемых процессов и занимаемую ими память, в том числе физическую память, пиковое (максимальное) использование памяти, виртуальную память, Выгружаемый пул, Невыгружаемый пул.

Утилита TaskList предоставляет более обширную информацию по сравнению с Диспетчером задач. Запускается утилита из окна командной строки. Утилита выдает информацию о процессах в виде таблицы с колонками: Имя образа, PID, Имя сессии, № сеанса, Память. Запуск утилиты с параметрами позволяет получить дополнительную информацию. Получить информацию о параметрах утилиты можно обычным образом, запустив ее с ключом /?.

Сведения об основных характеристиках организации памяти в компьютере операционные системы Windows могут получить с помощью встроенной служебной программы Сведения о системе:

1. полный объем установленной в компьютере физической памяти;
2. общий объем виртуальной памяти и доступной (свободной) в данный момент времени виртуальной памяти;
3. размещение и объем файла подкачки;
4. сведения об использовании физической памяти аппаратными компонентами компьютера (нужно щелкнуть по кнопке Ресурсы аппаратуры, а затем на кнопке Память).

2. Управление файлом подкачки.

Файл подкачки — это область жесткого диска, используемая Windows для хранения данных оперативной памяти. Он создает иллюзию, что система располагает большим объемом оперативной памяти, чем это есть на самом деле.

По умолчанию Windows удаляет файл подкачки после каждого сеанса работы и создает его в процессе загрузки операционной системы. Размер файла постоянно меняется по мере выполнения приложений и контролируется операционной системой. Обычно используется единственный файл подкачки, расположенный на том же диске, что и операционная система. Возникающие в этом случае проблемы связаны с возникновением файла подкачки большого размера, что приводит к дефициту дискового пространства и к увеличению непроизводительных затрат на организацию страничного обмена, и с фрагментацией файла подкачки, приводящей к существенному снижению производительности вследствие частого обращения к жесткому диску.

Эффективность использования файла подкачки достигается:

1. использованием двух жестких дисков;
2. расположением его на жестком диске в виде достаточно протяженных фрагментов;
3. периодическим удалением файла подкачки для того, чтобы избежать его фрагментации;
4. установкой оптимального значения размера файла подкачки.

Основное правило определение размера файла подкачки заключается в том, что при небольшом объеме оперативной памяти файл подкачки должен быть достаточно большим, а при большом объеме оперативной памяти (512 Мбайт и более) файл подкачки можно уменьшить.

Рекомендуется установить исходный размер файла подкачки, равный размеру физической памяти, а максимальный размер не более двух размеров физической памяти.

Для установки размера файла подкачки нужно выполнить следующую последовательность действий.

1. Щелкнуть правой клавишей мыши по значку Мой компьютер и выбрать в контекстном меню строку Свойства. На экране появится окно Свойства системы.
2. Перейти на вкладку Дополнительно и нажать кнопку Параметры в рамке Быстродействие.
3. В появившемся окне Параметры быстродействия нажать кнопку Изменить. Предварительно следует выбрать принцип распределения времени процессора (для оптимизации работы программ, если это пользовательский компьютер, или служб, работающих в фоновом режиме, если это сервер). Кроме того, следует задать режим использования памяти. Для пользовательского компьютера — оптимизировать работу программ, для сервера — системного кэша.

3. Оптимизация виртуальной памяти.

Повышение производительности работы виртуальной памяти сводится к:

1.      определению требуемого объема физической памяти;

2.      установлению рациональной интенсивности страничного обмена;

3.      оптимизации размера и размещения файла подкачки.

Основной инструмент для решения этих задач — оснастка Производительность.

Чтобы определить требования к памяти, нужно к объему памяти, необходимому для работы операционной системы, добавить:

1.      число пользователей, умноженное на средний размер файлов данных, открытых пользователем (для клиентского компьютера);

2.      число программ, запущенных на компьютере-сервере, умноженное на средний размер этих программ.

Ход работы

1. С помощью Диспетчера задач определите текущие значения всех статистических параметров памяти. Запустите до 10-ти приложений и определите узкое место в системе (ОЗУ или ЦП) путем анализа графиков Хронология использования памяти и Хронология загрузки ЦП. Запишите новые значения статистических параметров памяти. Закройте открытые приложения и запишите новые значения статистических параметров памяти, сделайте выводы. Какого значение параметра Пик? Сравните с прежним его значением и сделайте выводы.
2. Запустите приложения Блокнот, MS Word, MS Excel. С помощью Диспетчера задач определите объемы памяти, используемые процессами: физическую память, пиковое использование памяти, виртуальную память, выгружаемый и невыгружаемый пулы. Определите, как изменяются эти параметры при изменении активности приложений.
3. Изучите справочную информацию о параметрах запуска утилиты TaskList. Получите с помощью утилиты информацию об используемой оперативной памяти каждым процессом системы. Запустите приложения MS Word и MS Excel. Получите с помощью утилиты TaskList информацию о PID их образов и список всех модулей, загруженных в оперативную память и используемых этими процессами. Определите работающие службы.
4. С помощью приложения Сведения о системе определите: полный объем физической памяти в компьютере, общий объем виртуальной памяти, доступной (свободной) в данный момент времени виртуальной памяти. Просмотрите сведения об использовании физической памяти аппаратными компонентами компьютера; определите диапазон адресов памяти, используемый каждым из них. Запустите несколько приложений и с помощью приложения Сведения о системе определите используемый ими объем ОП. То же самое проделайте для выгружаемых модулей и служб.
5. Определите объем оперативной памяти компьютера и рекомендуемый объем файла подкачки. Проведите дефрагментацию жесткого диска, на который предполагается поместить файл подкачки, установите его желаемое значение (Как определяется это значение?) и перезагрузите компьютер.
6. Создайте два журнала счетчиков (бинарного и текстового форматов) и внесите в них счетчики, позволяющие оптимизировать виртуальную память (память \ доступно байт, память \ обмен страниц в сек, файл подкачки \ % использования) и проведите наблюдение за ситуациями, порождающими недостаток памяти. Запустите журналы счетчиков и некоторое время понаблюдайте за системой. Результаты выведите в таблицу (в Excel) и на диаграммы Системного монитора. Выберите другие счетчики, упомянутые в третьем разделе. Выполните анализ полученных результатов и дайте рекомендации по улучшению конфигурации ПК.
7. Найдите на диске (дисках) файл подкачки и установите его размер. С помощью счетчиков файл подкачки \ % использования, файл подкачки \ % использования (пик) определите оптимальное значение размера файла подкачки и установите его.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные статистические параметры, характеризующие физическую память вычислительной системы. Что означает каждая такая характеристика? Какие утилиты позволяют получить значения этих характеристик?
2. Какие параметры характеризуют использование памяти аппаратными компонентами компьютера? Что означает каждый такой параметр? Какие утилиты позволяют получить информацию об этих параметрах?
3. Какую информацию об использовании и организации памяти позволяет получить утилита TaskList?
4. Что такое виртуальная память? Перечислите варианты ее организации.
5. Что такое файл подкачки? Для чего он используется?
6. Как выбрать оптимальный размер файла подкачки?
7. Почему фрагментация файла подкачки снижает производительность вычислительной системы? Как устранить фрагментацию файла подкачки? В каких случаях эффективнее размещать файл подкачки на одном жестком диске, а в каких – на нескольких?
8. Какие счетчики позволяют провести анализ нехватки памяти?
9. Каких счетчики позволяют выполнить анализ влияния избыточной подкачки на активность дисков?