14 (Билеты на государственный аттестационный экзамен по специальности Информационные Системы)

1 Теория функциональных зависимостей. Тривиальные и нетривиальные зависимости.

Формальное определение функциональной зависимости: Даны атрибуты X и Y, атрибут Y функционально зависит от X, если в каждый момент времени каждому значению X соответствует одно и то же значение Y. (X -> Y) Для каждого отношения существует вполне определенное множество функциональных зависимостей между атрибутами. Аксиомы ФЗ позволяют из одной ФЗ вывести другие также присущие данному отношению. Аксиомы:

1. Свойство рефлексивности, если множество В является подмножеством множества А, то А -> В.

2. Свойство пополнения, если A -> B, то АС -> ВС.

3. Свойство транзитивности, если A -> B и B -> C, то A -> C.

Каждое из этих трех правил может быть непосредственно доказано на основе определения ФЗ (первое из них – просто определение тривиальной зависимости).

Типы функциональных зависимостей:

1. Частичная, если неключевой атрибут зависит только от части ключа.

2. Функциональная зависимость XY называется полной, если атрибут Y не зависит функционально от любого точного подмножества X. т.е. Существует функциональная зависимость X+ZY, и нет функциональных зависимостей XY, ZY.

Функциональная зависимость XY называется транзитивной, если существует такой атрибут Z, что имеются функциональные зависимости XZ и ZY и отсутствует функциональная зависимость ZX. Зависимость называется тривиальной, если она не может не выполняться. Зависимость является тривиальной тогда и только тогда, когда правая часть ее правой записи является подмножеством левой части. ( S#, P#) -> S#. Нетривиальные зависимости являются реальными ограничениями целостности.

2 Характеристика механизма прерываний: определение и обработка прерываний, система прерываний, обслуживание прерываний, программные и аппаратные прерывания.

Прерыванием называется временное прекращение выполнения текущей программы, которое вызвал внешний сигнал. Микропроцессор при этом переходит к выполнению специальной подпрограммы обработки прерывания. Использование прерываний позволяет сократить время реакции ЭВМ на внешнее событие и увеличить гибкость ее работы, особенно это проявляется в случаях, когда требуется обеспечить обмен информации с большим числом асинхронно работающих внешних устройств.

Существуют два способа организации прерываний от нескольких источников:

• прерывание с опросом - сигнал от любого из источников прерываний вызывает переход к одной единственной подпрограмме обработки прерывания, которая определяет источник прерывания и формирует реакцию на него;

• векторное прерывание - прерывание от каждого источника вызывает переход к своей подпрограмме, этот способ быстрее, но сложнее реализуется.

Часто требуется иметь возможность игнорировать запросы на прерывание - маскировать их, например, когда запрос на прерывание может приходить одновременно от нескольких источников, необходимо устанавливать приоритеты прерываний и обеспечивать маскирование прерываний с низшим приоритетом.

Семейство микропроцессоров Intel 80x86 поддерживает 256 уровней приоритетных прерываний, вызываемых событиями трех типов:

• внутренние аппаратные прерывания

• внешние аппаратные прерывания

• программные прерывания

Внутренние аппаратные прерывания, иногда называемые отказами (faults), генерируются определенными событиями, возникающими в процессе выполнения программы, например попыткой деления на нуль. Закрепление за такими событиями опреденных номеров прерываний зашито в процессоре и не может быть изменено.

Внешние аппаратные прерывания инициируются контроллерами периферийного оборудования или сопроцессорами (например, 8087/80287). Источники сигналов прерываний подключаются либо к выводу немаскируемых прерываний процессора (NMI) либо к выводу маскируемых прерываний (INTR). Линия NMI обычно предназначает для прерываний, вызываемых катастрофическими событиями, такими, как ошибки четности памяти или авария питания.

Вместо непосредственного подключения к ЦП прерывания от внешних устройств могут поступать в процессор через специальное устройство - программируемый контроллер прерываний (РIС) 8259А. ЦП управляет контроллером через набор портов ввода-вывода, а контроллер в свою очередь сигнализирует процессору через вывод INTR. РIС предоставляет возможность программно разрешать и запрещать прерывания от конкретных устройств, а также назначать им приоритеты.

Программные прерывания. Любая программа может инициировать синхронное программное прерывание просто путем выполнения команды INT. MS-DOS использует для взаимодействия со своими модулями и прикладными программами прерывания от 20Н до 3FH. Программы BIOS, хранящиеся в ПЗУ, и прикладные программы IBM PC используют другие прерывания, с большими или меньшими номерами. Это распределение номеров прерываний условно и никаким образом не закреплено аппаратно.

Обслуживание прерываний. ЦП, обнаружив сигнал прерывания, помещает в машинный стек слово состояния программы (определяющее различные флаги ЦП), регистр программного сегмента (CS) и указатель команд (IP) и блокирует систему прерываний. Затем ЦП с помощью 8-разрядного числа, установленного на системной магистрали прерывающим устройством, извлекает из таблицы векторов адрес обработчика и возобновляет выполнение с этого адреса.

Состояние системы в момент передачи управления обработчику прерываний совершенно не зависит от того, было ли прерывание возбуждено внешним устройством или явилось результатом выполнения программой команды INT. Это обстоятельство удобно использовать при написании и тестировании обработчиков внешних прерываний, отладку которых можно почти полностью выполнить, возбуждая их простыми программными средствами.

3 Многопоточные приложения. Процессы и потоки.

Использование многопоточного приложения оправдано:

1. если необходимо параллельно с медленным процессом выполнять другую работу. Например медленный процесс- печать большого количества копий документа.

2. Когда алгоритм положенный в основу приложений содержит несколько независимых ветвей, каждый из которых имеет свои ресурсы.

3. Поддержка мультипроцессорной обработки, то есть обработка ведется PS (персональные системы), то есть когда вычислительный комплекс является системой, состоящей из нескольких процессоров, каждый из которых организует свой поток.

Замечание.

1. целесообразно организовать большое количество потоков так как возрастает загруженная ОС для WS ограничивает число потоков16.

2. Если несколько процессов и потоков стремятся получить доступ к одному и тому же ресурсу их необходимо синхронизировать.

3. В Делфи приложении методы VCL (библ. Вих-з-х компонентов-понятие логическое) вызывает их главного потока VCL и чрезмерное синхронизация их вызова может замедлить работу процессора и привести его в состояние тупика.

Потоки – это наборы команд, которые могут получать время процессора. Время процессора выделяется квантами. Квант времени – это минимальный интервал, в течение которого только один поток использует процессор. Кванты выделяются не программам или процессам, а именно порожденным потокам. Как минимум, каждый процесс имеет хотя бы один (главный) поток, но операционные системы, начиная с Windows 95 и Windows NT позволяют запустить в рамках процесса произвольное число потоков.

Потоки дают современному программному обеспечению новые специфические возможности. К примеру, пакеты из состава MS Office задействуют по несколько потоков. Word может одновременно корректировать грамматику и печатать, при этом осуществляя ввод данных с клавиатуры и мыши; программа Excel способна выполнять фоновые вычисления и печатать. Потоки упрощают жизнь тем программистам, которые разрабатывают приложения в архитектуре клиент/сервер. Когда требуется обслуживание нового клиента, сервер может запустить специально для этого отдельный поток.

Также потоки – основная единица диспетчеризации вычисляемого процесса.

Процесс состоит из виртуальной памяти, исполняемого кода, потоков и данных. Процесс может содержать много потоков, но обязательно содержит, по крайней мере, один.

Поток зависит от процесса, который и распоряжается виртуальной памятью, кодом, данными, файлами и другими ресурсами ОС.

Переключение между процессами – значительно более длительная операция, чем переключение между потоками, поэтому мы используем потоки вместо процессов.Типичные ошибки при использовании потоков.

1. Гонки, – когда 2 и более потока пытаются получить доступ к общему ресурсу и изменить его состояние.

2. Тупики, – когда поток ожидает ресурс, который в данный момент принадлежит другому потоку.