- •Билет 1 Поколения компьютеров
- •1.1. Первое поколение компьютеров.
- •1.2. Второе поколение компьютеров.
- •1.3. Третье поколение – компьютеры на интегральных схемах.
- •1.4. Компьютеры четвертого поколения и далее.
- •Аппаратный уровень вычислительной системы
- •2.2. Управление физическими ресурсами
- •2.3. Управление логическими/виртуальными ресурсами.
- •Система программирования – это комплекс программ, обеспечивающий поддержание жизненного цикла программы в вычислительной системе.
- •2.5 Прикладные системы
- •Этапы развития
- •2.5.3 Основные тенденции в развитии современных прикладных систем
- •. Выводы
- •Билет №6 Основы архитектуры компьютера. Основные компоненты и характеристики. Структура и функционирование цп. Центральный процессор Структура, функции цп
- •Регистры общего назначения (рон)
- •Специальные регистры
- •Буферизация работы с операндами
- •Алгоритм для записи данных в озу
- •Буферизация выборки команд
- •Примерный алгоритм использования
- •Определение. Последовательность действий при обработке
- •3.6.1 Внешние запоминающие устройства (взу).
- •3.6.1.1 Устройство последовательного доступа
- •3.6.1.2 Устройства прямого доступа
- •3.6.2 Организация потоков данных при обмене с внешними устройствами
- •3.6.4 Организация управления внешними устройствами
- •Прерывания: организация работы внешних устройств.
- •Синхронная работа с ву
- •Асинхронная работа с ву
- •Билет 11 Иерархия памяти
- •4.4. Иерархия памяти.
- •Билет 12 Мультипрограммный режим
- •Билет 13 Организация регистровой памяти (регистровые окна, стек)
- •5.2. Модель организации регистровой памяти в Intel Itanium.
- •Билет 14 Виртуальная оперативная память Аппарат виртуальной памяти
- •Билет 15
- •Системы с распределенной памятью – mpp.
- •Системы с общей памятью – smp.
- •Системы с неоднородным доступом к памяти – numa.
- •Кластерные системы.
- •Билет 17. Терминальные комплексы. Компьютерные сети. Терминальные комплексы.
- •Многомашинные вычислительные комплексы
- •Билет 18 Базовые понятия, определения, структура
- •Системы разделения времени
- •Сетевые, распределенные ос
- •Билет 21 Семейство протоколов tcp/ip
- •Ip адрес представляется последовательностью четырех байтов. В адресе кодируется уникальный номер сети, а также номер компьютера (сетевого устройства в сети).
- •Транспортный уровень
- •Уровень прикладных программ
- •Однако жизненные циклы процессов в реальных системах могут иметь свою, системно-ориентированную совокупность этапов.
- •Типы процессов
- •Принципы организации свопинга.
- •Определение процесса. Контекст
- •Контекст процесса
- •Аппарат системных вызов в oc unix.
- •Базовые средства организации и управления процессами
- •Механизм замены тела процесса.
- •Завершение процесса.
- •Жизненный цикл процессов
- •Формирование процессов 0 и 1
- •Основные задачи планирования
- •Планирование распределения времени цп между процессами
- •8.3.1 Кванты постоянной длины.
- •8.3.2 Кванты переменной длины
- •Алгоритмы, основанные на приоритетах
- •8.4.1 Планирование по наивысшему приоритету (highest priority first - hpf).
- •8.4.2 Класс подходов, использующих линейно возрастающий приоритет.
- •8.4.3 Нелинейные функции изменения приоритета
- •8.5 Разновидности круговорота.
- •8.6 Очереди с обратной связью (feedback – fb).
- •Билет 27 Смешанные алгоритмы планирования
- •Билет 29 Планирование в системах реального времени
- •Семафоры.
- •Мониторы.
- •Дополнительная синхронизация: переменные-условия.
- •Обмен сообщениями.
- •Синхронизация.
- •Адресация.
- •Длина сообщения.
- •Билет 33 Классические задачи синхронизации процессов. «Обедающие философы»
- •Билет 34 Задача «читателей и писателей»
- •Билет 35 Задача о «спящем парикмахере»
- •Сигналы.
- •Обработка сигнала.
- •Программа “Будильник”.
- •Двухпроцессный вариант программы “Будильник”.
- •Программные каналы
- •Использование канала.
- •Реализация конвейера.
- •Совместное использование сигналов и каналов – «пинг-понг».
- •Именованные каналы (fifo)
- •Модель «клиент-сервер».
- •Билет 39 Трассировка процессов. Трассировка процессов.
- •Трассировка процессов.
- •Для билетов 40-42 общая часть Именование разделяемых объектов.
- •Генерация ключей: функция ftok().
- •Общие принципы работы с разделяемыми ресурсами.
- •Очередь сообщений.
- •Доступ к очереди сообщений.
- •Отправка сообщения.
- •Получение сообщения.
- •Управление очередью сообщений.
- •Использование очереди сообщений.
- •Очередь сообщений. Модель «клиент-сервер»
- •Билет 41 Разделяемая память
- •Создание общей памяти.
- •Доступ к разделяемой памяти.
- •Открепление разделяемой памяти.
- •Управление разделяемой памятью.
- •Общая схема работы с общей памятью в рамках одного процесса.
- •Семафоры.
- •Доступ к семафору
- •Операции над семафором
- •Управление массивом семафоров.
- •Работа с разделяемой памятью с синхронизацией семафорами.
- •1Й процесс:
- •2Й процесс:
- •Механизм сокетов.
- •Типы сокетов. Коммуникационный домен.
- •Создание и конфигурирование сокета. Создание сокета.
- •Связывание.
- •Предварительное установление соединения. Сокеты с установлением соединения. Запрос на соединение.
- •Сервер: прослушивание сокета и подтверждение соединения.
- •Прием и передача данных.
- •Завершение работы с сокетом.
- •Резюме: общая схема работы с сокетами.
- •Билет 44
- •Структурная организация файлов
- •Атрибуты файла
- •Типовые программные интерфейсы работы с файлами
- •Индексные узлы (дескрипторы)
- •Модели организации каталогов
- •Варианты соответствия: имя файла – содержимое файла
- •Организация фс Unix
- •Логическая структура каталогов
- •Билет 50. Модель версии System V Структура фс
- •Работа с массивами номеров свободных блоков
- •Работа с массивом свободных ид
- •Индексные дескрипторы
- •Адресация блоков файла
- •Файл каталог
- •Установление связей
- •Недостатки фс модели версии System V
- •Билет 51. Модель версии ffs bsd
- •Стратегии размещения
- •Внутренняя организация блоков
- •Структура каталога ffs
- •Архитектура.
- •Программное управление внешними устройствами
- •Буферизация обмена
- •Планирование дисковых обменов
- •Билет 54 .Raid системы.
- •Файлы устройств, драйверы
- •Буферизация при блок-ориентированном обмене
- •Билет 57. Управление оперативной памятью
- •Двухуровневая организация
Билет 13 Организация регистровой памяти (регистровые окна, стек)
Регистровые окна. Компьютер поддерживает аппарат виртуальных регистров. Команды программы могут оперировать с регистрами общего назначения.
Одно из решений – регистровые окна. В компьютере есть фиксированный набор физических регистров с номерами 0, …, к-1. В программе доступна нумерация виртуальных регистров 0, …,k-1, где l<к.
Аппарат позволяет привязать регистровые окна к множеству физических регистров. Окна перемещаются дискретно. Окно состоит из трех частей: входные, выходные регистры; локальные (внутренние) регистры. Аппаратура обеспечивает существование фиксированного количества окон. Окна расположены циклическим образом. Этот аппарат позволяет активизировать вложенные программы.
В каждый момент времени программа может использовать множество регистров общего назначения. Каждое регистровое окно состоит из трех частей: двух номеров регистров для приема и передачи информации. Средняя часть – для локализации подпрограммы.
Обращение к подпрограмме: параметры, которые должны быть переданы, размещаются в третьей части окна. Осуществляется смена указателя на текущее окно.
Микропроцессоры SPARK используют такую архитектуру.
Два регистра: указатель текущего окна и указатель сохраненного окна. Возникает необходимость сохранения регистровых окон в память. Регистр SWP указывает на сохраненное окно.
Схема работы:
При обращении к функции: программно увеличиваем указатель на текущее окно на 1 по модулю N. Проверяется содержимое этого указателя и указателя на сохраненное окно. Если они совпадают, то происходит прерывание. Если же совпадения нет, то мы работаем с новым окном.
При выходе из функции: уменьшаем указатель текущего окна, сравниваем с указателем сохраненного окна.
5.2. Модель организации регистровой памяти в Intel Itanium.
Эта модель более совершенная. Регистры, доступные для программы, представляют собой множество из 128 регистров. Первые 32 из них – статические регистры (общие для всех случаев, они никак не меняются). После статических регистров располагаются динамические регистры, которые располагаются с 32 регистра до 127 (всего 96 регистров). Есть возможность при обращении к подпрограммам изменять регистровые окна.
Отличие от предыдущей модели: размер окна при переключении окон может варьироваться от 96 до 1 регистра.
Билет 14 Виртуальная оперативная память Аппарат виртуальной памяти
Рассмотрим некоторые проблемы организации адресации в программах/процессах и связанные с ними проблемы использования ОЗУ в целом.
В общем случае схема получения исполняемого кода программы следующая:
Данная схема достаточно очевидна, так как она связана с привычным для нас процессами трансляции. Остановимся подробней на исполняемом модуле. Данный модуль представляет собой готовую к выполнению программу в машинных кодах. При этом внутри программы к моменту образования исполняемого модуля используется модель организации адресного пространства программы (эта модель, в общем случае не связана с теми ресурсами ОЗУ, которые предполагается использовать позднее). Для простоты будем считать, что данная модель представляет собой непрерывный фрагмент адресного пространства в пределах которого размещены данные и команды программы. Будем называть подобную организацию адресации в программе программной адресацией или логической/виртуальной адресацией.
Итак, повторяем, на уровне исполняемого кода имеется программа в машинных кодах, использующая адреса данных и команд. Эти адреса в общем случае не являются адресами конкретных физических ячеек памяти, в которых размещены эти данные, более того, в последствии мы увидим, что виртуальным (или программным) адресам могут ставиться в соответствие произвольные физические адреса памяти. То есть при реальном исполнении программы далеко не всегда виртуальная адресация, используемая в программе совпадает с физической адресацией, используемой ЦП при выполнении данной программы.
Элементарное программно-аппаратное решение – использование возможности базирования адресов. Суть его состоит в следующем: пусть имеется исполняемый программный модуль. Виртуальное адресное пространство этого модуля лежит в диапазоне [0, Aкон]. В ЭВМ выделяется специальный регистр базирования Rбаз., который содержит физический адрес начала области памяти, в которой будет размещен код данного исполняемого модуля. При этом исполняемые адреса, используемые в модуле будут автоматически преобразовываться в адреса физического размещения данных путем их сложения с регистром Rбаз.. Таким образом код используемого модуля может перемещаться по пространству физического ОЗУ. Эта схема является элементарным решением организации простейшего аппарата виртуальной памяти. То есть аппарата, позволяющего автоматически преобразовывать виртуальные адреса программы в адреса физической памяти.
Рассмотрим более сложные механизмы организации виртуальной памяти.
Пусть имеется вычислительная система, функционирующая в мультипрограммном режиме. То есть одновременно в системе обрабатываются несколько программ/процессов. Один из них занимает ресурсы ЦП. Другие ждут завершения операций обмена, третьи – готовы к исполнению и ожидают предоставления ресурсов ЦП. При этом происходит завершение выполнявшихся процессов и ввод новых, это приводит к возникновению проблемы фрагментации ОЗУ. Суть ее следующая. При размещении новых программ/процессов в ОЗУ ЭВМ (для их мультипрограммной обработки) образуются свободные фрагменты ОЗУ между программами/процессами. Суммарный объем свободных фрагментов может быть достаточно большим, но, в то же время, размер самого большого свободного фрагмента недостаточно для размещения в нем новой программы/процесса. В этой ситуации возможна деградация системы – в системе имеются незанятые ресурсы ОЗУ, но они не могут быть использованы. Путь решения этой проблемы – использование более развитых механизмов организации ОЗУ и виртуальной памяти, позволяющие отображать виртуальное адресное пространство программы/процесса не в одну непрерывную область физической памяти, а в некоторую совокупность областей.
Организация страничной памяти
Страничная организация памяти предполагает разделение всего пространства ОЗУ на блоки одинакового размера – страницы. Обычно размер страницы равен 2k. В этом случае адрес, используемый в данной ЭВМ, будет иметь следующую структуру: