- •Введение
- •Общие сведения Технико-эксплуатационные характеристики эвм
- •История развития эвм
- •Классификация эвм
- •Классификация эвм по назначению
- •Классификация эвм по функциональным возможностям иразмерам
- •Функциональная и структурная организация эвм
- •Связь между функциональной и структурной организацией эвм
- •Обобщенная структура эвм и пути её развития
- •Обрабатывающая подсистема
- •Подсистема памяти
- •Подсистема ввода-вывода
- •Подсистема управления и обслуживания
- •Архитектуры эвм
- •Sisd-компьютеры
- •Компьютеры с cisc архитектурой
- •Компьютеры с risc архитектурой
- •Компьютеры с суперскалярной обработкой
- •Simd-компьютеры
- •Матричная архитектура
- •Векторно-конвейерная архитектура
- •Ммх технология
- •Misd компьютеры
- •Mimd компьютеры
- •Многопроцессорные вычислительные системы
- •Многопроцессорные вычислительные системы с общей шиной.
- •Многопроцессорные вычислительные системы с многовходовыми модулями оп.
- •Многомашинные вычислительные системы (ммвс)
- •Многомашинные комплексы
- •Ммр архитектура
- •Структура и форматы команд эвм
- •Форматы команд эвм
- •Способы адресации
- •Классификация способов адресации по наличию адресной информации в команде
- •Классификация способов адресации по кратности обращения в память
- •Классификация по способу формирования исполнительных адресов ячеек памяти
- •Относительная адресация
- •Стековая адресация
- •Теги и дескрипторы. Самоопределяемые данные
- •Процессоры. Центральный процессор
- •Логическая структура цп
- •Структурная схема процессора
- •Характеристики процессора
- •Регистровые структуры центрального процессора
- •Основные функциональные регистры
- •Регистры процессора обработки чисел с плавающей точкой
- •Системные регистры
- •Регистры отладки и тестирования
- •Назначение и Классификация цуу
- •Устройства управления цп
- •Цуу с жесткой логикой.
- •Цуу с микропрограммной логикой
- •Процедура выполнения команд
- •Язык микроопераций
- •Описание слов, регистров и шин
- •Описание массива данных и памяти.
- •Описание микроопераций
- •Условные микрооператоры.
- •Арифметико-логическое устройство
- •Структура алу
- •Сумматоры
- •Классификация алу
- •Методы повышения быстродействия алу
- •Память эвм
- •Организация внутренней памяти процессора.
- •Оперативная память и методы управления оп
- •Методы управления памятью без использования дискового пространства (без использования внешней памяти).
- •Распределение памяти фиксированными разделами.
- •Размещение памяти с перемещаемыми разделами.
- •Организация виртуальной памяти.
- •Страничное распределение.
- •Сегментное распределение.
- •Странично - сегментное распределение.
- •Свопинг
- •Методы повышения пропускной способности оп.
- •Выборка широким словом.
- •Расслоение сообщений.
- •Методы организации кэш-памяти
- •Типовая структура кэш-памяти
- •Способы размещения данных в кэш-памяти.
- •Прямое распределение.
- •Полностью ассоциативное распределение.
- •Частично ассоциативное распределение.
- •Распределение секторов.
- •Методы обновления строк в основной памяти
- •Системы внешней памяти
- •Общие принципы организации системы прерывания программ
- •Характеристики системы прерываний
- •Программно-управляемый приоритет прерывающих программ
- •Организация перехода к прерывающей программе
- •ПодСистема ввода/вывода Принципы организации подсистемы ввода/вывода
- •Каналы ввода-вывода
- •Интерфейсы ввода-вывода
- •Классификация интерфейсов
- •Типы и характеристики стандартных шин
- •Вычислительные системы
- •Общие положения
- •Классификация вс
- •Понятие открытой системы
- •Кластерные структуры
- •12. Библиографический список
- •Содержание
- •1. Общие сведения 5
- •2. Архитектуры эвм 22
- •3. Структура и форматы команд эвм 37
- •4. Типы данных 47
- •5. Процессоры. Центральный процессор 53
- •6. Язык микроопераций 72
- •7. Арифметико-логическое устройство 77
- •8. Память эвм 84
- •9. Общие принципы организации системы прерывания программ 118
- •10. ПодСистема ввода/вывода 125
- •11. Вычислительные системы 134
- •12. Библиографический список 140
Свопинг
Разновидностью виртуальной памяти является свопинг.
Для того, чтобы задача могла начать выполняться, она должна быть загружена в ОП, объем которой ограничен.
На рис. 8.14 показан график зависимости коэффициента загрузки процессора в зависимости от числа одновременно выполняемых процессов и доли времени, проводимого этими процессами в состоянии ожидания ввода-вывода.
Рис 8.14. Зависимость загрузки процессора от числа задач и интенсивности ввода/вывода
Экспериментально выведена зависимость загрузки процессора от числа одновременно выполняемых задач и от интенсивности вв/выв. Из рисунка видно, что для того, чтобы загрузить процессор на 90%, достаточно 3-х задач с небольшой интенсивностью ввода-вывода, а чтобы обеспечить такую же загрузку интерактивными задачами с интенсивным вводом-выводом, потребуется 10 таких задач. Объем же ОП ограничен. Чтобы увеличить уровень мультипрограммирования, и был предложен метод организации вычислительного процесса, называемый свопингом. В соответствии с этим методом некоторые процессы (задачи), обычно находящиеся в состоянии ожидания, целиком могут отгружаться (откачиваться) на диск, а на их место подгружаться другие. При этом программа-планировщик ОС не исключает их из своего рассмотрения и при наступлении условий, в которых возможно выполнять некоторую задачу, находящуюся в области свопинга на диске, эта задача перемещается в ОП. Существуют различные алгоритмы отгрузки процессов на диск и подкачивания других процессов, а также различные способы выделения оперативной и дисковой памяти загружаемому процессу.
Методы повышения пропускной способности оп.
Для чего нужно повышать пропускную способность ОП? Прежде всего, для того, чтобы за одно обращение к памяти можно было считать большее количество информации и тем самым сократить число обращений к ней. Основными методами увеличения полосы пропускания памяти являются: увеличение разрядности или «ширины» памяти, использование расслоения памяти, использование независимых банков памяти, обеспечение режима бесконфликтного обращения к банкам памяти, использование специальных режимов работы динамических микросхем памяти.
Выборка широким словом.
Прямой способ сокращения числа обращений к ОП состоит в организации. выборки широким словом. При выборке широким словом за одно обращение к ОП производится одновременное считывание (или запись) нескольких команд или слов данных из широкой ячейки. Широкое слово заносится в буферную память (кэш-память или регистр), где оно расформировывается на отдельные команды (или слова данных), которые могут (последовательно) использоваться процессором уже без дополнительных обращений к ОП.
В системах с кэш-памятью 1 уровня ширина шин данных ОП часто соответствует ширине шин данных кэш-памяти, которая во многих случаях имеет физическую ширину шин данных, соответствующую количеству разрядов в слове. Удвоение или учетверение ширины шин кэш-памяти и ОП удваивает или учетверяет соответствующую полосу пропускания системы памяти.
Реализация выборки широким словом вызывает необходимость мультиплексирования данных между кэш-памятью и процессором, поскольку основной единицей обработки данных в процессоре остается слово. Кэш-память второго уровня позволяет смягчить эту проблему, так как в этом случае мультиплексоры могут располагаться между двумя уровнями кэш-памяти, и вносимая ими задержка не столь критична. Другая проблема, связанная с увеличением разрядности памяти, заключается в необходимости определения минимального инкремента, т.е. минимального объема памяти для поэтапного ее расширения, которое часто выполняется самими пользователями во время эксплуатации вычислительной системы.
Удвоение или учетверение ширины памяти приводит к удвоению или учетверению этого минимального инкремента. Кроме того, имеются проблемы и с организацией коррекции ошибок в системах с широкой памятью.
Примером системы с организацией широкой ОП является система Alpha AXP 21064, в которой кэш 2 уровня, шина памяти и сама ОП имеют разрядность 256 бит.