Аппаратные средства и программное обеспечение

Аппаратные средства. Центральный процессор и его режимы работы. Мультипроцессорная обработка. Расслоение памяти. Регистр перемещения. Прерывания и опрос состояний. Буферизация. Защита памяти. Периферийные устройства и их режимы. Каналы ввода-вывода. Захват цикла памяти. Относительная адресация. Виртуальная память. Прямой доступ к памяти. Иерархия памяти.

2015-01-30

11.81 KB

11 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


PAGE  6

Системное программное обеспечение

   Лекция 2

           

Аппаратные средства и программное обеспечение

  1.  Аппаратные средства. Центральный процессор и его режимы работы. Мультипроцессорная обработка. Расслоение памяти. Регистр перемещения. Прерывания и опрос состояний. Буферизация. Защита памяти. Периферийные устройства и их режимы. Каналы ввода-вывода. Захват цикла памяти. Относительная адресация. Виртуальная память. Прямой доступ к памяти. Иерархия памяти. 
  2.  Программное обеспечение.

Литература

  1.  Гордеев А.В., Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение. СПб.:  Питер, 2001.

[Дейтел 87] Дейтел Г., Введение в операционные системы. М."Мир",1987.

[Кейлингерт 85] Кейлингерт П., Элементы операционных систем, М."Мир", 1985.

[Кейслер 86] Кейслер С., Проектирование операционных систем для малых ЭВМ, М."Мир", 1986.

[Колин 75] Колин А., Введение в операционные системы, М."Мир", 1975.

[Цикритзис 77] Цикритзис Д., Бернстайн Ф., Операционные системы, М."Мир", 1977.

Аппаратные средства

Аппаратные средства - это устройства компьютера: процессоры, устройства памяти, устройства ввода-вывода, а также средства приема-передачи данных.

Мы рассмотрим различные виды аппаратных средств и режимы их работы,  которые имеют важное значение с точки зрения работы ОС.

Центральный процессор и его режимы работы

 Следует обратить внимание на два основных режима: режим задачи (problem state) и режим супервизора (supervisor state). Операционной системе обычно присваивается статус самого полномочного пользователя и работает она в режиме супервизора, имея доступ ко всем командам, предусмотренным в машине. Программы пользователя имеют доступ лишь к ограниченному числу команд и, в обычном случае, работают в режиме задачи. Команды, которые не могут выполняться в режиме задачи, носят название привилегированных команд.

Мультипроцессорная обработка (multiprocessing)

 В мультипроцессорных системах несколько процессоров работают с общей основной памятью и одной ОС. Здесь возникает необходимость обеспечения координированного упорядоченного доступа для исключения конфликтных ситуаций, например, когда два процессора не могли бы одновременно изменять содержимое общей ячейки памяти и т.п. ситуации. Следует отметить, что упорядочение доступа необходимо также и для однопроцессорных машин.

Расслоение памяти

 Метод расслоения памяти  (storage interleaving) применяется для увеличения скорости доступа к оперативной памяти. В обычном случае во время обращения к какой-либо области памяти никакие другие обращения к памяти производиться не могут. При расслоении памяти соседние по адресам ячейки размещаются в различных модулях памяти, так что появляется возможность производить несколько обращений одновременно. Например,

при расслоении на два направления ячейки с нечетными адресами оказываются в одном модуле памяти, а с четными - в другом. Таким образом, расслоение памяти позволяет обращаться сразу к нескольким ячейкам, поскольку они относятся к различным модулям.

Регистр перемещения

 Регистр перемещения (relocation register) обеспечивает возможность динамического перемещения программ в памяти. В регистр перемещения заносится базовый адрес программы, хранящейся в основной памяти. Содержимое регистра перемещения прибавляется к каждому указанному в выполняемой программе адресу. Благодаря этому пользователь может писать программу так, как если бы она начиналась с нулевой ячейки памяти, но реально в памяти программа может размещаться совсем не в тех местах, которые она должна была бы занимать согласно адресам, указанным при трансляции.

Прерывания и опрос состояний

 Одним из способов, позволяющих некоторому устройству проверить состояние другого, независимо работающего устройства, является опрос (polling).Так одно из устройств периодически может проверять состояние другого, и, если оно не находится в определенном состоянии, продолжать свою работу.

 Прерывания (interrupts) дают возможность немедленно одному устройству привлечь внимание другого, с тем, чтобы первое могло сообщить об измерении своего состояния. Состояние устройства, работа которого прерывается, должно быть сохранено, только после этого допустимо выполнять обработку прерывания. После завершения обработки прерывания состояние прерванного устройства восстанавливается, с тем, чтобы  можно было продолжить работу.

Буферизация

 Буфер (buffer) - это область оперативной памяти, предназначенная для промежуточного хранения данных при выполнении операций ввода-вывода.

Существует несколько способов буферизации. При простой буферизации процесс обработки данных процессором и процесс занесения новых данных в буфер разделены во времени, т.е. в момент занесения новых данных процесс обработки производиться не может, и наоборот. Метод двойной буферизации позволяет совмещать эти процессы, т.е. когда канал заносит данные в один буфер, процессор может обрабатывать данные другого буфера. Такое поочередное использование буферов называют буферизацией с переключением или триггерной буфферизацией (flip-flop buffering). Ввод-вывод с буферизацией носит название спулинг (spooling).

Защита памяти

 Защита памяти (storage protection) - важное условие работы для систем коллективного пользования. Защита памяти ограничивает диапазон адресов, которые доступны программе. Защиту памяти для программы, занимающей непрерывный блок ячеек памяти, можно реализовать с помощью граничных регистров, где указываются старший и младший адреса этого блока памяти.

Защита памяти также может быть реализована с помощью ключей защиты памяти (storage protect keys), относящихся к определенным областям основной памяти - программе разрешается обращение только к тем областям памяти, ключи которых совпадают с ключом данной программы. 

Периферийные устройства и их режимы

 Периферийные устройства  обладают возможностью работать либо в режиме on-line, когда они непосредственно связаны с центральным процессором. Либо в автономном режиме  off-line, когда ими управляют контроллеры, не связанные с центральной вычислительной машиной.

Каналы ввода-вывода

 Канал ввода-вывода представляет собой специализированный процессор, предназначенный для управления вводом-выводом независимо от основного процессора. Канал имеет возможность прямого доступа к основной памяти для записи и выборки информации. Основное назначение каналов состоит в том, чтобы увеличить параллелизм работы аппаратуры и освободить процессор от подавляющей части нагрузки, связанной с управлением вводом-выводом.

Для высокоскоростного обмена данными между внешними устройствами и основной памятью используются селекторные каналы (selector channel), имеющие только по одному подканалу и обслуживающие в каждый момент времени только одно устройство.

В отличие от селекторных, мультиплексные каналы (multiplexor channel) имеют множество подканалов и могут работать одновременно с несколькими потоками данных в режиме чередования.

Захват цикла памяти

 Наиболее узкое место где может возникнуть конфликтная ситуация между каналами и процессором - это доступ к основной памяти. При возникновении ситуации, когда и каналам и процессору может потребоваться  обращение к основной памяти, в обычном случае приоритет предоставляется каналам. Это и называется захватом цикла памяти (cycle stealing), канал буквально “крадет” циклы обращения к памяти у процессора. Подобный подход обычно используется в ОС.

Относительная адресация

 Для обеспечения работы с большими адресными пространствами в памяти используется  относительная адресация (база + смещение). В этом случае все адреса программы суммируются с содержимым базового регистра (base register) . Подобное решение имеет то преимущество, что программы в этом случае оказываются перемещаемыми и позиционно независимыми.

Виртуальная память

 Использование   виртуальной памяти (virtual storage) дает возможность указывать в программах адреса, которым необязательно соответствуют реальные адреса основной памяти. Виртуальные адреса динамически, при помощи аппаратных средств, преобразуются в адреса команд и данных, физически расположенных в основной памяти.

В системах виртуальной памяти применяются такие методы, как страничная организация (paging) - предусмативающая обмен между основной и внешней памятью блоками данных фиксированного размера, и сегментация (segmentation) - предусматривающая разделение программ и данных на логические компоненты (сегменты).


Прямой доступ к памяти (ПДП)

 Прямой доступ к памяти (Direct Memory Access, DMA) является средством повышения производительности за счет минимизации количества прерываний, происходящих в процессе выполнения программы. ПДП основан на том, что после начала операции ввода-вывода символы передаются в основную память по принципу захвата цикла - канал захватывает шину связи процессора с основной памятью на короткое время передачи одного символа, после чего процессор продолжает работу. Когда внешнее устройство оказывается готовым к передаче очередного символа блока, оно прерывает процессор. Однако в случае ПДП состояние процессора запоминать не требуется, поскольку передача одного символа означает для процессора скорее задержку, или приостановку, чем обычное прерывание. Символ передается в основную память под управлением специальных аппаратных средств, а после завершения передачи процессор возобновляет работу.

Аппаратные средства, обеспечивающие захват циклов памяти и управление устройствами ввода-вывода в режиме ПДП, называются каналом прямого доступа к памяти (DMA channel).

Конвейеризация

 Конвейеризация (pipelining) - это аппаратный способ, применяемый в высокопроизводительных вычислительных средствах с целью использования определенных типов параллелизма для повышения эффективности обработки команд. Упрощенно схему конвейеризации можно представить в виде обычного конвейера, на котором в различных стадиях выполнения одновременно могут находиться несколько команд. Такое совмещение требует достаточно больших аппаратурных затрат, но оправдано сокращением общего времени выполнения команд.

Иерархия памяти ( storage hierarchy)

 Известно, что современные вычислительные машины содержат несколько видов памяти: кеш-память (cache,storage) оперативную, внешнюю, и другие. Все эти виды памяти создают единую иерархию памяти, переход по уровням этой иерархии от кеш к внешней памяти сопровождается уменьшением стоимости и скорости и увеличением емкости памяти.

Вопросы

  1.  Объясните, в чем заключается концепция расслоения памяти.
  2.  В чем заключается отличие между простой и двойной буферизацией?
  3.  Опишите несколько способов защиты памяти.
  4.  Определите понятие - спулинг.
  5.  Как осуществляется прямой доступ к памяти?
  6.  Укажите различия между селекторными и мультиплексными каналами.
  7.  Какие возможности предоставляет использование виртуальной памяти?

Программное обеспечение

 Программное обеспечение - это комплекс программных средств, включающий системные программы, пакеты прикладных и пользовательских программ.

Раздел для самостоятельной проработки

 Дайте определения следующим понятиям:

  •  Прикладное и системное программное обеспечение
  •  Процедурно-ориентированные и проблемно-ориентированные языки
  •  Машинный язык
  •  Ассемблеры
  •  Языки высокого уровня
  •  Трансляторы, компиляторы и интерпретаторы
  •  Системы управления вводом-выводом (IOCS)
  •  Спулинг
  •  Микропрограммирование
  •  Эмуляция

Вопросы

  1.  Укажите различия между машинным языком, ассемблером и языком высокого уровня.
  2.  Укажите различия между проблемно-ориентированным и процедурно-ориентированным языком.
  3.  Чем интерпретаторы отличаются от компиляторов?
  4.  Что такое микропрограммирование?
  5.  Что такое эмуляция?
  6.  Определите назначение системы управления вводом-выводом.
  7.  Определите понятие - спулинг.

Доцент            И. Щудро

 



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
7533. Программное обеспечение 71.79 KB
  Антивирусы Как ни странно но до сих пор нет точного определения что же такое вирус. либо присущи другим программам которые никоим образом вирусами не являются либо существуют вирусы которые не содержат указанных выше отличительных черт за исключением возможности распространения. макровирусы заражают файлы документов Word и Excel. Существует большое количество сочетаний например файловозагрузочные вирусы заражающие как файлы так и загрузочные сектора дисков.
9083. Программное обеспечение. Назначение и классификация 71.79 KB
  Антивирусы Как ни странно но до сих пор нет точного определения что же такое вирус. либо присущи другим программам которые никоим образом вирусами не являются либо существуют вирусы которые не содержат указанных выше отличительных черт за исключением возможности распространения. макровирусы заражают файлы документов Word и Excel. Существует большое количество сочетаний например файловозагрузочные вирусы заражающие как файлы так и загрузочные сектора дисков.
9859. Лингвистическое и программное обеспечение систем 1.39 MB
  Для всех семантических сетей справедливо разделение по арности и количеству типов отношений. Неоднородные сети представляют больший интерес для практических целей но и большую сложность для исследования. По размеру: Для решения конкретных задач например тех которые решают системы искусственного интеллекта. Семантическая сеть отраслевого масштаба должна служить базой для создания конкретных систем не претендуя на всеобщее значение.
10480. Программное обеспечение компьютера. Виды прикладных программ 15.53 KB
  Меняя программы для компьютера можно превратить его в рабочее место бухгалтера или конструктора статистика или дизайнера редактировать на нем документы или играть в какуюнибудь игру. Классификация программ Программы работающие на компьютере можно разделить на три категории: прикладные программы непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ: редактирование текстов рисование картинок просмотр видео и т.; системные программы выполняющие различные вспомогательные функции например создание копий...
2727. Алгоритм и программное обеспечение декодирования свёрточных турбокодов 164.99 KB
  Рост популярности duo binry турбокодов отсутствие доступных средств их декодирования определяет высокую актуальность разработки декодера duo binry свёрточных турбокодов. В результате чего разработан алгоритм декодера обеспечивающий необходимую исправляющую способность и имеющий более низкую чем алгоритм на основе структурной схемы приведённой в
6365. СЕТЬ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОВАЙДЕРА «НОВЫЕ ТЕЛЕСИСТЕМЫ» 114.66 KB
  Подключение абонентов к сети Интернет в модернизированных районах производится по технологии "оптический кабель в дом» с использованием управляемого FastEthernet оборудования последнего поколения. Такие сети обладают большой надежностью и высокой скоростью передачи данных.
13727. Прикладное программное обеспечение деятельности мелкооптового книжного магазина 423.22 KB
  Менеджер магазина, изучив спрос на книжную продукцию в городе, принимает решение о закупке партии книг в том или ином издательстве. Некоторые пользующиеся повышенным спросом книги могут быть закуплены у посредников. Часть продукции заказывается через Internet.
11748. Программное обеспечение автоматизированной системы управления документами предприятия 6.77 MB
  В связи с ростом развития технологий, предприятию все больше необходима автоматизация документооборота. Причин этому много. Во-первых, информацию необходимо обрабатывать как можно быстрее и качественнее, подчас информационные потоки не менее важны, чем материальные. Во-вторых, утеря информации или ее попадание в чужие руки может обойтись весьма дорого...
15279. Программное обеспечение информационной системы для расширения функциональности социальных сетей «Anonym» 439.66 KB
  Обоснование выбора языка программирования для реализации системы. Социальная сеть платформа онлайн-сервис или веб-сайт предназначенные для построения отражения и организации социальных взаимоотношений визуализацией которых являются социальные графы. сетей возможностей для дальнейшего развития и продвижения приложения очень много....
11979. Математическое, алгоритмическое и программное обеспечение бесплатформенной инерциальной навигационной системы БИНС-05 513.35 KB
  Разработано математическое и алгоритмическое обеспечение бесплатформенной инерциальной навигационной системы БИНС предназначенное для высокоточного решения задач инерциальной ориентации и навигации объекта в географической системе координат в автономном и корректируемом режимах. БИНС имеет в своем составе три акселерометра пространственный измеритель абсолютной угловой скорости датчики высоты и вертикальной скорости и бортовой вычислитель БЦВМ. Разработанные алгоритмы ориентации БИНС имеют методические погрешности 108105 град час...
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.