Реферат: 1. Этапы развития вычислительной техники и программного обеспечения

CПИСОК ВОПРОСОВ ПО КУРСУ

“ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ”

2005/2006 г. г.


1. Этапы развития вычислительной техники и программного обеспечения.


2. Структура вычислительной системы. Ресурсы ВС- физические ресурсы, виртуальные ресурсы. Уровень операционной системы.

3. Структура вычислительной системы. Ресурсы ВС- физические, виртуальные. Уровень систем программирования.

4. Структура вычислительной системы. Ресурсы ВС- физические ресурсы, виртуальные ресурсы. Уровень прикладных системы.

–5. Структура вычислительной системы. Понятие виртуальной машины.


6. Основы архитектуры компьютера. Основные компоненты и характеристики. Структура и функционирование ЦП.

7. Основы архитектуры компьютера . Основные компоненты и характеристики. Оперативное запоминающее устройство. Расслоение памяти.

8. Основы архитектуры компьютера. Основные компоненты и характеристики.

Кэширование ОЗУ.

9. Основы архитектуры компьютера. Аппарат прерываний. Последовательность действий в вычислительной системе при обработке прерываний.

10. Основы архитектуры компьютера. Внешние устройства. Организация управления и потоков данных при обмене с внешними устройствами.

11. Основы архитектуры компьютера. Иерархия памяти.


12. Аппаратная поддержка ОС. Мультипрограммный режим.

13. Аппаратная поддержка ОС и систем программирования.. Организация регистровой памяти ЦП (регистровые окна, стек).

14. Аппаратная поддержка ОС. Виртуальная оперативная память.

15. Аппаратная поддержка ОС. Пример организации страничной виртуальной памяти.


16. Многомашинные, многопроцессорные ассоциации. Классификация. Примеры.

17. Многомашинные, многопроцессорные ассоциации. Терминальные комплексы. Компьютерные сети.


18. Операционные системы. Основные компоненты и логические функции. Базовые понятия: ядро, процесс, ресурс, системные вызовы. Структурная организация ОС.

19. Операционные системы. Пакетная ОС, ОС разделения времени, ОС реального времени, распределенные и сетевые ОС.


20. Организация сетевого взаимодействия. Эталонная модель ISO/OSI. Протокол, интерфейс. Стек протоколов. Логическое взаимодействие сетевых устройств.

21. Организация сетевого взаимодействия. Семейство протоколов TCP/IP, соответствие модели ISO/OSI. Взаимодействие между уровнями протоколов семейства TCP/IP. IP адресация.


22. ^ Управление процессами. Определение процесса, типы. Жизненный цикл, состояния процесса. Свопинг. Модели жизненного цикла процесса. Контекст процесса.


23^ . Реализация процессов в ОС UNIX. Определение процесса. Контекст, тело процесса. Состояния процесса. Аппарат системных вызовов в ОС UNIX.

24. Реализация процессов в ОС UNIX. Базовые средства управления процессами в ОС UNIX. Загрузка ОС UNIX, формирование нулевого и первого процессов.


25. ^ Планирование в ОС. Основные разновидности задач планирования. Стратегии планирования времени ЦП. Алгоритмы, основанные на квантовании. Алгоритмы, основанные на приоритетах. Смешанные алгоритмы планирования.

26. Планирование. Организация планирования времени ЦП в ОС UNIX и ОС WINDOWS NT. Планирование свопинга в ОС UNIX.

27. Планирование. Особенности планирования в системах реального времени.

28. Планирование. Стратегии обработки прерываний. Организация планирования обработки прерываний в ОС WINDOWS NT.


29. Взаимодействие процессов. Разделяемые ресурсы. Критические секции. Взаимное исключение. Тупики.

30. Взаимодействие процессов. Некоторые способы реализации взаимного исключения: семафоры Дейкстры, мониторы, обмен сообщениями.

31. Взаимодействие процессов. Классические задачи синхронизации процессов. “Обедающие философы”.

32. Взаимодействие процессов. Классические задачи синхронизации процессов.

“Читатели и писатели”.

33. Взаимодействие процессов. Классические задачи синхронизации процессов.

“Спящий парикмахер”.


34. Базовые средства взаимодействия процессов в ОС UNIX. Сигналы. Примеры программирования.

35. Базовые средства взаимодействия процессов в ОС UNIX. Неименованные каналы. Примеры программирования .

36. Базовые средства взаимодействия процессов в ОС UNIX. Именованные каналы. Примеры программирования.

37. Базовые средства взаимодействия процессов в ОС UNIX. Взаимодействие процессов по схеме ”подчиненный-главный”. Общая схема трассировки процессов.


38. Система межпроцессного взаимодействия ОС UNIX. Именование разделяемых объектов. Очереди сообщений. Пример.

39. Система межпроцессного взаимодействия ОС UNIX . Именование разделяемых объектов. Разделяемая память. Пример.

40. Система межпроцессного взаимодействия ОС UNIX . Именование разделяемых объектов. Массив семафоров. Пример.


41. Сокеты. Типы сокетов. Коммуникационный домен. Схема работы с сокетами с установлением соединения.

42. Сокеты. Схема работы с сокетами без установления соединения.

43. Общая классификация средств взаимодействия процессов в ОС UNIX.


44. Файловые системы. Cтруктурная организация файлов. Атрибуты файлов. Основные правила работы с файлами. Типовые программные интерфейсы работы с файлами.

45. Файловые системы. Модели реализации файловых систем. Понятие индексного дескриптора.

–46. Файловые системы. Координация использования пространства внешней памяти. Квотирование пространства ФС. Надежность ФС. Проверка целостности ФС.


47^ . Примеры реализаций файловых систе 6 Билет. Центральный процессор. Структура, функции ЦП
ЦП обеспечивает выполнение программы, размещенной в ОЗУ. Осуществляется выбор машинного слова, содержащего очередную машинную команду, дешифрация команды, контроль корректности данных, определение исполнительных адресов операндов, получение значения операндов и исполнение машинной команды.

Регистровая память процессора – сверхоперативные запоминающие устройства, размещенные в процессоре: регистры общего назначения, спец регистры ЦП, регистровые буфера КЭШ.
^ Регистры общего назначения (РОН)
Используются в машинных командах для организации индексирования и определения исполнительных адресов операндов, а также для хранения значений наиболее часто используемых операндов, в этом случае сокращается число реальных обращений в ОЗУ и повышается системная производительность ЭВМ.
^ Специальные регистры
Качественный и количественный состав специализированных регистров ЦП зависит от архитектуры ЭВМ. Ниже представлены некоторые из возможных типов регистров, обычно входящие в состав специализированных регистров. Кроме регистров, рассмотренных ниже, мы будем доопределять эту группу по ходу курса.

Регистр адреса (РА) - содержит адрес команды, которая исполняется в данный момент времени. По содержимому РА ЦП осуществляет выборку текущей команды, по завершении ее исполнения регистр адреса изменяет свое значение тем самым указывает на следующую команду, которую необходимо выполнить.

Регистр результата (РР) - содержит код, характеризующий результат выполнения последней арифметико-логической команды. Содержимое РР может характеризовать результат операции. Для арифметических команд это может быть «=0», «>0», «<0», переполнение. Содержимое РР используется для организации ветвлений в программах, а также для программного контроля результатов.

Слово – состояние процессора (ССП или PSW) - регистр, содержащий текущие «настройки» работы процессора и его состояние. Содержание и наличие этого регистра зависит от архитектуры ЭВМ. Например, в ССП может включаться информация о режимах обработки прерываний, режимах выполнения арифметических команд и т. п. Частично, содержимое ССП может устанавливаться специальными командами процессора.

Регистры внешних устройств (РВУ) - специализированные регистры, служащие для организации взаимодействия ЦП с внешними устройствами. Через РВУ осуществляется обмен данными с ВУ и передача управляющей информации (команды управления ВУ и получения кодов результат обработки запросов к ВУ).

Регистр указатель стека - используется для ЭВМ, имеющих аппаратную реализацию стека, в данном регистре размещается адрес вершины стека. Содержимое изменяется автоматически при выполнении «стековых» команд ЦП.
^ Билет 7.Оперативное запоминающее устройство
ОЗУ - устройство, предназначенное для хранения оперативной информации. В ОЗУ размещается исполняемая в данный момент программа и используемые ею данные. ОЗУ состоит из ячеек памяти, содержащей поле машинного слова и поле служебной информации.

Машинное слово – поле программно изменяемой информации, в машинном слове могут располагаться машинные команды (или части машинных команд) или данные, с которыми может оперировать программа. Машинное слово имеет фиксированный для данной ЭВМ размер (обычно размер машинного слова – это количество двоичных разрядов, размещаемых в машинном слове).

Служебная информация (иногда ТЭГ) – поле ячейки памяти, в котором схемами контроля процессора и ОЗУ автоматически размещается информация, необходимая для осуществления контроля за целостностью и корректностью использования данных, размещаемых в машинном слове.

В поле служебной информации могут размещаться:

разряды контроля четности машинного слова (при записи машинного слова подсчет числа единиц в коде машинного слова и дополнение до четного или нечетного в контрольном разряде), при чтении контроль соответствия;

разряды контроля данные-команда (обеспечение блокировки передачи управления на область данных программы или несанкционированной записи в область команд);

машинный тип данных – осуществление контроля за соответствием машинной команды и типа ее операндов;

Конкретная структура, а также наличие поля служебной информации зависит от конкретной ЭВМ.

В ОЗУ все ячейки памяти имеют уникальные имена, имя - адрес ячейки памяти. Обычно адрес – это порядковый номер ячейки памяти (нумерация ячеек памяти возможна как подряд идущими номерами, так и номерами, кратными некоторому значению). Доступ к содержимому машинного слова осуществляется посредством использования адреса. Обычно скорость доступа к данным ОЗУ существенно ниже скорости обработки информации в ЦП.

Необходимо, чтобы итоговая скорость выполнения команды процессором как можно меньше зависела от скорости доступа к коду команды и к используемым в ней операндам из памяти. Это составляет проблему, которая системным образом решается на уровне архитектуры ЭВМ.

Расслоение ОЗУ – один из аппаратных путей решения проблемы дисбаланса в скорости доступа к данным, размещенным в ОЗУ и производительностью ЦП. Суть расслоения ОЗУ состоит в следующем. Все ОЗУ состоит из k блоков, каждый из которых может работать независимо. Ячейки памяти распределены между блоками таким образом, что у любой ячейки ее соседи размещаются в соседних блоках.

Возможность предварительной буферизации при чтении команд/данных. Оптимизация при записи в ОЗУ больших объемов данных.
^ Билет 8.Буферная память, КЭШ
Регистровые буфера или КЭШ память предназначены для разрешения проблемы несоответствия скоростей работы ОЗУ и ЦП, на аппаратном уровне, т.е. эта форма оптимизации в системе организована аппаратно и работает всегда, вне зависимости от исполняемой программы.
Буферизация работы с операндами
Буфер операндов – аппаратная таблица, логически являющаяся компонентом ЦП (физически это может быть и отдельное от ЦП устройство), призванная аппаратно минимизировать количество обращений к «медленному» ОЗУ при записи и чтении операндов.

Таблица состоит из фиксированного числа строк. Каждая строка имеет следующие поля:

адрес – физический адрес машинного слова в ОЗУ;

значение – значение машинного слова, соответствующего адресу;

признак изменения – код, характеризующий факт изменения поля значения (в соответствующей ячейке ОЗУ значение отличается от значения в таблице);

код старения – код, характеризующий интенсивность обращений к данной строке. По значению поля определяются наиболее «популярные» строки. Конкретный алгоритм изменения данного поля зависит от ЭВМ.
^ Буферизация выборки команд
Буфер команд – минимизация обращений в ОЗУ за машинными командами.

Имеются поля: адрес, значение, код старения.


Интерпретация одноименных полей аналогична буферу операндов.
^ Примерный алгоритм использования
Центральному процессору требуется для выполнения машинная команда, размещенная по физическому адресу ОЗУ Aисп.

Поиск по таблице строки, содержащей Aисп. Если такой не то на п. 3.

Обновление поля «Код старения», чтение поля «Значение» и передача его процессору для исполнения.

Поиск наименее интенсивно используемой строки. Чтение машинного слова из ОЗУ по адресу Aисп и заполнение всех полей строки. Передача процессору значения для исполнения.

Конкретные реализация и алгоритмы зависят от архитектуры ЭВМ. Возможно, например, использование одного буфера.
^ Некоторые итоги решения проблемы оптимизации доступа к ОЗУ:
Сглаживание разницы в производительности ОЗУ и ЦП->->: Минимизация часла реальных обращений в ОЗУ->(Использование РОН, Аппаратная буферизация), Распараллеливание работы с ОЗУ->(Расслоение ОЗУ).

^ 9 билет. Аппарат прерываний
Аппарат прерываний ЭВМ - возможность аппаратуры ЭВМ стандартным образом обрабатывать возникающие в вычислительной системе события. Данные события будем называть прерываниями.

Прерывание - одно из событий в вычислительной системе, на возникновение которого предусмотрена стандартная реакция аппаратуры ЭВМ. Количество различных типов прерываний ограничено и определяется при разработке аппаратуры ЭВМ.

Прерывания можно разделить на две группы внутренние и внешние.

Внутренние прерывания инициируются схемами контроля работы процессора. Это может быть реакция ЦП на программную ошибку. Например, деление на ноль.

Внешние прерывания – это средство, позволяющее ЭВМ корректно взаимодействовать с внешними устройствами. Это может быть событие, связанное с поступлением новой информации от ВУ или возникновение ошибки во ВУ.

Аппарат прерываний ЦП обеспечивает стандартную реакцию аппаратуры при возникновении прерывания. Тем самым обеспечивается возможность корректной обработки прерываний в ВС.

Рассмотрим обобщенную (и упрощенную) модель последовательности действий, происходящих в ВС при возникновении прерывания.

При обработке события, связанного с возникновением прерывания на первом этапе работает аппаратура ВС. При этом аппаратно (без участия программы) выполняются следующие действия:

Включается режим блокировки прерываний.

Обработка прерывания предполагает сохранение возможности корректного продолжения прерванной программы (процесса) с точки прерывания.

Следующим шагом является переход на программный режим обработки прерываний.

^ Второй этап. Программная обработка прерывания. Управление передано на точку ОС, занимающуюся обработкой прерывания. При входе в эту точку часть ресурсов ЦП, используемых программами освобождена (результат малого упрятывания). Поэтому будет запущена программа ОС, которая может использовать только освобожденные малым упрятыванием ресурсы ЦП (перечень доступных в этот момент ресурсов – характеристика аппаратуры). Выполняется следующая последовательность действий:

Анализ и предварительная обработка прерывания.

“Полное упрятывание” осуществляется полное упрятывание состояния всех ресурсов ЦП, использовавшихся прерванной программой (все регистры, настройки, режимы и т.д.) в специальную программную таблицу (в контекст процесса или программы – о нем позже).

До данного момента времени все действия происходили в режиме блокировки прерываний. После полного упрятывания разблокируются прерывания (то есть включается стандартный режим при котором возможно появление прерываний).

Заключительный этап – завершение обработки прерывания.

^ 10 Билет. Внешние устройства. 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.
^ 11 билет. Иерархия памяти
ЦП: РОН, КЭШ L1 ; КЭШ L2 ; ОЗУ ; ВЗУ прямого доступа с внутр. Кэш буферизацией ; ВЗУ прямого доступа без внутр. Кэш буферизации ; ВЗУ долговременного хранения данных

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.
^ 12 БИЛЕТ. Аппаратная поддержка ОС и систем программирования

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

^ Аппаратные средства компьютера, необходимые для поддержания мультипрограммного режима:

Аппарат защиты памяти. Если выполняется одна программа, то надо, чтобы она не смогла испортить память, занятую другой. Надо выделить каждой программе по «куску» памяти, установить права доступа до каждого куска и, если программа залезает не в свой кусок, выдавать прерывание.

^ Специальный режим операционной системы: все множество машинных команд разбивается на 2 группы. Первая группа – команды, которые могут исполняться всегда (пользовательские команды). Вторая группа – команды, которые могут исполняться только в том случае, если ЦП работает в режиме ОС. Если

прерывание по таймеру: как минимум в машине должно быть прерывание по таймеру, что позволит избежать “зависания“ всей системы при зацикливании одной из программ.
^ Некоторые проблемы:
1. Вложенные обращения к подпрограммам

В вызываемую подпрограмму нужно передать параметры. Возникает проблема сохранения регистров. Требуются лишние затраты времени.

^ 2. Накладные расходы при смене обрабатываемой программы: необходимость включения режима блокировки прерываний; программное сохранение / восстановление содержимого регистров при обработке прерываний;

^ 3.Перемещаемость программы по ОЗУ

Сложно перемещать программу по оперативной памяти так, чтоб не было привязки программы к определенному диапазону адресов. Программу с математическими адресами надо положить на физическую память. Или например, программа была прервана, следовательно после прерывания, нужно вернуть программу в память, 99% что она попадет на новое место. Возникает необходимость настроить программу на новое место.

^ 4. Фрагментация памяти

Система работает в мультипрограммном режиме. Программы должны храниться в памяти. Программы находятся в разных частях памяти. Когда приходит новая программа, возникает вопрос, куда ее поместить. Если нет свободного куска памяти нужного размера, но есть много маленьких свободных фрагментиков, в суммарный объем которых возможно записать новую программу, а ни в один в отдельности нельзя.

Фрагментация памяти приводит к деградации системы.

Один из способов решения – это компрессия (но при этом возможны потери памяти).
^ 13 БИЛЕТ Регистровые окна (register window)
Один из способов решения проблемы вложенных процедур – регистровые окна.

В компьютере имеется k физических регистров. Система команд машины предоставляет l регистров общего назначения, l различных регистровых окна. Каждый из l регистров отображается на k физических регистров. В каждый момент времени программа работает с одним регистровым окном.


^ Каждое регистровое окно делится на части: область регистров, использующихся для получения и передачи параметров из\в внешние подпрограммы ; область локальных регистров подпрограмм ; область временных регистров .

Возможна кольцевая схема организации регистровых окон.

При вызове подпрограммы происходит переключение текущего регистрового окно на следующее регистровое окно, при этом возможно пересечение 3-тей части текущего окна с первой частью последующего окна. Этим достигается, во-первых, практически автоматическая передача и прием параметров, во-вторых, всегда создается новый комплект локальных регистров, которые присутствуют в программе.

Рассмотрим, что происходит при непосредственной работе:

Обращаемся к 1-й программе, ей выделяется 0-е регистровое окно. Дальше пошли в глубину на 2-й уровень, выделилось 1-е регистровое окно и т.д. до тех пор, пока не дошли до последнего. Когда этот круг обойдем – начинается откачка этих окон в ОП. Эта схема гарантирует эффективную работу программ с вложенностью не более фиксированного, если вложенность больше, то возникают проблемы, но все равно начинается работа с КЭШем и мы все равно не опускаемся на уровень общения с ОП. Соответственно система может иметь специальный регистр-указатель текущего окна и указатель сохраненного окна.
^ Системный стек
Находится в оперативной памяти. Элементы стека: основание стека, SP регистр–указатель стека(в данном регистре размещается адрес вершины стека. Содержимое изменяется автоматически при выполнении «стековых» команд ЦП), вершина стека. Команды для работы со стеком: PUSH, POP.

Использование системного стека может частично решать проблему минимизации накладных расходов при смене обрабатываемой программы и/или обработке прерываний. Частично стек реализуется на регистрах, таким образом существенно ускоряется работа.
^ 14 БИЛЕТ. Виртуальная память.
Давайте рассмотрим схему подготовки исполняемого кода. Мы имеем исходный текст, который обрабатываем компилятором. В результате получается объектный модуль. Из достаточного количества объектных модулей с помощью редактора внешних связей сформировали исполнительный модуль. И потом когда-то этот исполнительный модуль мы запустим на выполнение. Т.е. исполнительный модуль – это есть уже программа в коде машины, которая использует определенную адресацию. Эта адресация называется программная или логическая или виртуальная адресация – т.е. те адреса, которые используются в программе, они программные, логические или виртуальные адреса. При выполнении программы имеется проблема установления соответствия между виртуальными адресами и реальными адресами ОП (физическими адресами).

Аппарат– это аппаратные средства компьютера, которые обеспечивают преобразование виртуальных адресов, используемых в программе в физические адреса ОП, в которых размещена данная программа при выполнении.
^ Базирование адресов.
Исходный текст программы > Транслятор > ОбъектныЙ модуль > Библиотека объектных модулей, редактор внешних связей-> Исполняемый модуль

Аппарат виртуальной памяти – аппаратные средства компьютера, обеспечивающие преобразование (установление соответствия) программных адресов, используемых в программе адресам физической памяти в которой размещена программа при выполнении.

Базирование адресов – реализация одной из моделей аппарата виртуальной памяти. При базировании выделяется регистр, в котором будет храниться адрес, начиная с которого размещается программа. Проблема: программы должны располагаться в одном блоке.

^ A исп.прог. -->>абсолютный адрес(А исп.физ=А исп.прог.) | относительный (отн. Нач. прог.) (А исп.физ.=А исп.прог. + )

В загружается адрес начала программы в памяти. Исполняемые адреса, используемые в модуле будут автоматически преобразовываться в адреса физического размещения данных путем их сложения с регистром Rбаз..

Базирование адресов – решение проблемы перемещаемости программы по ОЗУ.

Благодаря базированию адресов виртуальное адресное пространство программы отображается в физическую память взаимнооднозначно.
^ 15 БИЛЕТ. Страничная память.
Память аппаратно разделена на блоки фиксированного размера – страницы.

Структура адреса:

|Номер страницы(k)|(k-1)номер в странице(0)|

Количество страниц ограничено размером «номер страницы».

Пусть одна система команд ЭВМ позволяет адресовать и использовать m страниц размером 2k каждая.

Физическое адресное пространство, в общем случае может иметь произвольное число физических страниц. Структура физического и виртуального адресов будут различаться размером поля номер страницы.

В ЦП ЭВМ имеется аппаратная таблица страниц.

Исполнительный физический адрес будет отличаться от исполнительного виртуального адреса за счет поля ”номер страницы”.

Содержимое таблицы определяет соответствие виртуальной памяти физической для выполняющейся в данный момент программы/процесса. Соответствие определяется следующим образом: i-я строка таблицы соответствует i-й виртуальной странице.

При замене процесса таблицу надо менять.


Виртуальное адресное пространство – множество виртуальных страниц, доступных для использования в программе. Количество виртуальных страниц определяется размером поля «номер виртуальной страницы» в адресе.

Физическое адресное пространство – оперативная память, подключенная к данному компьютеру. Физическая память может иметь произвольный размер (число физических страниц может быть меньше, больше или равно числу виртуальных страниц).




^ БИЛЕТ 16. Многомашинные, многопроцессорные ассоциации.

Поговорим о классификациях Флинна.

Есть поток управляющей информации – собственно команд (инструкций), и поток данных. Считаем потоки данных и команд независимыми (условно). Рассмотрим все возможные комбинации:

ОКОД (SISD – single instruction (одиночный поток команд), single data stream, (одиночный поток данных)) Традиционные компьютеры, которые мы называем однопроцессорными. То есть для каждой команды одиночные порции операндов, которые будут обрабатываться. . Пример – классическая машина по Фон - Нейману.

ОКМД(SIMD – single instruction(одиночный поток команд), multiple data stream(множественный поток данных)) Для каждой команды порция данных (векторная или матричная обработка данных)

Можно разделить на две группы:

массивно – параллельные процессоры (существует набор процессоров, работающих одинаково с данными, например на всех выполняется сложение)

векторные процессоры (работают с данными как с вектором)

МКОД (MISD – multiple instruction(множественный поток команд), single data stream(одиночный поток данных)) – это вырожденная категория, считается, что ее нет. Т Т.о. эта категория пока не охваченная, и не понятно, как ее можно охватить, хотя есть интерпретации и этой категории, например, к ней иногда относят всякого рода параллельные специализированные графические системы, которые занимаются, предположим, распознаванием, то есть когда над одной порцией данных одновременно используются разные команды.

МКМД (MIMD - multiple instruction(множественный поток команд), multiple data stream(множественный поток данных)) Многомашинная ассоциация. Некоторое количество процессорных элементов, каждый из которых обрабатывает свои данные.

MIMD - >=2 процессоров, имеющих свои устройства управления, каждый из которых может выполнить свою программу.


Системы с общей оперативной памятью Для всех процессорных элементов имеется общая оперативная память. Исполняемая программа берется из единого пространства, куда имеет доступ все процессоры. Любое слово памяти читается одновременно несколькими процессорами, следовательно необходима синхронизация чтения и записи.

С ростом числа процесоров рост производительности замедляется. И начиная с некоторого количества увеличивать число процессоров нет смысла.

^ UMA Каждый из процессорных элементов, входящих В систему имеет равные возможности и скорость доступа в ОП.

SMP Настроена на параллелизм. Имеют ограничения от аппаратной и от программной реализации – начиная с некоторого количества элементов возникают проблемы с синхронизацией.

NUMA Каждый процессорный элемент имеет локальную память (с быстрым к ней доступом) и нелокальную (долгий по времени доступ).Обеспечивается досткп ко всей ОП, но куда-то быстрее, куда-то медленнее. Формат данных не унифицирован.

Системы с распределенной оперативной памятью есть >= 2 процессорных элемента, каждый из которых имеет свою локальную оперативную память, к которой не имеет доступ другие процессоры.

COW Наиболее популярна на сегодняшний день многомашинная система, которая объединяет специальной быстрой сетью и предназначена для решения на этом комплексе тех или иных прикладных задач.

^ MPP Промышленное развитие кластеров.Используются спец. Средства коммуникации, более дорогиие и более специализированные.

Гетерогенные – системы объединяющие кластеры разных мощностей. Преимущества кластеров: 1) относительная дешевизна; 2) способность к расширению, увеличению мощностей.
^ БИЛЕТ 17. Терминальные комплексы
Терминальный комплекс – это многомашинная ассоциация предназначенная для организации массового доступа удаленных и локальных пользователей к ресурсам некоторой вычислительной системы

Терминальный комплекс может включать в свой состав:

1) основную вычислительную систему – систему, массовый доступ к ресурсам которой обеспечивается терминальным комплексом;

2)


2)локальные мультиплексоры – аппаратные комплексы, предназначенные для осуществление связи и взаимодействия вычислительной системы с несколькими устройствами через один канал ввода/вывода, в общем случае возможна схема M x N, где M – число обслуживаемых мультиплексором устройств, N число используемых для организации работы каналов ввода/вывода (M > N);

3)


3) локальные терминалы – оконечные устройства, используемые для взаимодействия пользователей с вычислительной системой (это могут быть алфавитно-цифровые терминалы, графические терминалы, устройства печати, вычислительные машины, эмулирующие работу терминалов и т.п.) и, подключаемые к вычислительной системе непосредственно через каналы ввода/вывода или через локальные мультиплексоры;


4) модемы – устройства, предназначенные для организации взаимодействия вычислительной системы с удаленными терминалами с использованием телефонной сети. В функцию модема входит преобразование информации из дискретного, цифрового представления, используемого в вычислительной технике в аналоговое представление, используемое в телефонии и обратно.


5) удаленные терминалы – терминалы, имеющие доступ к вычислительной системе с использованием телефонных линий связи и модемов.


6) удаленные мультиплексоры – мультиплексоры, подключенные к вычислительной системе с использованием телефонных линий связи и модемов.


^ Компьютерные сети.
В общем случае вычислительная сеть представляет собой программно-аппаратный комплекс, обладающий след характеристиками:

1. Сеть может состоять из значительного числа взаимодействующих друг с другом