2011. Машбук (1114722), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Следствием только что сказанного является то, что68размеры физической и виртуальной памяти могут быть произвольными. Может оказаться,что физической памяти в компьютере больше, чем размеры адресного пространствавиртуальной памяти, а может оказаться и наоборот: физической памяти существенноменьше виртуальной. Но во всех этих случаях система окажется работоспособной.Aисп.вирт.k k-10Номер виртуальной страницы0α01α12α2αiНомер в страницеда0i-ой виртуальной страницесоответствует физическая сномером αiнетiαiПолученная страница неразмещена в ОЗУПрерывание по защитепамяти.
Причина?m–1αm–1Обращение в«чужую» памятьПолучаем адрес физическойстраницы Aисп.физ..Продолжение работы программыСтраница откачана в целяхоптимизации использования ОЗУПодкачка нужной страницы,вычисление физического адреса,продолжение работы программыSTOPРис. 58. Модельный пример организации страничной виртуальной памяти. Схемапреобразования адресов.Но данный подход имеет и свои недостатки. Во-первых, это страничнаяфрагментация, или внутренняя (скрытая) фрагментация: если в странице используетсяхотя бы один байт, то вся страница отводится процессу и считается занятой (т.е., решиввопрос с т.н. внешней фрагментацией, мы в данном случае не используем память,размером со страницу минус один байт).
Во-вторых, описанная выше модель являетсявырожденной: если таблица страниц целиком располагается на регистровой памяти, то всилу дороговизны последней размеры подобной таблицы должны быть слишком малы (аследовательно, будет невелико количество физических страниц). Реальные современныесистемы имеют более сложную логическую организацию, и речь о ней пойдет ниже.Кроме того, при смене процессов таблицу страниц сначала обязательно надо сохранить, апотом обновить – дополнительные накладные расходы.Напоследок заметим, что данное нами определение аппарата виртуальной памятирасходится с определениями некоторых других источников. Повторим, что мырассматриваем механизм виртуальной памяти как механизм преобразования виртуальногоадресного пространства в физическое. Во многих изданиях, посвященных рассмотрениюоперационных систем, виртуальной памятью считается то, что позволяет часть программыразмещать на внешних устройствах, т.е.
считают механизм виртуальной памяти каксредство увеличения объема физической памяти. Мы считаем такое определениенекорректным. Если рассматривать, например, виртуальную память как механизмувеличения объема памяти, то возникает вопрос: в случае большого объема физическойпамяти разве виртуальная память отсутствует? Соответственно, возникают проблемы сподобным определением.69И еще одно важное замечание. В компьютере имеется физическое адресноепространство и виртуальное. Физическое пространство — это та оперативная память,которая физически может быть подключена к компьютеру, а виртуальное адресноепространство — это то пространство, которое доступно программе.
И возникает вопрос,что и каким способом задает максимальные размеры этих адресных пространств. Наразмер виртуального адресного пространства влияет разрядность исполнительныхадресов, получаемых в ходе обработки программы на центральном процессоре. Размерфизического пространства определяется характеристикой компьютера: зависит от того,сколько физически можно подключить памяти к машине, и какова разрядностьвнутренней аппаратной шины. Но и то, и другое являются аппаратными характеристикамикомпьютера.1.2.7 Многомашинные, многопроцессорные ассоциацииВ настоящее время одиночный компьютер можно сравнить с телефоннымаппаратом без телефонной сети. Т.е., говоря об ЭВМ, мы подразумеваем машину внекотором окружении и взаимодействии с другими машинами.
В зависимости от степениинтегрированности машин в рамках одного комплекса различают многопроцессорныеассоциации, где степень связанности машин довольно велика, и многомашинныеассоциации, в которых наблюдаются слабые связи между машинами (в некоторых случаяхговорят о сетях ЭВМ).Начиная данную тему, мы, следуя традиционному научному подходу, сначаларассмотрим классификацию — это позволит выявить среди большого разнообразиямашинных ассоциаций группы с идентичными свойствами, которые помогут нампознакомиться с наиболее общими подходами, абстрагируясь от деталей реализации.Для классификации существуют множество методов, проводящих деление поразличным характеристикам (например, по производительности).
Одна из наиболеепростых классических классификаций многопроцессорных систем — это классификацияпо Флинну (M.Flynn), основанная на анализе некоторых характеристик потоковинформации в машине. Основная концепция этой классификации – переборвсевозможных характеристик потока команд (инструкций) и потока данных. Обработкакаждого из этих потоков может быть одиночная либо множественная.В контексте машины можно выделить два потока информации: поток управления(для передачи управляющих воздействий на конкретное устройство) и поток данных(циркулирующий между оперативной памятью и внешними устройствами). Возможнынекоторые оптимизации данных потоков.
В потоке команд — это переход от команднизкого уровня к высокоуровневым (когда ЦП вместо работы с микрокомандами начинаетвырабатывать высокоуровневые команды, которые передаются «умному» устройствууправления, непосредственно реализующему данные команды); в потоке данных — этоисключение участия ЦП в обменах между внешними устройствами и оперативнойпамятью.Флинн предлагает рассматривать компьютер с позиции 2 потоков:- поток команд: выбор одной или группы команд- поток данных, операндов: с выполнением каждой команды выбирается либоединичная, либо множественная порция данных. В результате получаем четыре классаархитектур:ОКОД (одиночный поток команд, одиночный поток данных, или SISD — singleinstruction, single data stream) — это традиционные компьютеры (близкие машине фонНеймана) с единственным ЦП.
Они имеют одно устройство управления, котороепоследовательно выбирает команды, и каждая команда обрабатывает единичнуюпорцию данных.70ОКМД (одиночный поток команд, множественный поток данных, или SIMD — singleinstruction, multiple data stream) — например, векторные компьютеры, способныеоперировать векторами данных, матричная обработка данных. Обычно для этих целейв данных машинах существуют векторные регистры, а также обычно имеютсявекторные операции, предполагающие векторную обработку.
В этой архитектуреимеется одно УУ, которое последовательно выбирает команды, а обработка данныхведётся агрегировано. Заметим, что принадлежность конкретной системы кконкретному классу относительно условна.МКОД (множественный поток команд, одиночный поток данных, или MISD —multiple instruction, single data stream) — имеется смесь команд, которая оперирует надодними и теми же данными. Этот класс архитектур является спорным.
Существуютразличные точки зрения о существовании каких-либо систем данного класса, и еслитаковые имеются, то какие именно. В некотором смысле сюда можно отнестиспециализированные системы обработки видео- и аудиоинформации (DSPпроцессоры), а также конвейерные системы.МКМД (множественный поток команд, множественный поток данных, или MIMD —multiple instruction, multiple data stream) — это системы, которые содержат не менеедвух устройств управления (это может быть один сложный процессор с множествомустройств управления). Множество процессоров одновременно выполняют различныепоследовательности команд над своими данными. Это наиболее распространённаякатегория архитектур. На сегодняшний день данная категория во многом определяетсвойства и характеристики многопроцессорных и параллельных вычислительныхсистем.Среди систем МКМД можно выделить два подкласса: системы с общейоперативной памятью и системы с распределенной памятью (Рис.
59). Для системпервого типа характерно то, что любой процессор имеет непосредственный доступ клюбой ячейке этой общей оперативной памяти. Слово «непосредственно» означает, чтолюбой адрес может появляться в произвольной команде в любом из устройствуправления. Системы с распределенной памятью представляют собою обычнообъединение компьютерных узлов. Под узлом понимается самостоятельный процессор сосвоей локальной оперативной памятью. В данных системах любой процессор не можетпроизвольно обращаться к памяти другого процессора. Указанные системыиллюстрируют противоположные подходы – на практике обычно встречаютсяпромежуточные решения.71MIMDСистемы с общейоперативной памятьюUMA — система соднородным доступом впамять (uniform memoryaccess)Системы с распределеннойоперативной памятьюNUMA — система снеоднородным доступом впамять (non-uniform memoryaccess)ccNUMA — Cache CoherentNUMASMP — симметричнаямультипроцессорная система(symmetric multiprocessor)MPP (Massively ParallelProcessors — процессоры смассовым параллелизмом)COW (Cluster of workstations —кластер рабочих станций)Рис.
59. Классификация МКМД.Рассмотрение систем с общей оперативной памятью начнем с UMA. UMA(uniform memory access) — система с однородным доступом к памяти. В данной моделипроизвольный процессорный элемент имеет доступ к произвольной точке оперативнойпамяти (доступ с одинаковым временем).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
