Ответы к экзамену (2), страница 2

Получаем очевидный выигрыш вскорости обработки за счет совмещения прежде разнесенных во времени операций. Конвейернуюобработку можно заменить обычным параллелизмом, для чего продублировать основноеустройство столько раз, сколько ступеней конвейера предполагается выделить, но, увеличиваяв пять раз число устройств, мы значительно увеличиваем как объем аппаратуры, так и еестоимость.Пусть конвейер из n ступеней, тогда выполнение команды займет n единиц времени, безконвейера также n единиц времени. Но для m команд t=n*m-1, а в конвейере n+m единиц времени:Tконвейера(m)=T0(разгон)+n∆t +(m-1) ∆t , ∆t – время выполнения ступени конвейера.62.

Режимы работы компьютеров, планирование процессов ираспределение ресурсов: процессоров, памяти, каналов.Режимы работы компьютера1.2.3.4.Монопольный режим – один пользователь решает одну задачу. Это исторически первый режим работы ЭВМ.Первые машины были спроектированы только на такую работу.

Этот режим отличается низким коэффициентомиспользования аппаратных ресурсов. Многозадачность увеличивает загрузку аппаратных средств. Средняяскорость обработки задачи увеличивается, но падает скорость обработки конкретной задачи.Пакетная обработка – в этом режиме пользователь отделён от компьютера. Пользователь формирует пакетзаданий, а оператор его реализует. В задании определены ресурсы, что позволяет построить график решениязадачи. Пауз в работе меньше производительность увеличивается. Для решения повторяющихся задач –это оптимальный режим. Однако он неудобен для разработчиков программ, поскольку нет возможностинепосредственной отладки программ.Разделение времени – интерактивный многопользовательский режим.

Организация интерактивнойработы сразу многих пользователей, которые могут работать в диалоговом режиме с независимых терминаловс распределением ресурсов между пользователями для создания иллюзии независимости работы –вытесняющая многозадачность. Машинное время делиться на кванты, и они предоставляются пользователямпо определённому закону. При больших задачах этот режим не эффективен.

В отличие от других режимовкомпьютер много тратит на поддержку данного режима. В настоящее время область применения режимасократилась.Режим реального времени. Во всех предыдущих режимах физическое время не влияло на выполнениезадачи. Но компьютеры часто работают с реальными объектами. Существует ряд задач, где лимитировановремя отклика. Для этого режима выпускаются специальные компьютеры – промышленные в особомисполнении. При этом процессор может оставаться универсальным, но могут применяться и специальныепроцессоры. Также применяются устройства связи с объектом (УСО). Ядро у таких систем простое, а периферияогромна – содержит множество датчиков и исполнительных устройств.Критерии планирования●●●●●Справедливость – гарантировать каждому заданию или процессу определенную часть времени использованияпроцессора в компьютерной системе, стараясь не допустить возникновения ситуации, когда процесс одногопользователя постоянно занимает процессор, в то время как процесс другого пользователя фактически неначинал выполняться.Эффективность(Балансировка) – постараться занять процессор на все 100% рабочего времени, не позволяяему простаивать в ожидании процессов, готовых к исполнению.

В реальных вычислительных системах загрузкапроцессора колеблется от 40 до 90%.Сокращение полного времени выполнения ( turnaround(оборотное) time ) – обеспечить минимальное времямежду стартом процесса или постановкой задания в очередь для загрузки и его завершением.Сокращение времени ожидания ( waiting time ) – сократить время, которое проводят процессы в состоянииготовность и задания в очереди для загрузки.Сокращение времени отклика ( response time ) – минимизировать время, которое требуется процессу винтерактивных системах для ответа на запрос пользователя.Алгоритмы планирования●●●●(Пакетная)First-Come, First-Served(FCFS) +: Справедливость, Простота -:Процесс, ограниченныйвозможностями процессора может затормозить более быстрые процессы, ограниченныеустройствами ввода/вывода.(пакетная)Shortest Job First(SJF) Уменьшение оборотного времени.Длинный процесс занявшийпроцессор, не пустит более новые краткие процессы, которые пришли позже.(интерактивная)Round Robin(RR).+: Простата.

Справедливость (как в очереди покупателей, каждомутолько по килограмму) -:Если частые переключения (квант - 4мс, а время переключения равно 1мс),то происходит уменьшение производительности.Если редкие переключения (квант - 100мс, а времяпереключения равно 1мс), то происходит увеличение времени ответа на запрос.(интерактивная)Приоритентное планирование○ Лотерейное планирование -- у разных процессов разное кол-во лотерейных билетов○ Статический приоритет7○●●●●●Динамический приоритет -- обратно пропорциональный части использованного кванта. Такимобразом приоритеты ограниченные вводом\выводом имеют больший приоритет(интерактивные)Разделение процессов на группы○ Группы с разным квантом времени.Сначала процесс попадает в группу с наибольшимприоритетом и наименьшим квантом времени, если он использует весь квант, то попадаетво вторую группу и т.д.

Самые длинные процессы оказываются в группе наименьшегоприоритета и наибольшего кванта времени.(интерактивные)Гарантированное планирование. Каждому 1\н времени.(интерактивные)Справедливое. Процессам каждого юзера 1\(кол во юзеров)(СРВ)Rate Monotonic Scheduling -- Для систем реального времени. Приоритет пропорционаленчастоте запуска(СРВ)Earliest Dedline First -- приоритетный тот у кого скорее дедлайнПамятьВ современных компьютерах используется виртуальная память, которая отображается на физическуюоперативную память и жесткий диск. Виртуальная память – теоретически доступная пользователю, объемкоторой определяется разрядностью шины адреса и разрядностью адресной части процессорной команды.Виртуальная память имеет сегментно-страничную организацию, адрес памяти содержит адрес сегмента,адрес страницы в сегменте и смещение внутри страницы.

В 32х разрядных ОС обычно выделяется 8разрядов под номер сегмента, 12 разрядов под номер страницы, и 12 разрядов под смещение внутристраницы.●Статитическое выделение памяти -- вся память необходимая для работы программы выделятсясразуже. Основной минус: фрагментация● Динамическое выделение памяти -- память выделяется по мере необходимостиВиртуальная память - технология управления памятью ЭВМ, разработанная для многозадачныхоперационных систем. При использовании данной технологии для каждой программы используютсянезависимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адресав памяти ЭВМ.

Позволяет увеличить эффективность использования памяти несколькими одновременноработающими программами, организовав множество независимыхадресных пространств (англ.), иобеспечить защиту памяти между различными приложениями. Также позволяет программисту использоватьбольше памяти, чем установлено в компьютере, за счет откачки неиспользуемых страниц на вторичноехранилище (см. Подкачка страниц).LRU (least recently used) - наиболее давно не использовавшийся;FIFO - самый давний по пребыванию в ОЗУ;Random - случайным образом.8Впервые механизм виртуальной памяти был реализован в 1959 г.

на компьютере "Атлас",разработанном в Манчестерском университете.3. Архитектура компьютерных систем; классификация, техническиехарактеристики, организация коммуникаций. Примеры.Класификация Флина● SISD(single instruction stream/ single data stream)● SIMD● MISD● MIMDБольшинство современных КС относятся к классу MIMDРассмотрим его более детально●Мультироцессоры -- КС имеющая более одного процессора. При этом они разделяютобщую память○ UMA(однородный доступ к памяти)Все микропроцессоры в UMA-архитектуре используютфизическую память одновременно. При этом время запроса к данным из памяти не зависитни от того, какой именно процессор обращается к памяти, ни от того, какой именно чиппамяти содержит нужные данные. Однако каждый микропроцессор может использовать свойсобственныйкэш■ SMP(симметричная мультипроцессрование)-- архитектура многопроцессорныхкомпьютеров, в которой два или более одинаковых процессоров подключаютсяк общей памяти.

Большинство многопроцессорных систем сегодня используютархитектуру SMP.SMP-системы позволяют любому процессору работать над любой задачейнезависимо от того, где в памяти хранятся данные для этой задачи; при должнойподдержкеоперационной системой SMP-системы могут легко перемещать задачимежду процессорами, эффективно распределяя нагрузку. С другой стороны,память гораздо медленнее процессоров, которые к ней обращаются; дажеоднопроцессорным машинам приходится тратить значительное время на получениеданных из памяти. В SMP ситуация ещё более усугубляется, так как только одинпроцессор может обращаться к памяти в данный момент времени.○■ PVP -- несколько векторных процессоров(аналогично SMP)NUMA -- неоднородный доступ к памяти■ ccNUMA -- NUMA c когерентностью кэша.

Большинство современных NUMAсистем.■ nccNUMA -- без когерентности кэша. Такую систему легко создать, ностановится предельно сложно программировать под нее9■●COMA(cache only memory architecture)-- отличие от предыдущих прииспользовании блока памяти находящигося в “зоне влияния” другогопроцессора данные НЕ копируются, а мигрируют в “зону влияния”процессора, которым они будут использоваться. К плюсам можно отнестито, что уменьшается количество ненужных копий информации, и нетнеобходимости поддерживать ее когерентность. К минусам -- сложнее найтинужный кусок данных.Мультикомпьютеры -- КС без общего доступа к памяти.○ MPP --Система строится из отдельных узлов (англ. node), содержащих процессор,локальный банк оперативной памяти, коммуникационные процессоры или сетевыеадаптеры, иногда — жёсткие диски и другие устройства ввода-вывода. Доступ к банкуоперативной памяти данного узла имеют только процессоры из этого же узла.

Узлысоединяются специальными коммуникационными каналами.Очень хорошо масштабируется(кол во процессоров 10 000)○Кластера -- Это дешевый вариант MPP часто в качестве узлов используются ПККлассификация по Кутепову1. По распределенности памятиa. многопроцессорныеb. многокомпьютерные2. Однородностьa. однородныеb. неоднородные3.