Лекция: Уровни привилегий для защиты адресного пространства задач (ОС)
Для того, чтобы запретить польз-лю задач модифицировать область памяти, принадлежащую ОС надо иметь спец средства, надо в явном виде разграничивать системные сегменты от сегментов польз-ля. Поэтому были введены два режима процессора: польз-льский режим и режим ядра. В режиме ядра программа может выполнять все действия и иметь доступ по любым адресам в польз-льском режиме сущ-ет ограничения, чтобы обнаруживать и пресекать запрещенные действия, перехватывать их и передавая их управление ядру ОС, в польз-льском режиме запрещается выполнение команды ввода-вывода и некоторые других, чтобы гарантировать, что только ОС выполняет эти операции, то есть эти два режима имеют разные уровни привилегий. Микропроцессоры i80x86 имеют 4 уровня привилегий, часто уровни привилегий наз-ся кольцами защиты, так как это помогает объяснить принцип действия самого механизма. Для указания уровня привилегий используются два вида, поэтому код 00 обозначает самый высший уровень, а 11 низший. Самый высший уровень привилегий предназначен для ядра ОС, низкий — прикладных задач. Промежуточные уровни привилегий введены для большей свободы системных программистов в организации надежных вычислений при создании ОС. Предполагается, что уровень с кодом 1 может быть использован для систем сервиса — прог, обслуживающих аппаратуру, работу с портами ввода/вывода. Уровень привилегий с кодом 2 может быть использован для создания польз-льских интерфейсов, систем управления базами Д-х, то есть для реализации специальных системных функций, которые по отношению к ядру ОС ведут себя как обычные приложения. На практике используются только два уровня:0 и 3.
Т.о., режим ядра для микропроцессора i80*86 соответствует выполнению кода с уровнем привилегии 0 (PL0). Именно уровень привилегий задач определяет, какие команды в них можно использовать, какое подмножество сегментов или страниц в их адресном пространстве они могут обрабатывать.
Основными системными объектами, к-ми манипулирует процессор в защищенном режиме, являются дескрипторы. Дескрипторы сегментов содержат информацию об уровне привилегий соответствующего сегмента кода или Д-х.
4. Назовите цель и перечислите принципы модульного программирования. Для каких модульных программ принципы модульного программирования выполняются в наибольшей степени? (ТП)
Модуль – это замкнутая программа, которую можно вызвать из другого модуля и самостоятельно откомпилировать. Другое определение: программный модуль – это любой фрагмент описания процесса, оформляемый как самостоятельный программный продукт, пригодный для использования в описаниях процесса. Модуль – это программа, обладающая тремя основными атрибутами: 1. он выполняет одну или несколько функций 2. модуль реализует некоторую логику (алгоритм) 3. используется в одном или нескольких контекстах.
При этом функция – это то, что делает модуль, а не то, как он это делает. А вот логика характеризует, как модуль выполняет свои функции. Контекст описывает конкретное применение. Принципы модульного программирования позволяют получать программные комплексы минимальной сложности. Эти принципы следующие: 1. усиление внутренних связей в каждом модуле (иначе принцип называется повышением прочности модуля) 2. ослабление взаимосвязи между модулями (иначе этот принцип называется ослаблением сцепления модулей).
5. Чем занимаются структурная, статистическая и семантическая теории информации? (Инф)
Структурная теория информации рассматривает структуру построения отдельных информационных сообщений. Единица количества информации – элементарная структурная единица — квант.
Статистическая теория оценивает информацию с точки зрения меры неопределенности. Основное внимание уделяется распределению вероятностей, либо появлению сигналов, либо изменению характеристик этих сигналов и построению на его основе некоторых обобщенных характеристик, позволяющих оценить количество информации.
Семантическая теория занимается изучением именно смысловых характеристик информации: ценности, содержательности, полезности. Помогает связать количество и ценность информации с такими обобщенными характеристиками системы, как эффективность, информационная пропускная способность, информационная помехоустойчивость.
Билет №35
1. Функциональная архитектура процессора: составные части и их функции (Орг ЭВМ)
Микропроцессор (МП) или ЦПУ (CPU – central processing unit) – функционально-законченное программно-управляемое устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших интегральных схем (БИС) или сверхбольших интегральных схем (СБИС),
Микропроцессор выполняет следующие функции:
— вычисление адресов команд и операндов;
— выборку и дешифрацию команд из ОП;
— выборку данных из ОП, регистров МП и регистров адаптеров внешних устройств (ВУ);
— прием и обработку запросов и команд от адаптеров на обслуживание ВУ;
— обработку данных и их запись в ОП, регистры МП и регистры адаптеров ВУ;
— выработку управляющих сигналов для всех узлов и блоков ПК;
— переход к следующей команде.
Основными параметрами МП являются:
— разрядность, рабочая тактовая частота;
— размер кэш-памяти;
— состав инструкций;
— конструктив и т.д.
Охарактеризуем некоторые из этих параметров.
Разрядность шины данных МП определяет количество разрядов информации, над которыми могут одновременно выполняться операции. В современных компьютерах эта величина 32 и более разрядов, количество которых кратно размерности байта (8 бит). Разрядность шины адреса определяет адресное пространство памяти МП. Под адресным пространством памяти МП понимают максимальное количество ячеек ОП, которое может адресоваться МП.
Рабочая тактовая частота определяет внутреннее быстродействие МП. Каждая команда МП требует нескольких тактов для своего выполнения, так что команды МП выполняются с меньшей частотой, нежели тактовая частота. У современных компьютеров тактовые частоты достигают 1000 Мгц и даже превышают этот показатель. Быстродействие компьютера зависит от тактовой частоты и определяется в миллионах операций в секунду. Единицами измерения являются:
МИПС – для операций над числами с фиксированной точкой;
МфлоПС – для операций над числами, представленными в форме с плавающей запятой;
КОПС – тысяча неких усредненных операций над числами (применяется для низкопроизводительных ПК);
ГфлоПС – миллиард операций в секунду над числами с плавающей запятой.
С функциональной точки зрения кэш-память представляет собой интерфейс между “медленной” ОП и “быстрым” МП. Эта память введена для согласования времени обращения к ОП и частоты работы МП. В современных компьютерах кэш память имеет от двух до 4-х уровней.
Состав инструкций – перечень, вид и типы команд, выполняемых МП автоматически. Этот параметр определяет непосредственно те процедуры, которые могут выполняться над данными в МП и те данные, которые процессор может обрабатывать. По составу инструкций МП классифицируются на CISC-, RISC -, VLIW- и MISC-процессоры.
Конструктив определяет разъемные соединения, в которые устанавливается МП и которые определяют пригодность материнской платы для установки МП. Разные разъемы имеют разную конструкцию (Slot – щелевой разъем, Socket – разъем-гнездо), разное количество контактов, на которые подаются сигналы и рабочее напряжение.
МП делят на 4 группы:
— CISC – с полным набором системы команд (Intel, AMD, Cyrix, IBM)$
— RISC – с усеченным набором системы команд (Apple, DEC, SUN);
— VLIW – со сверхбольшим командным словом (Transmeta, Hewlett-Packard, Elbrus)$
— MISC – с минимальным набором системы команд и высоким быстродействием.
Однако следует отметить, что в настоящее время такое разделение МП можно считать устаревшим, поскольку во многих компьютерах реализуются элементы МП других классов. Далее покажем это на примере ПК Intel.
Изученная нами система команд является типичной системой для CISC-процессоров. МП типа RISC содержат набор только простых, чаще всего встречающихся в программах команд. При необходимости выполнения более сложной обработки производится сборка сложных команд из простых. В этих процессорах все команды имеют одинаковый размер и выполняются за один машинный такт. Для МП VLIW характерно, что программисты не имеют доступа к внутренним сверхдлинным командам, и работают поверх специального низкоуровневого программного обеспечения, которое транслирует команды CISC в команды VLIW. Разница между VLIW и CISC еще и в том, что многие аппаратные решения, характерные для CISC, заменены программным обеспечением. Это позволило упростить аппаратуру и, как следствие, уменьшить габариты МП и потребление ими энергии.
2. Указать, какой из приведенных вариантов более соответствует понятию: Index
Варианты:
A) Целое число, однозначно идентифицирующее запись исходной индексированной таблицы и хранящееся вместе с записью.
Б) Системная процедура, вычисляющая номер записи исходной индексированной таблицы. Содержащей заданное значение индексного выражения.
В) Вспомогательная таблица, содержащая значения индексного выражения и указатели на строки исходной индексированной таблицы, в которых встречаются эти значения.
Г) Вспомогательное поле, содержащее значение индексного выражения для данной строки исходной индексированной таблицы. (БД)