Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

*непосредственный обмен (в темпе движения диска);

Магнитный барабан

Высокоскоростное ВЗУ.

Предназначен больших вычислительных комплексов. Представляет из себя большой цилиндр длиной до метра, в диаметре 30 – 40 см. Поверхность покрыта особым веществом, над поверхностью штанга с головками над треками. Скорость доступа достаточно большая. Механическая составляющая только вращение барабана. Магнитный барабан используется операционными системами высокопроизводительных ЭВМ для хранения оперативных данных (данных, время доступа к которым должно быть минимальным).

При выполнении обмена совершаются следующие действия:

- электронное включение считывающей/записывающей головки, соответствующей нужному треку;

- ожидание размещения головки над началом нужного сектора (ожидание механического поворота барабана на начало сектора);

- непосредственный обмен в темпе движения барабана.

Магнито-электронные ВЗУ прямого доступа

Память на магнитных доменах, ВЗУ, построенные на элементной базе ОЗУ и т.п.

Из-за электрических свойств домены разгоняются по трекам. Обмен информацией между головкой и барабаном это включение головки и ожидание, когда домен «прибежит» на головку.

В обмене отсутствует «механическая» составляющая, поэтому это наиболее быстродействующие ВЗУ.

Используется американцами на шатлах.

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.

Организация управления внешними устройствами

1. Непосредственное управление внешними устройствами центральным процессором. есть внешнее устройство, ЦП и ОЗУ. Устройство управления внешними устройствами оно имплантировано в ЦП. Т.е. ЦП выполняет абсолютно все действия по управлению внешними устройствами, что ведет к достаточно большим потерям у системы в целом. Это 1-я историческая модель.

2.Синхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров

внешних устройств. Суть такова : появились между ЦП и внешнем устройством -устройства, которые называются контроллер внешнего устройства. Контроллер внешнего устройства служит промежуточным звеном для общения ЦП и внешнего устройства. С точки зрения ЦП контроллер внешнего устройства может иметь интерфейсную часть (команды) более высоко уровневую, чем для 1-го случая (могут быть, команды уже подачи информации позиционировать на соответствующий сектор). Но при этом на ЦП ложится значительная работа по обработке ошибочных и ситуаций и прочих внештатных ситуаций, которые выполняются при обмене. Уровень и объем непроизводительной работы ЦП зависит от конкретного контроллера (т.е. насколько интеллектуальный контроллер).

3.Асинхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств.

Альтернатива синхронному управлению. Т.е. при появлении асинхронного управления – появляются прерывания, которые позволяют откладывать и запараллеливать разные действия, а проблема загрузки ЦП непроизводительной работой – она остается как есть. Все равно ЦП, несмотря на асинхронную работу, занимается плюс непроизводительной работой.

4.Использование контроллера прямого доступа к памяти (DMA) при обмене.

. Понятно, что здесь речь идет о асинхронном обмене и есть существенная оптимизация за счет того, что поток данных минует ЦП и много проблем как бы уходят со стороны ЦП. Тем не менее остаются проблемы связанные с управлением и отработкой данных обмена.

5.Управление внешними устройствами с использованием процессора или канала ввода/вывода.

В системе кроме ЦП присутствует специализированный процессор (специализированная машина), который обеспечивает управление внешними устройствами, который обеспечивает оптимизацию работы с внешними устройствами. Т.е. эта машина может иметь свою локальную оперативную память, и в этой локальной оперативной памяти может быть организовано кэширование доступа к внешнему устройству для того, чтобы минимизировать непосредственные обращения к внешнему устройству. Системы ввода/вывода предоставляют для процессора высокоуровневый интерфейс общения, который обеспечивает минимизацию загрузки ЦП объектной организацией ввода/вывода. Это означает, что проблемы обнаружения ошибок, попытки локализации ошибок и т.д. – все это уже происходит внутри процессора канала ввода/вывода и ЦП это не затрагивает.

Иерархия памяти

Данная иерархия строится с позиций близости к ЦП, стоимости памяти и системной составляющей. Т. е. есть ЦП и элементами памяти в ЦП являются регистры общего назначения и КЭШ 1-го уровня. Следующий уровень– это уровень устройства, которое называется КЭШ 2-го уровня, которое находится между ЦП и ОЗУ, т.е. обычно это устройство, которое быстрее ОП, но может быть медленнее и дешевле КЭШа 1-го уровня, а также может обладать немножко большими размерами чем КЭШ 1-го уровня, соответственного схема работы с КЭШем 2-го уровня аналогично схеме работы с КЭШем 1-го уровня. по иерархии уровень после уровня ОЗУ – это уровень внешнего запоминающего устройство с внутренней КЭШ-буферизацией. Т.е. это устройства, аппаратное управление которых имеет КЭШ буферизации, т.е. это уже менее эффективно, чем ОП, но достаточно эффективно, потому что опять-таки за счет внутреннего кэширования (при той же схеме кэширования, которая имеет место в схеме ЦП - ОЗУ ), сокращается реальное количество обращений к устройству и тем самым получается существенное повышение производительности работы устройства. Следующий уровень - внешнее запоминающее устройство прямого доступа без КЭШ-буферизации. Это устройства существенно менее эффективные, но также предназначенные для оперативного доступа к данным, т.е. это устройства, которые обычно используются в программе для организации внешнего хранения и доступа за данными, соответственно по производительности они могут быть разными, но для каких-то ситуаций категории этих двух устройств не принципиальны. Последним уровнем этой иерархии является уровень внешнего запоминающего устройства долговременного хранения данных. Т.е. это устройства, предназначенные для архивирования и долговременного хранения информации, к этим устройствам могут относиться и как устройства прямого доступа, и устройства последовательного доступа. Суть иерархии: на вершине находятся самые высоко скоростные, которые, в свою очередь являются также и самыми дорогими устройствами, но спускаясь вниз, мы получаем устройства менее дорогие, но обладающие более худшими показателями по скорости доступа, за счет всей системы предусматриваются достаточно большие элементы сглаживания дисбаланса в производительности каждого из типов этих устройств.

Аппаратная поддержка ОС и систем программирования

Изначально был однопрограммный режим работы. ЦП простаивал во время обмена информацией с магнитной лентой, диском…Появились новые задачи, новые устройства, однопрограммный режим перестал устраивать.

За счет аппаратно-программных решений, ВС поимела возможность обрабатывать несколько программ одновременно: какие-то выполняют обмен, какие-то ждут своей очереди, какие-то запущены на счет.

Появился мультипрограммный режим - режим при котором возможна организация переключения выполнения с одной программы на другую.

Мультипрограммный режим - режим при котором возможна организация переключения выполнения с одной программы на другую.

Характеристики

Список файлов лекций