В. Столлингс - Операционные системы (1114679), страница 5
Текст из файла (страница 5)
же пе едается программе пользователя, котора .ой-либо другой программе, которая нахогп авление может быть передано како -ли о . П е ван- управ- и ания и обладает более высоким приоритетом. Рервандится в состоянии ожидания и о лэдает ког а она будет обладать наибо- и о амма пользователя возобновит работу, когда она удет о вая программа о ограмч. Эта концепция обработки лее высоким приоритетом ред м с и оставшихся программ. ся многозадачностью нескольких программ, во площенная на практике, называется многоз в обсуждается в главе 2, "Обзор операционных систем".
".1 .5г.' ЙЕРАРХИЯ.':::З~О~ ", ' ' устрОйсТВ;''-,~~~ ".;"~' К ф ация памяти компьютера в осно н р в ом оп еделяется тремя пара- он игур метрами: объем, быстр д о ействие, стоимость. по . " йб йни былабы па- В прос об объеме решить не так про п осто. Како ольшо о т а . ее не хватит.
отно- . В б т аз аботаны приложения, которым мять, все равно удут ра р яс:, учше. Для достижешении быстродействия памяти все яс ясно; чем быстрее, тем лучше. б о об- ть олжна иметь возможность ыстро ония высшей производительности память до о ессо ом. Но в реальной жизни едва ли не главным мениваться данными с процессором. о в ре б има со стои- мость памяти должна быть сравнима со становится третий параметр. Стоимос м остью других компонентов. с м пе численными харак- Очевидно, можно найти некоторый компромисс между пере теристиками памяти. а л ом эт .
Н юб этапе развития технологий производства запоми- ие остаточно устойчивые, соотношения. вающих устройств действуют следующие, д е Чем меньше время доступа, тем доро д же каж ый бит. Чем выше емкость, тем ниже стоимость бита. Чем выше емкость, тем больше время доступа. Тепе ь ясна дилемма, стоящая перед конструкт р о ом. Вследствие возраста- еперь ясна тгкто ст емится использовать те технологии, низ требований к ресурсам конструктор стре и ст ойств с большой емкостью. днако ч "оторые обеспечивают производство устр ысокой производительности, конструктор долбы удовлетворить потребности в высо к лава 1. Обзор компьютерных систем жен использовать дорогук менем доступа).
Чтобы найти выхо и д з сложившейся ситуации, необходимо опираться н ' отдельно взятый компонент памяти или технологию а выст роить иерархико." поминающих устройств. На рис. 1.14 показана тип пичная иерархическая мида. При спуске к ее основанию происходит следующее. 1. Снижается стоимость бита. 2. Возрастает емкость.
3. Возрастает время доступа. 4. Снижается частота обращений процессора к памяти. овне, процесаор может ор ца~ «е ясли же нужно получить достутт уровне, то это слово сначала передается на первый уровень, и лишь потом нроц р «олучает к нему му доступ. Опустим для простоты вопрос о времени, которое требуется . Н с. 1.15 «роцессору для определе я оп еления, на каком именно уровне находится слово. На рис.. 1. оказан вид кривой, описывающей данную ситуацию. На графике представлена за«ока в симость среднего времени доступа к памяти торо уро ре в го вня от зультативности впс «виска Н. Символом Н обозначено отношение числа нахождений нужного с. о лвав быстрой памяти (например„в каше) к числу всех обращений, Т, — время доступа к уровню 1, Tг — время доступа к доступа к уровню 2.з Видно, что при высокой частоте обра«тения к уровню я к уровню 1 среднее время доступа намного ближе ко времени доступа к уров«то 1, чем ко времени доступа к уровню 2.
Рис. 1.14. Иерархия запоминающих устройств Таким об азом к бо р, более дорогим устройствам с меньшей емкостью и ысокой производительностью добавляются более емкие, дешевые, но ме роизводительные. П и р такой организации ключом к успеху является сниж астоты об о ращения к последним. Эта концепция будет рассмотрена более ально в следующих разделах данной главы, при обсуждении кзша и вирту ой памяти.
ти. А теперь рассмотрим конкретный пример. Предположим, процессор имеет доступ к памяти двух уровней. На пе рабане содержится 1000 слов, и он характеризуется временем доступа 0.1из . до Часть 1. Основные поня й результативность поиска (вероятность обращении к уровню 1 ~ Рис.
1.15. Производительность простой двухуровневои памяти Предположим, что в нашем примере 95% обращений к памяти приходится на кзш (Н = О 95). Тогда среднее время доступа можно записать как 0 95х0. 1из* 0 05х (0.1и~+ 1из) = О 095+ О 055)тз = 0.15из Получившийся результат довольно близок ко времени доступа к быстрой памяти.
Таким образом, описанная стратегия работает, но лишь при соблюдении У~ловий 1-4. Существует целый ряд разнообразных запоминающих устройств, созданных с применением различных технологий, для которых выполняются условия 1-3. К счастью, условие 4 тоже в целом справедливо. Основой соблюдения условия 4 служит принцип, известный как принцип локализации обращений (ПЕЫХ681.
Адреса, к которым во время исполнения про"рвзимы обращается процессор, имеют тенденцию собираться в группы. Как правило, з Назовем попаданием такое обращение к памяти, при котором нузкное елово нахо итея в быстрой памяти.. Соответственно промахом назовем ситуацию. когда его там нет. Глава 1.
Обзор компьютерных систем программь«содержат в себе повторяющиеся «$ " '. ' стут«ает очередь ц««кла или подпрограммы му повторяющемуся набору команд. Работа с таблицами и массивами также лагает доступ к сгруппированным данным. Со временем одни используемые «' ры заменяются другими, но в течение небольших промежутков времени преимущественно работает с фиксированными кластерами памяти. Поэтому представляется возможным организовать данные в иерарх структуре так, чтобы частота обращений к каждому более низкому уровню б ° много меньше, чем частота обращения к уровню, расположенному на ступень Рассмотрим уже описанный пример с двумя уровнями памяти.
Пусть на находятся все команды и данные программы. Обрабатываемые в данный кластеры можно поместить на уровень 1. При этом получится, что большин ращений происходит к командам и данным, находящимся на уровне 1. Этот принцип можно применять не только к памяти с двумя уровня мую быструю, малоемкую и дорогую память образуют внутренние регистр цессора.
Обычно в нем имеется несколько десятков таких регистров, хотя которых процессорах могут быть сотни регистров. Спустимся на две с вниз, туда, где находится основная память, являющаяся важным вну запоминающим устройством компьютера. Каждая ее ячейка характери' своим уникальным адресом, и при выполнении большинства машинных к обращения происходят по одному или нескольким адресам. Ра«ширением ной памяти служит кэш, который обладает меньшей емкостью, но являе лее быстрым.
Кэш обычно не виден программисту или, что по сути то же ' цессору. Это устройство выступает в роли промежуточного хранилища при их перемещении между основной памятью и регистрами процессора, зволяет повысить производительность. Три только что описанных вида памяти являются обычно временными отключении питания находящаяся в них информация исчезает) и произв на основе полупроводниковой технологии.
Наличие этих уровней основ том, что существуют различные по скорости и стоимости виды полупрово вой памяти, Постоянными являются внешние устройства хранения бол объема данных, наиболее часто встречающиеся из которых — жесткий такие съемные устройства, как переносные диски, ленты и оптические з нающие устройства. Внешнюю, постоянную память называют также вто или вспомогательной памятью. Такие устройства используются для хр файлов с программами и данными и доступны программисту чаще всего ( всегда) только на уровне файлов и записей, а не отдельных слов или Диск используется также как расширение основной памяти, известное п званием виртуальной памяти (см.
главу 8, "Виртуальная память"). В описываемую иерархическую структуру памяти программное обеспе может добавлять и дополнительные уровни. Например, часть основной может быть использована как буфер для временного хранения считывае диска данных. Повышение производительности с применением такой тех гии, которую иногда называют дисковым кэшем (подробнее она рассматрив в главе 11, "Управление вводом-выводом и дисковое планирование"), дост ся за счет следующих ее особенностей. ° Данные на диск записываются в виде кластеров.
Вместо передачи бол количества маленьких порций данных мы считываем несколько бол Часть 1. Основные пон » порци й. Это повышает производительность диска и сводит к минимуму использование процессора. П огра мма может обращаться к некоторым данным, р д п е назначенным для записи на диск, до ее начала. э *, . В том случае намного быстрее искать данные в кэ эше чем на медленном диске. П оизводительность памяти с с несколькими уровнями рассматривается в ро ;.кении А к данной главе. риложе е Хотя кэш и невиди м для операционной системы, он взаимодействует с апатным обеспечением, связанным с памятью.
Более того, многие из принци- х виртуальной памяти (см. главу 8, "Виртуальная напев» ' ««спользуемых в схемах в мять )» ") применимы также к кэш-памяти. Оборудование П и выполнении каждого цикла команды процессор по крайней мере один раз обращается к ам памяти. чтобы произвести выборку команды. Часто это происходит повторно причеи возможны случаи нескольких повторных обращени, » при которых извлекаю с т я операнды и/или сохраняются результаты. Частота, с й п цессор исполняет команды, ограничена временем обращения к памяти. Годами это ограничение было существенной проблемой из-за постоя соответствия между скоростью процессора и скоростью доступа к основной памяти — скорость процессора возрастала быстрее, чем скорость доступа к памяти. Постоянно нужно было искать компромисс между скоростью, стоимостью и емкостью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
