Иерархия памяти

Современные вычислительные машины содержат несколько видов памяти:

• основную (первичную, оперативную).

• внешнюю (вторичную, массовую).

• кэш-память.

В основной памяти должны размещаться команды и данные, к которым будет обращаться работающая программа.

Внешняя память — это магнитные ленты, диски, карты и другие носители, предназначенные для хранения информации, которая со временем будет записана в основную память.

Кэш-память — это буферная память очень высокого быстродействия, предназначенная для повышения скорости выполнения работающих программ; для программ пользователя эта память, как правило, «прозрачна».

Все эти виды памяти создают единую иерархию памяти; переход по уровням этой иерархии от кэш-памяти к основной и затем к внешней памяти сопровождается уменьшением стоимости и скорости и увеличением емкости памяти.

Система управления вводом/выводом. Спулинг. (10-1) Система управления вводом/выводом

Одна из важнейших функций ядра ОС состоит в управлении устройствами ввода/вывода компьютера.

Ядро ОС должно давать этим устройствам команды, перехватывать прерывания, обрабатывать ошибки и обеспечивать интерфейс с остальной частью ОС.

Устройства ввода/вывода делятся на:

1. Блочные устройства – хранят информацию в виде адресуемых блоков фиксированного размера. Обычно размеры блока меняются в пределах от одного сектора диска (512 байт) до одного цилиндра диска (32768 байт). Важное свойство блочного устройства – каждый блок может быть прочитан независимо от остальных блоков.

2. Байтовые устройства – принимают или предоставляют поток байтов или символов без какой-либо структуры. Не являются адресуемыми.

Программа пользователя, как правило, общается с абстрактными устройствами; зависимую от устройства часть поддерживает ОС. Т.е. драйверы устройств входят в ядро.

Устройства ввода/вывода состоят из механической и электронной частей. Механическая компонента находиться в самом устройстве, а электронная (контроллер устройства) принимает форму печатной платы, которая сопряжена с системной шиной или вставляется в слот расширения объединенной платы.

Работа контроллера состоит в последовательном преобразовании потока битов в байтовую последовательность и в выполнении коррекции ошибок. У каждого контроллера есть несколько регистров (или портов), с помощью которых к нему может обращаться ЦП. У некоторых компьютеров (Motorola) такие регистры являются частью единого адресного пространства (ОП). У других (IBM PC) для этого отводится специальное адресное пространство, в котором выделяются адреса для каждого устройства.

В дополнение к регистрам ввода/вывода часто используются прерывания, при помощи которых контроллер может сообщить ЦП, что его регистры готовы для записи или чтения информации.

Прерывание является электрическим сигналом. Линия запроса аппаратного прерывания (IRQ – Interrupt Request Line) является одним из входов контроллера. Каждая из линий IRQ связывается с вектором прерываний, который указывает на программу обработки прерываний.

ОС обменивается с устройством ввода/вывода информацией, записывая команды в регистры контроллера. Передав команду контроллеру, процессор инициирует прерывание, чтобы привлечь внимание ОС для проверки результата.