Теоретические вопросы по дисциплине Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

1. Что такое «архитектура ЭВМ»? Перечислите основные принципы фон Неймана организации архитектуры компьютера.

2. Определите основные различия между сегментной, страничной и сегментно-страничной организацией памяти компьютера.

3. Дайте определение виртуальной памяти компьютера. Каким образом она организована?

4. Укажите базовые компоненты процессора архитектуры IA32.

5. Охарактеризуйте основные методы управления внешними устройствами: обмен по готовности, обмен по прерыванию, прямой доступ к памяти.

6. Перечислите, и кратко охарактеризуйте основные внутрисистемные интерфейсы и интерфейсы внешних запоминающих устройств.

7. Определите структурные части жесткого диска файловой системы FAT.

8. Каково назначение FAT? Укажите различия между FAT16 и FAT32.

9. Определите основные схемы параллизма вычислительных систем: SISD, MISD, SIMD, MIMD.

10. Определите основные архитектуры современных параллельных вычислительных систем.

11. Перечислите основные топологии сетей. Укажите различия между физической и логической топологиями сети.

12. Охарактеризуйте основные виды линий связи.

13. Определите три основных типа сетевого адреса: физический, числовой составной, символьный (доменный).

14. Определите различия между физической и логической структуризацией сети.

15. Дайте определение следующим терминам: интерфейс, протокол, стек протоколов. Перечислите современные основные стеки протоколов.

16. Определите назначения всех уровней модели OSI.

17. Определите, в чем заключается физическое кодирование передаваемой по сети информации. Укажите различие между единицами скорости: «бод» и «бит/с».

18. Поясните, на чем основаны все методы обнаружения и коррекции ошибок в сети.

19. Поясните механизм действия метода доступа к среде передачи CSMA/CD.

20. Определите различия между «протоколами ориентированными на установление соединения» и «протоколами без установления соединения».

1. Что такое «архитектура эвм»? Перечислите основные принципы фон Неймана организации архитектуры компьютера.

Под архитектурой компьютера понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-програмных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности компьютера при решении соответствующих классов задач. Архитектура компьютера включает 3 составляющих:

Вычислительные и логические возможности

- система команд

- форматы данных

- быстродействие (количество операций в секунду)

Аппаратные средства

- структура

- организация памяти

- организация ввода- вывода

- принципы управления

Программное обеспечение

- операционная система

- языки программирования

- прикладное программное обеспечение

Нейман предложил структуру компьютера и дал определение ее основным компонентам:

-Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет арифметические и логические операции.

-Устройство управления (УУ) организует процесс выполнения программ.

- Запоминающее устройство (ЗУ) предназначено для хранения программ и данных.

- Внешнее устройство (ВУ) предназначено для ввода-вывода информации.

2. Определите основные различия между сегментной, страничной и сегментно-страничной организацией памяти компьютера.

Сегментная организация виртуальной памяти.

Виртуальное адресное пространство делится на сегменты. Размер сегментов определяется с учетом смыслового значения содержащейся в нем информации. Например, отдельный сегмент может представлять собой отдельную подпрограмму (функцию), массив данных, набор переменных. При загрузке процесса часть сегментов помещается в реальной памяти, а часть размещается на диске. Сегменты одной программы могут занимать в реальной памяти несмежные участки. Виртуальный адрес представлен парой S и D; S – номер сегмента, D – смещение от начала сегмента. Физический адрес получается путем сложения начального физического адреса, найденного в таблице дескрипторов и смещения от начала сегмента.

Классы сегментов.

Сегменты бывают: кода, данных и стека. Сегмент кода хранит инструкции выполняемой программы. Сегмент данных хранит данные выполняемой программы. Сегмент стека используется для временного хранения данных при вызове подпрограмм и выполнении прерывания.

Регистр процессоров архитектуры IA-32 (Intel Architect).Содержит специальные регистры для хранения начальных адресов сегментов (CS – регистр сегмента кода, DS - регистр сегмента данных, SS – регистр сегмента стека). Имеются также дополнительные сегменты: ES, FS, GS – группа регистров для дополнительных сегментов. Смещение внутри сегмента кода задает программный счетчик. Операционная система одновременно поддерживает несколько таблиц дескрипторов данных равных количеству загруженных в настоящий момент программ. Переключение между процессорами осуществляется через регистр LDTR (Local Descript Table Register), который содержит адрес дескрипторной таблицы текущего выполняемого процесса.

Типы сегментов.

Все сегменты делятся на 3 типа:

1. Закрепленные – сегмент не может быть перемещен по физической памяти.

2. Перемещаемые - сегмент может быть перемещен по физической памяти, если в ОС не хватает непрерывного адресного пространства для загрузки других приложений. Большинство сегментов перемещаемые.

3. Снимаемые – при нехватке реальной памяти ОС может занять память, ранее отводимую под данный сегмент, для загрузки других процессов, при этом сегмент перемещается на диск. Снимаемыми могут быть только перемещаемые сегменты. Если для продолжения выполнения процесса нет необходимого сегмента, то происходит: его поиск во внешней памяти, нахождение для него подходящего места в реальной памяти, если необходимо, то перемещение или выгрузка на диск ранее загруженных сегментов, загрузка нового сегмента.

Выгружается на диск сегмент, в который в последнее время было меньше всего обращений. Если снимаемый сегмент был модифицирован, он записывается на диск, если нет – он сразу объявляется свободным.

Достоинства этого способа: Сегменты – осмысленные части программы, поэтому возможна дифференциация способов доступа к различным сегментам. Например, кодовый сегмент – только чтение, сегмент данных – чтение или запись.

Недостатки этого способа: Сегменты – большие участки программы, поэтому возможна фрагментация на уровне сегмента

Организация страничной виртуальной памяти.

Виртуальное адресное пространство каждого процесса делится на фиксированные одинакового размера части, называемые виртуальными страницами. Для Windows размер виртуальной страницы 4 Кбайта. Реальная и дисковая память также делится на части такого же размера, которые называются физическими страницами. При загрузке процесса часть его виртуальных страниц помещается в реальную память, а остальные на диск. Смежные виртуальные страницы не обязательно располагаются в смежных физических страницах. ОС для каждого процесса создает таблицу страниц, в которой устанавливается соответствие между номерами виртуальных и физических страниц, а также указывается другая управляющая информация: признак модификации, признак выгруженности (находится ли страница на диске) и т.д. Виртуальный адрес может быть представлен в виде пары P, I (P - № виртуальной страницы, I – смещение внутри виртуальной страницы). Таблица страниц используется для определения по № виртуальной страницы – физической страницы. Адрес в реальной памяти получается путем выполнения операции присоединения № физической страницы и смещения внутри страницы. При каждом обращении к памяти из таблицы страниц происходит определение физической страницы. Если данная страница находится в реальной памяти, то происходит преобразование виртуального адреса в физический. Если же страница находится на диске, то ОС находит страницу на диске и пытается загрузить ее в память. Если в памяти есть свободная физическая страница, требуемая страница загружается немедленно, если нет – одна из ранее загруженных страниц выгружается на диск, а на ее место загружается новая страница. Достоинства этого способа: Минимально возможная фрагментация. Более высокая скорость преобразования виртуального адреса в физический, т.к. операция присоединения выполняется быстрее, чем операция сложения. Недостатки этого способа:

Т.к. размер страниц маленький, размер таблиц страниц становится очень большим. 4 Мбайта при максимально возможной загрузке отводится на содержание таблиц

Сегментно-страничная организация виртуальной памяти.

Виртуальное адресное пространство процессора делится на сегменты, а каждый сегмент, в свою очередь, делится на виртуальные страницы. Оперативная память делится на физические страницы. Загрузка процесса выполняется постранично, причем, часть страниц размещается в оперативной памяти, а часть на диске. Для каждого процесса создаются 2 таблицы: таблица сегментов текущей задачи и таблица страниц данного сегмента.

В данном случае происходит двухступенчатое формирование физического адреса. На первом этапе из таблицы сегментов определяется № записи в таблице страниц, соответствующий № виртуальной страницы. На втором этапе из таблицы страниц определяется № физической страницы и с использованием операции присоединения находится адрес в физической памяти. Достоинства этого способа: Неактивно используемые сегменты могут быть целиком вытеснены на диск. Недостатки этого способа: Двухступенчатое формирование адреса замедляет обращение к памяти