Самодел 1 (Старые версии Машбука или нечто подобное), страница 5

•кэширование с обратной связью (write-back cache) - тег модификации (dirty bit )

 Суть: при появлении команд записи меняется содержимое машинного слова только в КЭШе. Соответственно во времени нарастает несоответствие содержимого блока в КЭШе и в ОП. При появляется проблемы вытеснения работает следующая схема. В тэге КЭШа присутствует тэг модификации, в котором устанавливается признак того, что в данном блоке уже произошла модификация, при первой записи слова в этот блок, соответственно, если возникает проблема вытеснения и, по какой-то стратегии из обозначенных, выбран блок КЭШа, который нужно вытеснить, то анализируется тэг модификации, если блок не модифицировался, то он просто освобождается, если он модифицировался, то происходит сброс содержимого блока в соответствующие адреса ОП.

При использовании кэш памяти (cache memory):

• сокращается количество обращений к ОЗУ;

• существенно увеличивается скорость доступа к памяти в случае использования ОЗУ с «расслоением», т.к. обмены блоков с памятью будут проходить, практически параллельно.

Аппарат прерываний

Прерывание - событие в компьютере, при возникновении которого в процессоре происходит предопределенная последовательность действий. Прерывания возникают в нестандартных ситуациях (например, в регистре команд декодируется операция с неизвестным кодом).мы заранее оговариваем какого рода нестандартные ситуации могут произойти. Прерывание – это программно аппаратное средство.

Прерывания:

• внутренние - инициируются схемами контроля работы процессора

• внешние - события, возникающие в компьютере в результате взаимодействия центрального процессора с внешними устройствами.

При прерывании: запускается обработчик прерываний (после обработки программа может быть продолжена, поэтому сохранение параметров, заранее оговаривается перечень регистров, которые автоматически сохраняются, например, счетчик команд, регистр результатов и т.д.), освобождаются регистры общего назначения, которые будут использоваться программой – обработчиком, на время обработки все остальные прерывания блокируются (помещаются в очередь), передается управление на точку операционной системы(место в памяти), где находится код обработчика именно этого прерывания, перечень свободных ресурсов для обработчика зависит от реализации ОС.

Этап аппаратной обработки прерываний

. На аппаратной стадии обработки прерывания происходит следующее: завершается выполне6ние текущей команды, в том случае если прерывание не связано с выполнением текущей команды (предположим, пришло внешнее прерывание), происходит блокировка прерываний. Обработка прерываний предполагает приостановку текущей программы, и при этом после обработки прерываний возможно продолжение текущей программы, т.е. как правило, программа после возникновения прерывания продолжает свое исполнение. При возникновении прерывания в системы должны быть предусмотрены средства, которые, с одной стороны, позволили бы вызвать программу, которая будет обрабатывать возникшее прерывание. С другой - сохранили бы возможность продолжения программы после обработки прерывания, так как существуют регистры, которые при обработке прерывания нужно либо не трогать, либо как-то сохранить. В модельной аппаратуре компьютера имеются средства сохранения актуального состояния процессора, которые сохраняют все необходимые для загруженной программы регистры в специальном регистровом буфере. Чтобы не возникла ситуация, когда информация скидывается в этот буфер, но не успевает обработаться, а в это время появилось еще одно прерывание и скидывается поверх еще – то включается режим блокировки прерываний. В режиме блокировки прерываний происходит следующее: либо возникающие в системе прерывания игнорируются, либо их обработка откладываются до тех пор, пока не будет обработано предыдущее прерывание. После блокировки происходит аппаратный сброс части регистров в буфер и начинается программный этап обработки прерываний.

Программный этап обработки прерываний

Происходит идентификация типа прерывания:

• Прерывание может быть «короткое», которое не требует больших ресурсов и значительного времени обработки. Пример: прерывание, связанное с таймером. В этом случае происходит обработка и осуществляется выход из прерывания. Т.е. восстановление состояние процессора в точке прерывания (за счет буфера), возврат в точку прерывания и одновременное снятие блокировки прерывания.

• Если это прерывание не «короткое», то возможны две ситуации: либо оно фатальное, т.е. после которого выполнять программу невозможно, либо не фатальное, когда программа будет выполняться после его обработки. Если прерывание фатальное, например, отказ блока оперативной памяти, с которой работает программа, или отказ внешнего устройства, к которому обращались за данными. Происходит снятие блокировки прерываний и ОС завершает выполнение программы, т.е. выполняет те действия, которые освобождают ресурсы. Если прерывание не фатальное, то нужно сохранить полную информацию о прерванной программе. В этом случае ОС, копирует в аппаратный буфер, в который она уже скинула то подмножество регистров, которые скидываются в случае короткого прерывания, а также копирует оставшиеся регистры, после этого происходит снятие блокировки и завершение обработки прерывания уже в открытом режиме (когда работает программа). Эта часть ОС использует, только те регистры, которые аппаратно сохраняются, до тех пор, пока не произошло полное сохранение регистров, соответственно после завершения прерывания, все восстанавливается, чтобы можно было продолжить программу, но это уже функция операционной системы.

Идентификация прерывания может осуществляться разными моделями.

М
одель организации прерываний с использованием «регистра прерываний»

Каждый разряд этого регистра отвечает за появление того или иного прерывания или группы прерываний. Т.е. каким-то регистрам может соответствовать прерывание определенного типа, а в каком-то регистре возможна индикация о том, что есть еще один периферийный регистр прерываний, в котором появилось прерывание. Когда ОС получает управление, то специальными командами, которые доступны только ОС, может прочесть регистр прерываний и определить причину прерывания, а после этого, в зависимости от причины, передать управление на ту или иную программу обработки прерывания.

Модель организации прерываний с использованием «вектора прерываний»

. Здесь аппаратно предполагается, что в определенном фрагменте ОП размещается вектор прерываний. Это таблица, каждая строка которой соответствует определенному прерыванию, соответственно код строки есть адрес программы-обработчика соответствующего прерывания, также в этой строке могут находиться дополнительная информация, например, о том в какой режим нужно включить процессор при переходе, приоритет операций и т.д. и т.п. Соответственно при возникновении прерывания аппаратно, управление передается не на одну точку, а уже на точку, которая соответствует конкретному прерыванию, т.е. уже сразу идет попадание на обработчик прерываний.

Модель организации прерываний с использованием регистра «слово состояние процессора»

Код прерывания аппаратно помещается в регистр «слово состояние процессора», после этого программа-обработчик прерывания выбрав этот код принимает решение о дальнейшей последовательности действий, которые необходимо осуществить для обработки прерывания, стоящего под этим кодом.

Внешние устройства

Внешние устройства на сегодняшний день во многом определяют эксплуатационные характеристики компьютера. Система внешних устройств компьютера достаточно широкая. Но есть некоторый типовой набор внешних устройств. Традиционно внешние устройства можно разделить на следующие классы:

Внешние запоминающие устройства – устройства, предназначенные для хранения данных и программ

Устройства ввода и отображения информации – осуществляют ввод из вне некоторой информации и отображение ее в виде некоторых результирующих данных. Традиционно – это печатающие устройства, устройство дисплея и устройство ввода изображения и текста.

Устройства приема и передачи данных используются для получения данных с других компьютеров, «из вне». (модем, факс…)

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

Обмен данными:

• записями фиксированного размера – блоками

• записями произвольного размера

Доступ к данным:

• операции чтения и записи (жесткий диск, CDRW).

• только операции чтения (CDROM, DVDROM, …).

ВЗУ является устройством последовательного доступа если для чтения i-й записи необходимо прочесть («просмотреть») предыдущие i-1 запись. Устройства последовательного доступа являются простейшими ВЗУ. Они обычно используются для архивирования данных. Скорость обработки запросов чтения/записи самая низкая (большой объем механических действий, таких как перемотка лент вперед-назад при выполнении обмена).

Устройство прямого доступа характеризуется возможностью чтения любой записи без предварительного просмотра каких-либо других записей, размещенных на данном устройстве. ВЗУ прямого доступа классифицируются по производительности

Последовательного доступа:

•Магнитная лента

Прямого доступа:

• Магнитные диски

• Магнитный барабан

• Магнито - электронные ВЗУ прямого доступа

3.6.1.1 Устройство последовательного доступа

Магнитная лента

Примером устройства последовательного типа является магнитная лента (МЛ).  

Чтобы добраться до определенной записи, нужно пройти все предыдущие.

Обычно длина физической записи МЛ произвольная, она определяется специальными маркерами начала и конца записи.

3 .6.1.2 Устройства прямого доступа
Наименее скоростные устройства прямого доступа. Блок может перемещаться от края к центру. Каждое устройство характеризуется фиксированным числом цилиндров. Дорожки относящиеся к одному цилиндру также пронумерованы. Дорожки образуют концентрические окружности. Все дорожки разделены на сектора. Начала одноименных секторов лежат в одной плоскости.

Для задания координат определенного сектора в управляющее устройства необходимо передать:

- номер цилиндра, где расположен сектор

- номер дорожки на которой находится сектор

- номер сектора

- считывание информации производится внутри условного цилиндра.

При выполнении обмена совершаются следующие действия:

*перемещение считывающей/головки на нужный цилиндр;

*ожидание выхода головки на начало нужного сектора диска (ожидание механического поворота диска на начало сектора);