Билеты (Graur) (1114774), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В общем случаепрограмм или процессов, ожидающих завершения обработки прерыванияможет быть произвольное количество.3. До данного момента времени все действия происходили в режимеблокировки прерываний. Почему? Потому что режим блокировкипрерываний – единственная гарантия оттого, что не придет новоепрерывание и при его обработке не потеряются данные, необходимые дляпродолжения прерванной программы (регистры, режимы, таблицы ЦП).После полного упрятывания разблокируются прерывания (то естьвключается стандартный режим при котором возможно появлениепрерываний).4. Заключительный этап – завершение обработки прерывания.Вот упрощенная схема обработки прерывания, в реальных системах она можетиметь отличия и быть сложнее.
Но основные идеи обычно остаются неизменными.Аппарат прерываний позволяет системе фиксировать и корректно обрабатыватьразличные события, возникающие как внутри системы, так вне нее.Билет №10 Основы архитектуры компьютера. Внешниеустройства. Организация управления и потоков данныхпри обмене с внешними устройствами3.6.1 Внешние запоминающие устройства (ВЗУ).Обмен данными:• записями фиксированного размера – блоками• записями произвольного размераДоступ к данным:• операции чтения и записи (жесткий диск, CDRW).• только операции чтения (CDROM, DVDROM, …).Последовательного доступа:•Магнитная лентаПрямого доступа:• Магнитные диски• Магнитный барабан• Магнито - электронные ВЗУ прямого доступа3.6.1.1 Устройство последовательного доступаМагнитная лентаЧтобы добраться до определенной записи, нужно пройти все предыдущие.3.6.1.2 Устройства прямого доступаМагнитные дискиБлок может перемещаться от края к центру.Каждоеустройствохарактеризуетсяфиксированным числом цилиндров.
Дорожкиотносящиесякодномуцилиндрутакжепронумерованы.Дорожкиобразуютконцентрические окружности. Все дорожкиразделены на сектора. Начала одноименныхсекторов лежат в одной плоскости. Для заданиякоординат определенного сектора в управляющееустройства необходимо передать:1) номер цилиндра, где расположен сектор2) номер дорожки на которой находится сектор3)номер сектораМагнитный барабанПредназначен больших вычислительных комплексов. Представляет из себябольшой цилиндр длиной до метра, в диаметре 30 – 40 см. Поверхность покрытаособым веществом, над поверхностью штанга с головками над треками. Скоростьдоступа достаточно большая.
Механическая составляющая только вращениебарабана.Магнито-электронные ВЗУ прямого доступа3.6.2 Организация потоков данных при обмене с внешними устройствамиОбмен данных осуществляется через центральный процессор.Например, при чтении и получении данных из внешнего устройства они попадаютна специальные регистры процессора и далее в память.Обмен с использованием прямого доступа к памяти (direct memory access –DMA).Нет необходимости для организации обмена использовать оперативную память.
Ноэтот объем данных ограничен. Когда данные кончаются процессор выполняетдополнительную работу.3.6.4 Организация управления внешними устройствами1. Непосредственное управление внешними устройствами центральнымпроцессором.2. Синхронное управление внешними устройствами с использованиемконтроллеров внешних устройств.3. Асинхронное управление внешними устройствами с использованиемконтроллеров внешних устройств.4. Использование контроллера прямого доступа к памяти (DMA) при обмене.Управление внешними устройствами с использованием процессора или каналаввода/вывода.Прерывания: организация работы внешних устройств.Одно из основных достижений прерываний – возможность организацииасинхронной работы с внешними устройствами. Вернемся к ее рассмотрению.Пусть в системе имеется прерывание “обращение к системе”. Оно используется дляорганизации доступа к функциям ОС.Синхронная работа с ВУПри синхронной организации обмена программа будет приостановлена с моментаобращения к ВУ до момента завершения обмена.
Дисбаланс между скоростьювыполнения машинных команд и скоростью работы ВУ колоссальный. Поэтомузадержки при синхронной работе крайне и крайне ощутимы.Асинхронная работа с ВУПоследовательность действий следующая1. Программа инициирует прерывание “обращение к системе”, тем самымпередается заказ на выполнение обмена, (параметры заказа могут бытьпереданы через специальные регистры, стек и т.п.) Происходит обработкапрерывания (при этом программа (процесс) находится в ожидании).
Приобработке прерывания конкретному драйверу устройства передается заказ навыполнение обмена (который поступает в очередь).2. После завершения обработки прерывания “обращение к системе” программапродолжает свое выполнение до завершения обмена (на самом деле это невсегда так, почему – ответ позднее).3. Выполнение программы приостанавливается по причине возникнове6нияпрерывания – завершение обмена с конкретным устройством. Послеобработки прерывания выполнение будет продолжено.Очевидно, что асинхронная схема обработки обращений к ВУ позволяетсглаживать системный дисбаланс в скорости выполнения машинных команд искоростью доступа к ВУ.
Это еще одно из решений объявленной в начале курсапроблемы.Представленная выше схема организации обмена является достаточноупрощенной. Она не затрагивает случаев синхронизации доступа к областямпамяти, участвующим в обмене. Проблема состоит в том, что, например, записываянекую область данных на ВЗУ, после обработки заказа на обмен, но до завершенияобмена, программа может попытаться обновить содержимое области, что являетсянекорректным.
Поэтому в реальных системах для синхронизации работы собластями памяти, находящимися в обмене, используется возможность ееаппаратного закрытия на чтение и/или запись. То есть при попытке обмена сзакрытой областью памяти произойдет прерывание. Это позволяет остановитьвыполнение программы до завершения обмена, если программа попытаетсявыполнить некорректные операции с областью памяти, находящейся в обмене(попытка чтения при незавершенной операции чтения с ВУ или записи принезавершенной операции записи данной области на ВУ).БИЛЕТ 11Иерархия памяти4.4. Иерархия памяти.1.
В центральном процессоре наиболее быстрые и наиболее дорогостоящие –регистры общего назначения и кэш-буфер.2. Оперативное запоминающее устройство: кэш-устройства (вне центральногопроцессора – между оперативной памятью и центральным процессором).3. Внешние устройства – для организации оперативного доступа к данным.4. Устройства прямого доступа без кэш-буферизации.5. Устройства для долговременного массового хранения данных.БИЛЕТ 12Мультипрограммный режимИтак, выше мы выяснили, что, несмотря на возможность асинхронной работы сВУ, имеют место периоды ожидания программой завершения обмена. Еслисистема обрабатывает единственную программу, то в это время ЦП не производитникакой полезной работы, то есть простаивает (на самом деле термин простойдостаточно условный, так как при этом работает операционная система).ПрограммаПрограммаПростой ЦП - ожиданиезавершения обменапроцессыРешением проблемы простоя ЦП в этом случае является использование ВС вмультипрограммном режиме, в режиме при котором возможна организацияпереключения выполнения с одной программы на другуюпрограмма4программа3программа2программа1программа1в ремяt1t2t2t2На рисунке изображена подобная мультипрограммная система, обрабатывающаяодновременно 4 программы (процесса).
t1 – момент времени в который программа1будет остановлена для ожидания завершения обмена (до момента времени t4). Вмомент времени t1 система запускает выполнение программы2, котораявыполняется до момента времени t2. С t2 программа2 также начинает ждатьзавершения своего обмена и т.д.Для корректной организации мультипрограммной обработки необходимааппаратная поддержка ЭВМ. Как минимум аппаратура ЭВМ должна поддерживатьследующие функции.1. Аппарат защиты памяти.
Аппаратная возможность ассоциированиянекоторых областей ОЗУ с одним из выполняющихся процессов/программ.Настройка аппарата защиты памяти происходит аппаратно, то естьназначение программе/процессу области памяти происходит программно(т.е.,вобщемслучаеоперационнаясистемаустанавливаетсоответствующую информацию в специальных регистрах), а контроль задоступом – автоматически. При этом при попытке другимпроцессом/программой обратиться к этим областям ОЗУ происходитпрерывание “Защита памяти”2. Наличиеспециальногорежимаоперационнойсистемы(привилегированный режимом или режим супервизора) ЦП. Сутьзаключается в следующем: все множество машинных команд разбивается на2 группы. Первая группа – команды, которые могут исполняться всегда(пользовательские команды). Вторая группа – команды, которые могутисполняться только в том случае, если ЦП работает в режиме ОС.
Если ЦПработаетврежимепользователя,топопыткавыполненияспециализированной команды вызовет прерывание – "Запрещеннаякоманда”. Какова необходимость наличия такого режима выполнениякоманд? Простой пример – управление аппаратом защиты памяти. Длякорректного функционирования этого аппарата необходимо обеспечитьцентрализованный доступ к командам настройки аппарата защиты памяти.То есть эта возможность должна быть доступна не всем программам.3. Необходимо наличие аппарата прерываний. Как минимум в машине должнобыть прерывание по таймеру, что позволит избежать “зависания“ всейсистемы при зацикливании одной из программ.БИЛЕТ 13Организация регистровой памяти (регистровые окна,стек)Регистровые окна.
Компьютер поддерживает аппарат виртуальныхрегистров. Команды программы могут оперировать с регистрами общегоназначения.Одно из решений – регистровые окна. В компьютере есть фиксированныйнабор физических регистров с номерами 0, …, к-1. В программе доступнанумерация виртуальных регистров 0, …,k-1, где l<к.Аппарат позволяет привязать регистровые окна к множеству физическихрегистров. Окна перемещаются дискретно. Окно состоит из трех частей: входные,выходные регистры; локальные (внутренние) регистры. Аппаратура обеспечиваетсуществование фиксированного количества окон. Окна расположены циклическимобразом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
