1. Этапы развития вычислительной техники и программного обеспечения

Вид материала

Документы

Содержание Билет 8.Буферная память, КЭШ Буферизация выборки команд Примерный алгоритм использования Некоторые итоги решения проблемы оптимизации доступа к ОЗУ 9 билет. Аппарат прерываний Второй этап. Программная обработка прерывания 10 Билет. Внешние устройства. Организация потоков данных при обмене с внешними устройствами Организация потока данных между ОП и внешним устройством через ЦП. Использование устройств прямого доступа к памяти(direct memory access – DMA). Модели синхронизации при обмене с внешними устройствами

Подобный материал:

• Классификация программного обеспечения, 77.32kb.
• Программа вступительного экзамена вмагистратуру по специальности «6M070300-информационные, 73.49kb.
• Приложение 14. Перечни средств вычислительной техники…, 39.99kb.
• Рабочая программа дисциплины по специальности магистратуры 230100 «Информатика и вычислительная, 313.27kb.
• Тема: История развития вычислительной техники, 39.93kb.
• Электронное гиперссылочное учебное пособие по дисциплине «Основы теории управления», 57.71kb.
• Ейрокомпьютерные системы, технология разработки программного обеспечения, сети ЭВМ, 24.18kb.
• Лекция №2 «История развития вычислительной техники», 78.1kb.
• Задания на самостоятельную работу лекция, 79.05kb.
• Билет Информатизация общества. Основные этапы развития вычислительной техники. Информатизация, 184.79kb.

Билет 8.Буферная память, КЭШ

Регистровые буфера или КЭШ память предназначены для разрешения проблемы несоответствия скоростей работы ОЗУ и ЦП, на аппаратном уровне, т.е. эта форма оптимизации в системе организована аппаратно и работает всегда, вне зависимости от исполняемой программы.

Буферизация работы с операндами

Буфер операндов – аппаратная таблица, логически являющаяся компонентом ЦП (физически это может быть и отдельное от ЦП устройство), призванная аппаратно минимизировать количество обращений к «медленному» ОЗУ при записи и чтении операндов.

Таблица состоит из фиксированного числа строк. Каждая строка имеет следующие поля:

• адрес – физический адрес машинного слова в ОЗУ;
  
• значение – значение машинного слова, соответствующего адресу;
  
• признак изменения – код, характеризующий факт изменения поля значения (в соответствующей ячейке ОЗУ значение отличается от значения в таблице);
  
• код старения – код, характеризующий интенсивность обращений к данной строке. По значению поля определяются наиболее «популярные» строки. Конкретный алгоритм изменения данного поля зависит от ЭВМ.
  

Буферизация выборки команд

Буфер команд – минимизация обращений в ОЗУ за машинными командами.

Имеются поля: адрес, значение, код старения.


Интерпретация одноименных полей аналогична буферу операндов.

Примерный алгоритм использования

Центральному процессору требуется для выполнения машинная команда, размещенная по физическому адресу ОЗУ A_исп.

1. Поиск по таблице строки, содержащей A_исп. Если такой не то на п. 3.
   
2. Обновление поля «Код старения», чтение поля «Значение» и передача его процессору для исполнения.
   
3. Поиск наименее интенсивно используемой строки. Чтение машинного слова из ОЗУ по адресу A_исп и заполнение всех полей строки. Передача процессору значения для исполнения.
   

Конкретные реализация и алгоритмы зависят от архитектуры ЭВМ. Возможно, например, использование одного буфера.

Некоторые итоги решения проблемы оптимизации доступа к ОЗУ:

Сглаживание разницы в производительности ОЗУ и ЦП->->: Минимизация часла реальных обращений в ОЗУ->(Использование РОН, Аппаратная буферизация), Распараллеливание работы с ОЗУ->(Расслоение ОЗУ).

9 билет. Аппарат прерываний

Аппарат прерываний ЭВМ - возможность аппаратуры ЭВМ стандартным образом обрабатывать возникающие в вычислительной системе события. Данные события будем называть прерываниями.

Прерывание - одно из событий в вычислительной системе, на возникновение которого предусмотрена стандартная реакция аппаратуры ЭВМ. Количество различных типов прерываний ограничено и определяется при разработке аппаратуры ЭВМ.

Прерывания можно разделить на две группы внутренние и внешние.

Внутренние прерывания инициируются схемами контроля работы процессора. Это может быть реакция ЦП на программную ошибку. Например, деление на ноль.

Внешние прерывания – это средство, позволяющее ЭВМ корректно взаимодействовать с внешними устройствами. Это может быть событие, связанное с поступлением новой информации от ВУ или возникновение ошибки во ВУ.

Аппарат прерываний ЦП обеспечивает стандартную реакцию аппаратуры при возникновении прерывания. Тем самым обеспечивается возможность корректной обработки прерываний в ВС.

Рассмотрим обобщенную (и упрощенную) модель последовательности действий, происходящих в ВС при возникновении прерывания.

При обработке события, связанного с возникновением прерывания на первом этапе работает аппаратура ВС. При этом аппаратно (без участия программы) выполняются следующие действия:

1. Включается режим блокировки прерываний.
   
2. Обработка прерывания предполагает сохранение возможности корректного продолжения прерванной программы (процесса) с точки прерывания.
   
3. Следующим шагом является переход на программный режим обработки прерываний.
   

Второй этап. Программная обработка прерывания. Управление передано на точку ОС, занимающуюся обработкой прерывания. При входе в эту точку часть ресурсов ЦП, используемых программами освобождена (результат малого упрятывания). Поэтому будет запущена программа ОС, которая может использовать только освобожденные малым упрятыванием ресурсы ЦП (перечень доступных в этот момент ресурсов – характеристика аппаратуры). Выполняется следующая последовательность действий:

1. Анализ и предварительная обработка прерывания.
   
2. “Полное упрятывание” осуществляется полное упрятывание состояния всех ресурсов ЦП, использовавшихся прерванной программой (все регистры, настройки, режимы и т.д.) в специальную программную таблицу (в контекст процесса или программы – о нем позже).
   
3. До данного момента времени все действия происходили в режиме блокировки прерываний. После полного упрятывания разблокируются прерывания (то есть включается стандартный режим при котором возможно появление прерываний).
   
4. Заключительный этап – завершение обработки прерывания.
   

10 Билет. Внешние устройства. Организация потоков данных при обмене с внешними устройствами

Если посмотреть на взаимодействие ЦП, ОП и внешнего устройства, то это взаимодействие логически разделяется на два компонента:

Поток управляющей информации. Т.е. каким-то образом программно задается информация о том, что необходимо прочесть или записать или переместить данные из одного места в другое.

Поток данных. Т.е. непосредственно ответ на управляющее воздействие и связанное с этим ответом перемещение данных от внешнего устройства в ОП или в ЦП.

Организация потока данных между устройствами может осуществляться 2-мя способами. Организация потока данных между ОП и внешним устройством через ЦП. Это означает, что программе нужно считать или записать какую-то порцию данных процессор выполняет соответствующую последовательность команд. При этом выполняются либо специальные команды ввода- вывода либо процессор специальным образом размещает информацию на специальных регистрах. После это если есть команда чтения информации, то с устройства поступают данные опять-таки на специальные регистры, ЦП ловит (т.е. здесь могут появляться прерывания) эти данные и размещает их в нужную часть ОП, т.е. туда, куда эти данные должны быть размещены. Т.е. это схема обмена через ЦП.

Использование устройств прямого доступа к памяти(direct memory access – DMA). – это означает, что поток данных, т.е. поток управления идет через ЦП, т.е. ЦП выдает управляющую информацию и отслеживает окончательное выполнение, а поток данных идет не через процессор, а через некоторый контроллер, который называется DMA-контроллер. Т.о. обмен может осуществляться без участия ЦП. Т.е. при подаче информации на ЦП о том, что необходимо произвести обмен, DMA-контроллер производит соответствующие необходимые действия и начинается обмен. Когда обмен прошел, то происходит прерывание и ЦП получает информацию о том, что обмен прошел или не прошел.

Модели синхронизации при обмене с внешними устройствами

Существует две принципиально различные стратегии выполнения обмена с внешними устройствами: синхронная и асинхронная работа с ВУ.

Синхронная организация обмена

Процессор подает запрос внешнему устройству и ожидает завершения выполнения запроса.

Системы с синхронной организацией работы ВУ неэффективны с точки зрения использования времени работы центрального процессора. Процессор часто «ожидает» выполнения запроса. Наиболее подходит для однопрограммных специализированных вычислительных систем.

Асинхронная организация обмена

При обработке запроса к ВУ происходит разделение выполнения на три части:

1) передача ЦП запроса на выполнение работ. После этого процессор может выполнять другие команды.

2) параллельно работе ЦП происходит выполнение запроса к ВУ (т.е. в это время процессор может выполнять другие машинные команды).

3) выполнение работы ЦП прерывается и ему передается информация о завершении выполнения запроса. ЦП может также приостановить работу в случае обращения в область ОЗУ, находящуюся в обмене.

Асинхронная организация работы с ВУ более эффективна, но требует наличия развитого аппарата прерываний.