Основные компоненты ВС - реферат

Структура и главные составляющие вычислительной системы

Работая на машине, мы взаимодействуем не с аппаратной реализацией, а с программным обеспечением.

Вычислительная система - объединение программных и аппаратных средств, которые предоставляют услуги юзеру.

Структура организации вычислительной системы (ВС):

Прикладные программки
Системы программирования
Управление логическими устройствами
Управление физическими устройствами
Аппаратные средства

Аппаратные средства.

Ресурсы ВС делятся на два типа:

· не участвующие Основные компоненты ВС - реферат в управлении программкой (объем винчестера и т.д.).

· участвующие в управлении программкой (размер ячейки памяти, объем оперативки, скорость выполнения команд).

Ресурсы второго типа именуются физическими ресурсами аппаратуры.

Управление физическими устройствами.

Управление физическими устройствами производят программки, направленные на аппаратуру, взаимодействующие с аппаратными структурами, понимающие "язык" аппаратуры.

Управление логическими устройствами.

Этот Основные компоненты ВС - реферат уровень нацелен на юзера. Команды данного уровня не зависят от физических устройств, они обращены к предшествующему уровню. На базе этого уровня могут создаваться новые логические ресурсы.

Системы программирования .

Система программирования - это комплекс программ для поддержки всего технологического цикла разработки программного обеспечения.

Прикладное программное обеспечение.

Прикладное программное обеспечение нужно Основные компоненты ВС - реферат для решения задач из определенных областей.

Операционная система (ОС) - программка, обеспечивающая взаимодействие юзера с ВС, также управляющая ресурсами ВС (логическими и физическими). К ОС мы будем относить 2-ой и 3-ий уровень нашей пирамиды.

Структура ЭВМ:

Основной функцией центрального микропроцессора (ЦП) является обработка инфы и взаимодействие с устройствами. Обмениваться Основные компоненты ВС - реферат данными ЦП может только с ОЗУ (Оперативно Запоминающее Устройство).

В ОЗУ располагается выполняемая на этот момент программка. ОЗУ состоит из ячеек памяти. Любая ячейка имеет собственный уникальный адресок, и любая разбита на два поля: поле внутрисистемной инфы (которое, к примеру, может содержать бит четности) и машинное слово, содержащее команду либо Основные компоненты ВС - реферат данные. Машинное слово состоит из некого количества двоичных разрядов, которое определяет разрядность системы.

ЦП выбирает из ОЗУ последовательность команд для выполнения. ЦП состоит из 2-ух компонент:

Устройство Управления (УУ) воспринимает еще одно слово из ОЗУ и разбирается - команда это либо данные. Если это команда - то УУ делает ее, по другому Основные компоненты ВС - реферат передает АУ.

Арифметическое Устройство (АУ) занимается только вычислениями.

УУ работает с регистровой памятью, время доступа к которой существенно резвее, чем к ОЗУ, и которая употребляется специально для сглаживания дисбаланса в скорости обработки инфы микропроцессором и скорости доступа к ОЗУ.

Лекция №2

Мы обусловили, что вычислительная система (ВС) это некое объединение Основные компоненты ВС - реферат аппаратных средств, средств управления аппаратурой (физическими ресурсами), средств управления логическими ресурсами, системы программирования и прикладное программное обеспечение.

Прикладные программки
Системы программирования
Управление логическими устройствами
Управление физическими устройствами
Аппаратные средства

Мы обусловили, что нижний уровень - это чисто аппаратура, это то, что делается из металла, пластика и иных материалов, применяемых для производства железа, либо hardware Основные компоненты ВС - реферат компьютера.

Последующий уровень это программки, но программки, направленные на качество и характеристики аппаратуры. Эти программки и разработчики этих программ конкретно знают особенности управления каждого типа из аппаратных компонент. Нижний уровень меж физическим уровнем и аппаратурой - это интерфейс этого управления, это есть некие наборы команд управления физическими ресурсами Основные компоненты ВС - реферат, т.е. каждое устройство имеет собственный язык либо собственный набор команд управления.

Последующий уровень - это уровень, который нацелен на сглаживание аппаратных особенностей. Он полностью и вполне предназначен для сотворения более комфортабельных критерий в работе юзера. Если представим мы работаем с устройством наружной памяти “жесткий магнитный диск”, то параметрами, которые Основные компоненты ВС - реферат свойственны для определенного диска, могут быть, представим, сколько считывающих и записывающих головок имеет это устройство, сколько поверхностей, на которых находится хранящий информацию слой. И, соответственно, набор команд управления этого устройства нацелен на эти характеристики. И естественно, вам, как программерам, не любопытно работать в определениях: считать бит со 2-ой поверхности Основные компоненты ВС - реферат десятого цилиндра такой-то дорожки. Это тяжело и неинтересно. Этот уровень логических ресурсов делает некое обобщенное устройство одно на всю систему, и юзер работает в определениях этого обобщенного устройства. А уже программки логического уровня разбираются к какой из программ управления физическими устройствами нужно обратиться чтоб запрос юзера к логическому Основные компоненты ВС - реферат устройству верно оттранслировать к определенному физическому устройству.

Мы гласили о том, что в различных текстах или два уровня управления - логический и физический, или три - логический, физический и система программирования, относят к операционной системе. Мы дальше будем считать операционной системой два уровня - логический и физический. Мы начали рассматривать главные характеристики Основные компоненты ВС - реферат этой иерархии, которую объявили и нарисовали довольно ординарную и традициоонную схему либо структуру вычислительной машины:

Это процессорный элемент, т.е. устройство, которое перерабатывает информацию, это оперативка (Оперативное Запоминающее Устройство, ОЗУ), и устройства управления наружными устройствами (УУВУ). Мы обусловили основное качество оперативное памяти: конкретно в оперативки лежит исполняемая на этот Основные компоненты ВС - реферат момент программка, и микропроцессор все следующие команды исполняемой программки берет из оперативки. Если чего-то не хватает, идет запрос к наружным устройству, информация подкачивается в оперативноую память, и опять-таки из оперативки команды поступают в микропроцессор на обработку.

В принципе наружное устройство можно воплотить на оперативки. Если вы понимаете Основные компоненты ВС - реферат, есть такая восхитительная программка, которая именуется MS-DOS. Эта операционная система (хотя она традиционно не является операционной системой) имеет ограничения на размер применяемой памяти 640Кб. А аппаратура реальных машин на сегодня может иметь физическую оперативку значительно огромных размеров. В этой системе можно создавать логический диск, который располагается на оперативки. Т Основные компоненты ВС - реферат.е. по всем интерфейсам работа с ним будет осуществляться как с жестким диском, но располагаться он будет на оперативки. И тут разница в том, что из числа тех 640Кб микропроцессор берет команды на выполнение, а из оставшихся, которые мы объявили логическим диском, не берет, так как он будет работать Основные компоненты ВС - реферат с ним как с обыденным жестким диском либо хоть каким другим носителем.

Мы с вами начали более тщательно гласить о микропроцессоре и зафиксировали одну из главных заморочек, которая имеет место быть в области вычислительной техники. Она формулируется так - это несоответствие в скоростях доступа и обработки инфы, разных компонент вычислительной системы. Почему Основные компоненты ВС - реферат - у каждого компонента есть своя предыстория. Кое-где это просто реально неспешное устройство, кое-где оказывает влияние на эту скорость вина проводников, которые находятся меж процессорным элементом и определенным устройством. Для каждого варианта причина своя. Но это есть неувязка. То, что настоящая оперативка на порядки более неспешна, чем скорость Основные компоненты ВС - реферат обработки инфы в микропроцессоре. И тут появляется в общем безумная неувязка: для чего нам увеличивать производительность микропроцессора, если доступ к памяти (а мы всегда что-то берем из памяти, потому что работа микропроцессора это обработка инфы, которую он берет из памяти) если доступ к памяти у Основные компоненты ВС - реферат нас так замедлен. Т.е. гарантировано, если ничего не будет изготовлено конструктивно, то скорость всей системы будет приравниваться скорости работы компонента, имеющего меньшую скорость.

Регистры. Мы начали глядеть, какие конструктивные решения есть в аппаратуре вычислительной системы, которые созданы для сглаживания этого дисбаланса. И 1-ое о чем мы начали гласить Основные компоненты ВС - реферат - это регистры. В микропроцессоре имеются устройства, способные хранить некую информацию. К этим устройствам вероятен доступ прямым либо косвенным методом из программки, выполняемой на машине. При всем этом есть группа регистров, которые именуются регистрами общего предназначения, которые доступны из всех команд. Эти регистры могут владеть свойством обработки и хранения и Основные компоненты ВС - реферат обработки определенных типов данных - это могут быть вещественные данные, недлинные целые данные, которые употребляются, представим, для индексирования, это могут быть длинноватые целые данные. При всем этом скорость доступа к регистрам общего предназначения соизмерима со скоростью обработки инфы в микропроцессоре. При опытном программировании, можно использовать регистры общего предназначения в целях сокращения Основные компоненты ВС - реферат числа воззваний к оперативки. Это значит, что торможение на участке процессор-оперативная память сокращается. Разглядим другие группы регистров.

Особые регистры. К этой группе относятся две подгруппы регистров.

1. 1-ая подгруппа - это регистры, отвечающие за состояние исполняемой программки. К этим регистрам относится счетчик команд. Этот регистр содержит адресок исполняемой на этот Основные компоненты ВС - реферат момент команды. Это тот регистр, который можно изменять только косвенно, передав управление куда-то. 2-ой регистр из этой же подгруппы - регистр результата (flags), содержащий итог выполнения последней команды. По значению этого регистра можно организовывать те либо другие деяния. К этой подгруппе относится также регистр указателя стека. Есть команды Основные компоненты ВС - реферат, которые работают со стеком. Эти команды обычно употребляются для программирования переходов из и в функцию. Стек в системе употребляется для передачи характеристик и организации автоматической памяти. Это память, которая занимается относительно верхушки стека при входе в функцию, и, при выходе, она освобождается. Потому в автоматических переменных нельзя хранить данные после выхода из Основные компоненты ВС - реферат функции.

2. 2-ая подгруппа регистров - это регистры управления компонентами вычислительной системы, либо управляющие регистры. Фактически в хоть какой вычислительной системе имеются регистры, созданные для организации связи микропроцессора с наружным миром. Эти регистры связываются с УУВУ и через эти регистры микропроцессор может организовывать управление наружными устройствами. К примеру, если возьмем регистр Основные компоненты ВС - реферат управления жесткого диска, то у него могут быть последующие поля:

Поле, указывающее кому предназначена информация на этом регистре на этот момент времени (микропроцессору либо диску).

Если эта команда находится в формате от микропроцессора к устройству, в нем может находиться код операции управления устройством, могут находиться некие операнды и т Основные компоненты ВС - реферат.д. Устройство пробует выполнить эту команду, и по результату ее выполнения ворачивается итог тоже в управляющий регистр (это может быть информация о том, что обмен закончен удачно, либо обмен незакончен и причина этого).

Система прерываний. К средствам, управляющим связью с наружными устройствами, можно отнести систему прерываний Основные компоненты ВС - реферат. В каждой вычислительной машине имеется предопределенный, данный при разработке и производстве, набор неких событий и аппаратных реакций на появление каждого из этих событий. Эти действия именуются прерываниями. Аппарат прерываний употребляется для управления наружными устройствами и для получения способности асинхронной работы с наружными устройствами. Синхронная работа, это когда система гласит: “Дай мне блок Основные компоненты ВС - реферат инфы”, и потом стоит и ожидает этого блока. Асинхронная - это когда система гласит: “Принеси мне, пожалуйста, блок инфы”, и продолжает свою работу, а когда приходит блок, она прерывается (по прерыванию окончания обмена) и воспринимает информацию. Такая схема прерываний. Одним из прерываний, которые есть в системе, является прерывание Основные компоненты ВС - реферат по окончанию обмена.

В момент появления прерывания, деяния в аппаратуре ВС последующие:

В некие особые регистры аппаратно заносится (сохраняется) информация о выполняемой на этот момент программке. Это малая информация, нужная для начала обработки прерывания. Обычно, в этот набор данных заходит счетчик команд, регистр результата, указатель стека и несколько регистров Основные компоненты ВС - реферат общего предназначения. (Эти деяния именуются малым упрятыванием).

В некий особый управляющий регистр, условно будем его именовать регистром прерываний, помещается код появившегося прерывания.

Запускается программка обработки прерываний операционной системы.

Запущенная программка сначала потребляет столько ресурсов (менее), сколько освобождено при аппаратном упрятывании инфы. Эта программка производит анализ предпосылки прерывания. Если это прерывание было Основные компоненты ВС - реферат фатальным (деление на ноль, к примеру), то продолжать выполнение программки глупо и управление передается части операционной системы, которая эту программку выбросит. Если это прерывание не фатальное, происходит дополнительный анализ, который приводит к ответу на вопрос: можно ли оперативно обработать прерывание? Пример прерывания, которое всегда можно обработать оперативно - прерывание Основные компоненты ВС - реферат по таймеру. К примеру, прерывание, связанное с приходом инфы по полосы связи нельзя обработать оперативно, т.к. происходит расчищение в системе места для программки операционной системы, которая займется обработкой этого прерывания. Происходит т.н. полное упрятывание. Сейчас скрывается не только лишь информация о неких регистрах исполнявшейся программки, сейчас все Основные компоненты ВС - реферат регистры сохраняются в таблицах системы (а не в аппаратных регистрах, как ранее) и фиксируется то, что место оперативки, занимаемое программкой, может быть перенесено (по мере надобности) на наружное устройство. Далее идет обработка прерывания и возврат из прерывания.

Тут нужно отметить одно принципиальное свойство: прерывания могут быть инициированы схемами Основные компоненты ВС - реферат контроля микропроцессора (к примеру, при делении на ноль), могут быть инициированы наружным устройством (при нажатии кнопки на клавиатуре появляется прерывание, по которому микропроцессор считывает из некого регистра нажатый знак).

Возвращаемся к нашей основной дилемме. ВЗУ на многие порядки более медлительно, чем оперативка, т.е. появляется неувязка торможения ВС. Если б все Основные компоненты ВС - реферат обмены с наружными устройствами происходили в синхронном режиме, то производительность ВС была бы очень низкой. Одной из обстоятельств возникновения аппарата прерываний было сглаживание скоростей доступа к наружным устройствам для микропроцессора и оперативки (оперативка тут выступает как более скоростное устройство). То, что, используя аппарат прерываний можно было работать с Основные компоненты ВС - реферат наружными устройствами в асинхронном режиме, т.е. задать заказ на обмен и запамятовать о нем до прерывания окончания обмена, позволило в целом прирастить производительность ВС.

Регистры буферной памяти (Cache, КЭШ). Последующая группа регистров - регистры, относящиеся к т.н. буферной памяти. Мы возвращаемся к дилемме взаимодействия микропроцессора и Основные компоненты ВС - реферат оперативки и сглаживанию скоростей доступа в оперативку.

Представим, у нас есть некая программка, которая производит вычисление некого выражения, при всем этом, процесс вычисления этого выражения будет представим последующим образом. В какие-то моменты идут воззвания за операндами в оперативку, в какие-то моменты обработанные данные записываются в оперативку. Есть один из Основные компоненты ВС - реферат тех путей, которые сглаживают несоответствие скоростей микропроцессора и оперативки, который заключается в сокращении реальных воззваний к оперативки. Микропроцессоры содержат быстродействующую регистровую память, призванную буферизовать воззвания к оперативки.

Метод чтения из оперативки последующий:

проверяется наличие в особом регистровом буфере строки, в какой находится исполнительный адресок, совпадающий с исполнительным Основные компоненты ВС - реферат адресом требуемого операнда. Если такая строка имеется, то соответственное этому адресу значение, считается значением операнда и передается в микропроцессор для обработки (т.е. воззвание в оперативку не происходит).

Если таковой строки нет, то происходит обмен с оперативной памятью, и копия приобретенного значения помещается в регистровый буфер и помечается исполнительным адресом этого Основные компоненты ВС - реферат значения в оперативки. Содержимое операнда поступает в микропроцессор для обработки. При всем этом решается неувязка размещения новейшей строки. Аппаратно ищется свободная строчка (но она может быть исключительно в начале работы машины), и если такая не найдена, запускается аппаратный процесс вытеснения из этого буфера более “старенькой” строки. Старость определяется по Основные компоненты ВС - реферат некому предопределенному аспекту. К примеру, признаком старения может быть количество воззваний к этому буферу при котором нет воззваний к этой строки. В каждом таком случае число в 3-ем столбце таблицы возрастает на единицу.

Регистровый буфер

Исполнительный

адресок

Содержимое

Признак

“старения”

... ... ...

Короче говоря, аппаратура решает, какую из строк нужно вытолкнуть из таблицы, чтоб Основные компоненты ВС - реферат на ее место записать новое содержимое. При всем этом учитывается информация о том, были ли воззвания к данной строке с внедрением команд записи в память. Если такие воззвания были, то перед выталкиванием происходит запись в ОЗУ по исполнительному адресу содержимого нашей строки.

Метод записи в оперативку симметричен. Когда в Основные компоненты ВС - реферат программке встречается команда записи операнда в память, аппаратура делает последующие деяния. Проверяется наличие в буфере строчки с данным исполнительным адресом. Если такая строчка есть, то в поле “Содержимое” записывается новое значение, и аппаратно корректируется признак старения строк. Если таковой строки нет, то запускается описанный чуть повыше процесс выталкивания, и Основные компоненты ВС - реферат потом информация располагается в освободившейся строке.

Этот буфер чтения/записи служит довольно массивным средством для минимизации воззваний к ОЗУ. Больший эффект достигается при маленьких циклах, когда все операнды располагаются в буфере, и после чего повторяющийся процесс работает без воззваний к ОЗУ. Время от времени, эти буфера именуют КЭШ-буферами, также Основные компоненты ВС - реферат ассоциативной памятью, так как доступ к этой памяти осуществляется не по адресу (как в ОЗУ), а по значению поля. Реально, все механизмы могут быть устроены по другому, чем мы тут изучаем, т.к. мы изучаем некую обобщенную систему.

Последующим компонентом, который мы с вами разглядим исходя из убеждений Основные компоненты ВС - реферат системного подхода, а системный подход предполагает то, что вы рассматриваем вещь не саму по для себя, а в контексте связи с другими компонентами, это некие характеристики ОЗУ.

Оперативка

1-й блок 2-й блок . . . k-й блок
0 1 . . . k-1
k k+1 . . . 2k-1
. . . . . . . . . . . .

Внедрение расслоения памяти . На физическом уровне ОЗУ представимо в виде объединения k устройств, способных хранить однообразное Основные компоненты ВС - реферат количество инфы и, при всем этом, способные вести взаимодействие с микропроцессором независимо друг от друга. При всем этом адресное место ВС скооперировано таким макаром, что попорядку идущие адреса, либо ячейки памяти, находятся в примыкающих устройствах (блоках) оперативки.

Программка состоит (в основном) из линейных участков. Если использовать этот параллелизм Основные компоненты ВС - реферат, то можно организовать в микропроцессоре очередной буфер, который организован также, но в каком располагаются машинные команды. За счет того, что есть параллельно работающие устройства, то этот буфер автоматом заполняется вперед. Т.е. за одно воззвание можно прочитать k машинных слов и расположить их в этом буфере. Дальше, деяния с Основные компоненты ВС - реферат буфером команд похожи на деяния с буфером чтения/записи. Когда нужна еще одна команда (ее адресок находится в счетчике команд) происходит ее поиск (по адресу) в буфере, и если такая команда есть, то она считывается. Если таковой команды нет, то опять-таки работает внутренний метод выталкивания строчки, и новенькая Основные компоненты ВС - реферат строчка считывается из памяти и копируется в буфер команд. Расслоение памяти в эталоне наращивает скорость доступа в k раз, плюс буфер команд позволяет уменьшить воззвания к ОЗУ.

Лекция №3

Мы продолжаем рассмотрение нашей облегченной схемы. В современных машинах имеется очередное аппаратное средство, которое призвано поддерживать работу вычислительной системы. Это, так именуемая Основные компоненты ВС - реферат, виртуальная память. На сегодня все вычислительные машины (кроме особо раритетных) работают в мультипрограммном (мультипроцессорном) режиме. Сущность его состоит в том, что есть некоторое количество процессов, которые сразу производятся в вычислительной системе. Поглядим, как этот мультипрограммный режим оказывает влияние на внедрение оперативки.

Операционная

система

Задачка №1

Задачка №2

Задачка №3

.

.

.

Представим: в исходный момент времени Основные компоненты ВС - реферат какую-то часть оперативки заняла операционная система (так оно и происходит). После чего была загружена программка №1 , потом программки №2, №3 (и т.д.). Операционная система начала делать эти программки в мультипрограммном режиме. Появляется вопрос: всегда ли всякую программку можно поместить в случайный спектр адресного места оперативки? Обладает ли программка свойством Основные компоненты ВС - реферат перемещения по памяти? Как задачка связана с адресным местом, на которое ее запрограммировали? Это 1-ая неувязка. 2-ая неувязка: этот процесс идет, и понятно, что в какие-то моменты времени какие-то из этих задач завершаются (к примеру Задачка №2). При всем этом в памяти образуются свободные куски.

Операционная

Система

Операционная

Система

Задачка Основные компоненты ВС - реферат №1

Задачка №1

Задачка №6

Задачка №3

Задачка №3

.

.

.

.

.

.

Программка операционной системы, которая загружает задачки в память, может поглядеть, какие из задач ждут обработки, и если есть задачка, которая помещается в один из свободных фрагментов, она может ее загрузить. Но появляется 2-ой вопрос: как быть, если нет таковой задачки, которая поместится в освободившийся кусок Основные компоненты ВС - реферат. При всем этом неувязка состоит в том, что даже если найдется задачка (№6), которая поместится в обозначенном куске, то остается еще наименьший кусок памяти, в который уже нельзя фактически ничего записать. Количество таких, никому не подходящих, фрагментов равномерно возрастает. Это процесс фрагментации памяти.

Фрагментация может происходить и в оперативки, и на наружном Основные компоненты ВС - реферат запоминающем устройстве. В итоге через некое время появляется довольно увлекательная и печальная ситуация: свободного адресного места много, но при всем этом мы не можем загрузить ни одной новейшей задачки. Это значит, что система в целом начинает деградировать. К примеру, если Вы пошлете заказ на выполнение какого-то Основные компоненты ВС - реферат деяния, то Вам придется необоснованно длительно ожидать.

Для борьбы с фрагментацией памяти, также для решения препядствия перемещения программки по адресному месту, употребляется, так именуемая, виртуальная память. Сущность ее работы заключается в последующем. Пусть имеется некое адресное место программки, другими словами то адресное место, в определениях которого оперирует программка. И имеется Основные компоненты ВС - реферат адресное место физическое, которое находится в зависимости от времени. Оно охарактеризовывает реальное состояние физической оперативки.

В машинах, поддерживающих виртуальную память, существует механизм преобразования адресов из адресного места программки в физическое адресное место, другими словами при загрузке задачки в память машины операционная система располагает реальную задачку в той оперативки, которая является Основные компоненты ВС - реферат свободной, вне зависимости от того, является ли этот кусок непрерывным, или он фрагментирован. Это 1-ое действие делает операционная система. Она знает о состоянии собственных физических ресурсов: какие свободны, какие заняты.

2-ое: операционная система заполняет некие аппаратные таблицы, которые обеспечивают соответствие размещения программки в реальной оперативки с адресным местом, применяемым Основные компоненты ВС - реферат программкой. Другими словами можно найти, где в физической памяти какая часть программки расположена, и какая часть адресного места программки поставлена ей в соответствие.

После чего запускается программка, и начинает действовать аппарат (либо механизм) виртуальной памяти. Устройство управления выбирает еще одну команду. Из этой команды оно выбирает операнды Основные компоненты ВС - реферат, другими словами адреса и те индексные регистры, которые участвуют в формировании адреса. Устройство управления (автоматом) вычисляет исполнительный адресок того значения, с которым нужно работать в памяти. После чего автоматом (аппаратно) происходит преобразование адреса исполнительного программного (либо виртуального) в адресок исполнительный физический при помощи тех таблиц, которые были сформированы операционной системой при Основные компоненты ВС - реферат загрузке данной программки в память. И длится выполнение команды. Аналогично производится и, к примеру, команда бесспорного перехода на некий адресок. Точно так же устройство управления вычисляет поначалу адресок исполнительный, после этого он преобразуется в адресок физический, а позже значение этого физического адреса помещается в счетчик команд. Это и есть механизм Основные компоненты ВС - реферат виртуальной памяти.

Разглядим простой пример организации виртуальной памяти: вычислительную систему с, так именуемой, страничной организацией памяти. Сущность страничности памяти состоит в том, что аппаратно все адресное место оперативки разбито на блоки фиксированного объема. Обычно размер таких блоков равен степени двойки. При всем этом сохраняется сквозная нумерация Основные компоненты ВС - реферат ячеек памяти. Структура адреса в данной вычислительной машине такая: адресок хоть какой ячейки памяти представлен в виде 2-ух полей; старшие его разряды являются номером странички, а младшие разряды являются смещением относительно странички (тут употребляется тот факт, что размер странички равен степени двойки).

Исполнительный адресок

№ Странички Смещение относительно странички

Итак, мы Основные компоненты ВС - реферат имеем машину со страничной организацией памяти. Для управления этой страничной памятью, микропроцессор содержит, так именуемую, таблицу приписки (ТП). Это аппаратное средство машины, реализованное при помощи регистровой памяти. Структура этой таблицы:

Таблица приписки

№ Виртуальной

странички

№ Физической

странички

0 25
1 1
2 30
. .
. .
. .
L-1 -1

ТП имеет L строк, где L- наибольшее число страничек, адресуемых в данной машине (другими Основные компоненты ВС - реферат словами адресное место программки может состоять менее чем из L страничек). Любая строчка этой таблицы соответствует виртуальной страничке программки с номером, совпадающим с номером строчки. Строчка содержит номер физической странички, соответственной данной виртуальной страничке.

При загрузке и запуске программки операционная система располагает виртуальные странички в неких физических страничках оперативки Основные компоненты ВС - реферат, а их соответствие устанавливается в ТП. К примеру, операционная система взяла 0-ую виртуальную страничку памяти и расположила ее в 25-ую страничку физической памяти, 1-ую страничку расположила в 1-ой страничке, а 2-ую - в 30-ой (и т.д. распределила все странички).После чего передается управления на начало программки, а Основные компоненты ВС - реферат за тем работает тот механизм, который был описан выше: по номеру виртуальной странички из таблицы аппаратно выбирается соответственная строчка, и находящийся в ней номер физической странички аппаратно подставляется в исполнительный адресок заместо номера виртуальной странички, другими словами происходит просто подмена старших битов исполнительного адреса.

По сути, когда операционная система обращается к Основные компоненты ВС - реферат некий строке таблицы, то поначалу она производит контроль. В реальности, строчка ТП содержит некий код, который является или адресом физической странички, или неким особым кодом, на который схемы управления микропроцессора реагируют спецефическим образом. К примеру, если этот код больше или равен нулю, это означает, что можно продолжать Основные компоненты ВС - реферат работу. Если же в этой строке содержится код меньше нуля, к примеру -1, то воззвание к ней устройств преобразования виртуального адреса в физический, вызовет прерывание. Это прерывание обычно именуется прерыванием по защите памяти. Дело в том, что операционная система, заполняя ТП, показывает, какие из виртуальных страничек адресного места не принадлежат данной Основные компоненты ВС - реферат программке, и если происходит выход за границы допустимой памяти, генерируется прерывание по защите памяти.

Для каждой программки нужна своя таблица приписки. При переходе от одной программки к другой содержимое ТП сохраняется операционной системой в некой собственной программной таблице (массиве) и потом меняются значения в ТП.

Продолжение в теме “Операционные системы Основные компоненты ВС - реферат”

(Подкачка, либо SWAPPING)

Наружные устройства

Наружные устройства можно найти как все те устройства, которые отличаются от микропроцессора и памяти. Управление наружными устройствами осуществляется через систему прерываний. Наружные устройства можно подразделить на Наружные Запоминающие Устройства (ВЗУ) и Устройства Ввода/Вывода (УВВ) инфы. ВЗУ - это устройства, способные хранить информацию некое Основные компоненты ВС - реферат время, связанное с физическими качествами определенного устройства, и обеспечивать чтение и/либо запись этой инфы в оперативку. Если рассматривать ВЗУ исходя из убеждений использования разными компонентами программного обеспечения, то можно выделить последующие типы устройств:

1. Магнитный барабан. Магнитный барабан - это устройство, которое типично для огромных вычислительных комплексов. Обычно Основные компоненты ВС - реферат оно употребляется операционной системой для хранения системной инфы. Сущность работы этого устройства состоит в последующем.

Имеется железный цилиндр огромного веса (вес тут имеет значение для поддержания размеренной скорости вращения), который крутится вокруг собственной оси. Поверхность этого цилиндра покрыта слоем материала, способного хранить информацию (с него можно читать и на Основные компоненты ВС - реферат него можно записывать информацию). Над поверхностью барабана располагается p считывающих головок. Их положение зафиксировано над поверхностями, которые именуются треками (track). Каждый трек разбит на равные части, которые именуются секторами. В каждый момент времени в устройстве может работать только одна головка. Запись инфы происходит по трекам магнитного барабана, начиная с определенных секторов Основные компоненты ВС - реферат. Координатами инфы служат последующие характеристики (№Трека, №Сектора и Объем инфы).

Для чтения инфы с магнитного барабана выполняются последующие деяния: врубается головка, соответственная номеру трека, и прокручивается барабан до возникновения под головкой начала сектора с данным номером. После чего начинается обмен. Фактически во всех ВЗУ, основанных на вращении Основные компоненты ВС - реферат носителя, существует понятие сектора, и в каждый момент времени устройство знает, над каким сектором оно находится. Магнитные барабаны - это устройства, имеющие одну из наибольших скоростей доступа, потому что электрические и механические деяния в его работе малы (вращение барабана).

Магнитные диски.

Есть некоторое количество дисков, размещенных на одной оси, которые крутятся Основные компоненты ВС - реферат с некой неизменной скоростью. Каждый таковой диск может иметь две информационно-несущие поверхности (верхнюю и нижнюю), покрытые слоем, способным фиксировать информацию. Диски имеют номера; поверхности каждого диска также пронумерованы (0,1). Концентрическим окружностям 1-го радиуса на каждом диске соответствует условный цилиндр. Диск также разбит на сектора. Координаты инфы на диске Основные компоненты ВС - реферат (№Диска, №Поверхности, №Цилиндра, №Сектора).

Механически управляемая штанга имеет щупы, на концах которых находятся считывающие и записывающие головки. Количество этих щупов может быть равно количеству дисков (считывается или верхняя, или нижняя поверхность).

Обмен информацией осуществляется последующим образом: на блок управления диском подается набор координат с требуемым объемом инфы. Блок головок вводится вовнутрь диска Основные компоненты ВС - реферат меж поверхностями до данного номера цилиндра. Потом, врубается головка, читающая заданную поверхность данного диска. После чего ожидается подход данного сектора и начинается обмен. Тут, в отличие от магнитного барабана, уже два механических деяния, что усугубляет скоростные характеристики магнитных дисков. Примерами магнитных дисков являются винчестер и гибкие диски (floppy).

Лекция Основные компоненты ВС - реферат №4

Мы с вами продолжаем обзор неких параметров архитектуры вычислительной системы, и я обращаю ваше внимание на то, что мы рассматриваем не просто ЭВМ как набор плат, размещенных на их микросхем, каких-либо проводников, механических устройств и всего остального. Мы рассматриваем вычислительную систему, другими словами систему, объединяющую Основные компоненты ВС - реферат аппаратуру и программное обеспечение, также аспекты их взаимодействия. Мы с вами уже поглядели и побеседовали о неких таких взаимосвязях. Виртуальная память и вся та буферизация, о которой мы с вами гласили, - это аппаратные средства, которые поддерживает программное обеспечение с целью увеличения эффективности работы системы в целом. Система прерываний - это также Основные компоненты ВС - реферат аппаратное средство, которое нацелено на поддержку программного обеспечения, другими словами средство, обеспечивающее взаимодействие программки с наружными устройствами.

Я обращаю ваше внимание на то, что эти лекции не есть лекции по UNIX-у, который мы с вами будем рассматривать, это не есть лекции по страничной организации памяти - это лекции, направленные на то Основные компоненты ВС - реферат, чтоб вы сообразили значение слова “система” в термине “вычислительная система”. Уже на данный момент мы затрагиваем принципы работы с КЭШами, с буферами и прерываниями. И это довольно трудно. А если мы возьмем машину, у которой не один, а несколько процессорных частей, работающих с одной памятью, то у нас Основные компоненты ВС - реферат появляются довольно сложные трудности с буферизацией работы с памятью. То, что мы с вами рассматриваем на лекции - это очень обычный срез (можно сказать, лекция для колхозников), чтоб у вас сложилось хотя бы концептуальное осознание, ибо мы не охватим всего.

Мы с вами окончили прошлую лекцию рассмотрением неких типов ВЗУ: магнитного Основные компоненты ВС - реферат барабана, магнитных дисков. Мы выявили на концептуальном уровне отличия этих устройств, так как цель наших лекций не изучить их работу, а научиться ассоциировать те либо другие составляющие вычислительной системы. Мы с вами узнали, что ВЗУ, такие как магнитный барабан и магнитные диски, могут характеризоваться степенью роли Основные компоненты ВС - реферат механических действий в обработке заказа на обмен. Чем больше механических действий, тем медлительнее происходит обмен. Существует экзотичный вид наружной памяти - память на магнитных доменах.

Память на магнитных доменах. Так же, как простой единицей электричества является электрон, простая единица в магнетизме - магнитный домен. Он подобен обычному магниту, одна сторона которого заряжена положительно, а Основные компоненты ВС - реферат другая - негативно.

Есть барабан, у которого так же есть треки, и так же над каждым треком размещена головка для обмена, но сам барабан не крутится, а за счет неких магнитно-электрических эффектов осуществляется перемещение по треку цепочки доменов. При всем этом каждый домен совершенно точно нацелен, другими словами или Основные компоненты ВС - реферат он бежит стороной, заряженной “+”, или стороной, заряженной “-”. Так кодируются ноль и единица. Эта память очень быстродейственна, потому что в ней нет никаких механических действий. Эти устройства обычно употребляются во интегрированных вычислительных системах. (К примеру, она употребляется в американских ШАТЛах).

Сейчас разглядим ВЗУ по другому - по способам доступа. Сущность Основные компоненты ВС - реферат практически хоть какого запоминающего устройства состоит в том, что информация в нем записывается некими блоками, либо записями. В неких устройствах размер блока фиксирован и кое-чем припоминает страничную компанию памяти. В неких устройствах размер блока может быть переменным, и определяется неким исходным и конечным маркером, который можно программно Основные компоненты ВС - реферат записать на носитель этого устройства. В контексте работы с блоками, ВЗУ можно подразделить на два типа: устройства прямого доступа и устройства поочередного доступа. В бытовом плане можно разглядеть компакт диск (CD) и аудиокассету. Проигрывание десятой записи на компакт диске начинается практически сходу после соответственной команды, за счет собственной системы координат, схожей Основные компоненты ВС - реферат системе координат магнитного диска. Это устройство прямого доступа. Устройство поочередного доступа - это аудиокассета. Если вам нужно воспроизвести пятую песню, то приходится, перематывая кассету, находить начало, так либо по другому прослушивая прошлые четыре. Устройства поочередного доступа, это те устройства, которые для чтения i-той записи, должны просмотреть прошлые (i-1)-ну Основные компоненты ВС - реферат запись. Прямой доступ лишен этого недочета. Примеры устройств прямого доступа - это магнитный барабан, различные варианты магнитных дисков, память на магнитных доменах и прочее. Устройства поочередного доступа - это или магнитная лента на огромных машинах, или стримерные устройства, которые употребляют для организации длительного хранения данных на малеханьких машинах.

Вот Основные компоненты ВС - реферат два взора на наружные устройства. Сейчас разглядим наружные устройства исходя из убеждений управления. На ранешних стадиях устройство управления наружными устройствами в большей мере являлось неким интерфейсом в получении всех управляющих команд от микропроцессора и передачи их определенному наружному устройству. Это значит, что центральный микропроцессор (ЦП) был должен отрабатывать фактически все Основные компоненты ВС - реферат деяния, предусмотренные системой команд управления определенного устройства. Невзирая на то, что при всем этом уже был реализован и употреблялся аппарат прерываний, позволяющий проводить обмен асинхронно с работой центрального микропроцессора, у нас были довольно огромные утраты за счет того, что микропроцессор был должен нередко прерываться на выполнение последовательности маленьких по размеру Основные компоненты ВС - реферат указаний для управления наружным устройством. Потому появились спец устройства, которые именуются каналами.

Канал - это спец вычислительная машина, имеющая спец процессорный элемент и нужную память. Канал обычно имеет последующую структуру: у него есть скоростной канал связи с оперативной памятью основной машины, управляющие каналы для взаимодействия с ЦП и имеется Основные компоненты ВС - реферат некое количество каналов для подключения наружных устройств.

Функцией канала является выполнение макрокоманд, обеспечивающих ввод/вывод. Другими словами ЦП подает не последовательность команд (например, включить движок магнитных головок, переместить магнитную головку на данный цилиндр, дождаться подходящего сектора, произвести чтение порции данных, произвести проверку корректности и т.п.), а макрокоманду Основные компоненты ВС - реферат (произвести обмен данного объема по данным координатам), и нужную последовательность команд делает канал. Таким макаром, канал разгружает ЦП. При всем этом каналы могут быть довольно умственны. В канале может быть организована буферизация за счет собственной внутренней памяти (аналогично буферизации при работе с оперативной памятью). Современная вычислительная машина может иметь несколько Основные компоненты ВС - реферат таких каналов, которые позволяют организовывать управление наружными устройствами, а с другой стороны высвобождают микропроцессор от излишней работы.

Мультипрограммирование

Давайте разглядим очередной внутрисистемный нюанс, который может показать обоюдное воздействие программного обеспечения и аппаратуры. Этот нюанс связан с мультипрограммированием.

Нарисуем ординарную диаграмму:

Ось абсцисс связана с течением времени. На оси ординат отмечены Основные компоненты ВС - реферат выполняемые задачки. Пусть микропроцессор работает над Задачей №1. В некий момент ему потребовались данные, которые находятся на ВЗУ. Формируется заказ на обмен, но данные с устройства еще не поступили (мы знаем, что скорость обмена мала). И какое-то время микропроцессор простаивает. Потом обмен закончился, и программка начала Основные компоненты ВС - реферат производиться дальше. Потом эта ситуация повторяется (снова обычный и т.д.). Зависимо от типа либо класса решаемой на этой машине задачки, таких простоев может быть от 99% всего времени до единиц процентов в этом случае, если программка длительно что-то вычисляет, не обращаясь к наружным устройствам. Но в любом случае эта Основные компоненты ВС - реферат ситуация приводит к неэффективной работе вычислительной системы, потому было бы хорошо при наличии асинхронно работающих устройств (другими словами тех устройств, которые работают под управлением аппарата прерываний) в промежутки времени, когда одна программка не может производиться (потому что она ждет данные), запускать другую программку (Задачку №2). Задачка №2 будет жить по Основные компоненты ВС - реферат этим же правилам (другими словами в периоды обмена Задачки №2 и Задачки №1 с наружными устройствами будет запускаться 3-я задачка, и т.д.).

Режим работ программного обеспечения и аппаратуры, обеспечивающий одновременное выполнение нескольких программ, именуется мультипрограммным режимом. Вначале мультипрограммирование появилось в целях наибольшей загрузки микропроцессора, так как когда-то это устройство было Основные компоненты ВС - реферат самым дорогостоящим. На сегодня это устройство одно из самых дешевеньких в компьютере. Поглядим, что необходимо от аппаратуры вычислительной системы для поддержания режима мультипрограммирования. Давайте перечислим те задачи, которые могут появиться, когда, не считая некой управляющей программки (операционной системы) и одной программки юзера, появилась еще одна программка юзера. Другими Основные компоненты ВС - реферат словами, если ранее все ошибки и некорректности в отношении системы приводили к наказанию себя самого, то сейчас, при возникновении чужих программ в памяти появляются новые трудности.

1-ая неувязка : кто-то взял и записал в место моей программки свою информацию либо считал из места моей программки мою информацию (может быть Основные компоненты ВС - реферат, секретную). Если программка испорчена, то будет сбой в системе. Как следует, появляется неувязка защиты памяти, другими словами в вычислительной системе должен быть реализован на аппаратном уровне механизм, обеспечивающий защиту адресного места каждой из программ от несанкционированного доступа других программ. Это значит, что этот механизм при выполнении доступа по исполнительным адресам Основные компоненты ВС - реферат будет держать под контролем правильность доступа.

На прошлой лекции мы с вами рассматривали механизм виртуальной памяти на примере страничной организации памяти. Если в таблице приписки в некий строке находился код меньше нуля, это означало, что эта виртуальная страничка недосягаема. И при попытке обратиться к этой страничке, срабатывает аппарат защиты памяти Основные компоненты ВС - реферат. А срабатывает он таким макаром: в системе появляется прерывание по защите памяти, при обработке этого прерывания операционная система (ОС) глядит, а вправду ли этой странички памяти у данной программки нет (другими словами это чужая страничка). Если эта страничка вправду чужая, то прерывание прекращает выполнение данного процесса с диагностикой Основные компоненты ВС - реферат воззвания в чужую память. Вероятна и другая ситуация: если какие то странички еще не загружены в память и ОС в собственных внутренних программных таблицах отметила, что по сути у меня есть эта страничка и что, представим, она находится на наружном устройстве. В данном случае прерывание игнорируется, потому что Основные компоненты ВС - реферат ошибки нет (просто нет еще довольно инфы для продолжения программки). Так устроена защита памяти.

2-ая неувязка : пусть в вычислительной системе есть принтер, и есть два процесса, которым он нужен. И пусть один из процессов обратился к наружному устройству с командой напечатать строчку (а он печатает, скажем, ведомость на экзамен, а другой Основные компоненты ВС - реферат процесс печатает, представим, докладную декану). И 1-ая строка напечаталась: “Ведомость”. После чего другой процесс пишет: “Декану факультета ВМК чл. корр. РАН Д.П. Костомарову”, и тоже обращается к устройству печати. Устройство печати печатает вторую строку, и т.д.. В конечном итоге выходит документ, который остается только спалить, потому что Основные компоненты ВС - реферат там написан абсурд. Это 1-ый пример. 2-ой пример: мы с вами гласили о виртуальной памяти и о том, что таблицы приписки заполняются оперативной системой программно (есть команды, которые позволяют записать некую информацию в таблицу приписки). И пусть, появились два лихих программера, которые решили отвести для себя побольше памяти, и любой Основные компоненты ВС - реферат из их поправил соответственно таблицу приписки, выделив для себя всю память. Но память-то одна, и вышло нехорошо. И в первом и во 2-м примере программкам юзера были доступны команды управления компонентами вычислительной системы (в первом случае - команды управления наружным устройством, во 2-м случае - оперативной памятью Основные компоненты ВС - реферат), что и привело к некорректности в работе. Это значит, что, пока эти команды доступны, то корректный режим мультипрограммирования организовать нереально, так как всегда найдутся два молодца, которые чего-нибудь да попортят (даже не специально, а просто по неведению).

Итак, вторым условием для организации мультипрограммного режима является наличие привилегированного режима в Основные компоненты ВС - реферат системе. Привилегированный режим - это режим работы центрального микропроцессора, в каком программке доступны все вероятные команды. Непривилегированный режим (еще его именуют пользовательским) - режим, в каком доступно только некое подмножество команд . В пользовательском режиме программки юзера не сумеют обратиться впрямую к управлению компонентами вычислительной системы.

Может появиться вопрос: а если все-же нужно Основные компоненты ВС - реферат печатать, и работают несколько программ, как быть? Обычно во всех системах имеются средства воззвания к ОС (ОС работает в привилегированном режиме и ей доступно все). Программка юзера может передать заказ на некие деяния ОС (в различных системах это реализовано по-разному), к примеру, при помощи прерываний. Вернемся Основные компоненты ВС - реферат например с принтером. Сейчас процесс не вызывает определенную команду, а обращается с заказом напечатать строчку к ОС. Она воспринимает заказ и строчку, и буферизует эту информацию в неких собственных программных буферах. Реальной печати при заказе не происходит, еще одна строка просто попадает в буфер, который относится к моей программке. Печать этого Основные компоненты ВС - реферат буфера будет происходить только при окончании программки, когда уже ясно, что заказов на печать больше не будет.

3-я неувязка : в одной из программ появилась ошибка, программка зациклилась и система зависла. Что в данном случае может посодействовать? Может посодействовать некое средство, которое будет временами прерывать выполнение программки. Для нашего примера Основные компоненты ВС - реферат это должно быть прерывание по таймеру, чтоб один раз в некий просвет времени процесс прерывался, и управление передавалось ОС. Она же сама должна решать, как ей поступить в данном случае.

Вот три условия на аппаратуру вычислительной системы, которые должны быть выполнены, если нужно организовать мультипрограммный режим Основные компоненты ВС - реферат работы.

Аппарат подкачки

Последующая неувязка: в системе, работающей в мультипрограммном режиме, находится много программ. Пусть есть настоящая оперативка со страничной организацией. Какую-то часть памяти занимает ОС, какую-то часть занимает Задачка №1, какую-то часть - Задачка №2 и т.д. В простом случае, в системе может находится столько программ, сколько может Основные компоненты ВС - реферат расположить внутри себя оперативка. Это довольно неэффективно, так как выполняемый в данный просвет времени код программки локализован в нескольких виртуальных страничках (к примеру, некий цикл либо функция, которые производятся на этот момент). Если мы будем располагать в оперативки весь код и все данные нашей программки, то большая часть оперативки Основные компоненты ВС - реферат будет простаивать, так как мы до нее еще должны добраться. Возникает естественное желание держать в оперативки только те куски адресного места, которые на этот момент употребляются. Для этого употребляется аппарат подкачки (либо swapping). Это программно-аппаратное средство.

Сущность его заключается в последующем. Мы гласили о виртуальной памяти и о Основные компоненты ВС - реферат том, что в строке таблицы приписки содержится некоторый код. В этой строке может быть очередное поле, характеризующее частоту воззвания к страничке. Это поле формируется аппаратно. Аппарат подкачки работает приблизительно так же, как в буфере чтения записи в оперативку (также собирается информация о старении страничек). По этим данным ОС Основные компоненты ВС - реферат может откачивать изредка применяемые странички, принадлежащие определенному процессу во внешнюю память (в огромных машинах для этих целей обычно употребляются магнитные барабаны). При всем этом, если страничка откачивается, то в таблицу приписки записывается отрицательный код, который, в случае воззвания к ней, вызовет прерывание (оно обусловит, что это не чужая страничка), и страничка подкачивается Основные компоненты ВС - реферат назад (а в это время снова же может начать производиться другая задачка). Этот механизм подкачки довольно эффективен. Он позволяет держать в оперативки от каждой из выполняемых программ некую (важнейшую) часть, а когда в памяти находится огромное количество программ, то это значит, что всегда будет готова очередь программ на случай Основные компоненты ВС - реферат обмена.

С одной стороны, подкачка - это функция, которая поддерживается аппаратурой (старение страничек памяти без аппаратной поддержки трудно организовать), а с другой стороны все реальное управление программное.

Сейчас вернемся к нашей пирамиде:

Прикладные программки
Системы программирования
Управление логическими устройствами
Управление физическими устройствами
Аппаратные средства

Мы лицезреем, что все то, о чем говорилось в прошлых Основные компоненты ВС - реферат лекциях тесновато взаимосвязано. Другими словами нельзя организовать в системе (корректный) мультипрограммный режим без аппаратной поддержки, и напротив, если есть аппаратная поддержка, но нет программки, которая употребляет эти аппаратные средства, то мультипрограммный режим также неосуществим.



osnovnie-metodi-raboti-pedagoga-psihologa.html
osnovnie-metodi-razvitiya-vinoslivosti.html
osnovnie-metodi-sbora-informacii.html