Билет 11 Иерархия памяти

4.4. Иерархия памяти.

1. В центральном процессоре наиболее быстрые и наиболее дорогостоящие – регистры общего назначения и кэш-буфер.

2. Оперативное запоминающее устройство: кэш-устройства (вне центрального процессора – между оперативной памятью и центральным процессором).

3. Внешние устройства – для организации оперативного доступа к данным.

4. Устройства прямого доступа без кэш-буферизации.

5. Устройства для долговременного массового хранения данных.

Билет 12 Мультипрограммный режим

Итак, выше мы выяснили, что, несмотря на возможность асинхронной работы с ВУ, имеют место периоды ожидания программой завершения обмена. Если система обрабатывает единственную программу, то в это время ЦП не производит никакой полезной работы, то есть простаивает (на самом деле термин простой достаточно условный, так как при этом работает операционная система).

Решением проблемы простоя ЦП в этом случае является использование ВС в мультипрограммном режиме, в режиме при котором возможна организация переключения выполнения с одной программы на другую

На рисунке изображена подобная мультипрограммная система, обрабатывающая одновременно 4 программы (процесса). t₁ – момент времени в который программа₁ будет остановлена для ожидания завершения обмена (до момента времени t₄). В момент времени t₁ система запускает выполнение программы₂, которая выполняется до момента времени t₂. С t₂ программа₂ также начинает ждать завершения своего обмена и т.д.

Для корректной организации мультипрограммной обработки необходима аппаратная поддержка ЭВМ. Как минимум аппаратура ЭВМ должна поддерживать следующие функции.

1. Аппарат защиты памяти. Аппаратная возможность ассоциирования некоторых областей ОЗУ с одним из выполняющихся процессов/программ. Настройка аппарата защиты памяти происходит аппаратно, то есть назначение программе/процессу области памяти происходит программно (т.е., в общем случае операционная система устанавливает соответствующую информацию в специальных регистрах), а контроль за доступом – автоматически. При этом при попытке другим процессом/программой обратиться к этим областям ОЗУ происходит прерывание “Защита памяти”

2. Наличие специального режима операционной системы (привилегированный режимом или режим супервизора) ЦП. Суть заключается в следующем: все множество машинных команд разбивается на 2 группы. Первая группа – команды, которые могут исполняться всегда (пользовательские команды). Вторая группа – команды, которые могут исполняться только в том случае, если ЦП работает в режиме ОС. Если ЦП работает в режиме пользователя, то попытка выполнения специализированной команды вызовет прерывание – "Запрещенная команда”. Какова необходимость наличия такого режима выполнения команд? Простой пример – управление аппаратом защиты памяти. Для корректного функционирования этого аппарата необходимо обеспечить централизованный доступ к командам настройки аппарата защиты памяти. То есть эта возможность должна быть доступна не всем программам.

3. Необходимо наличие аппарата прерываний. Как минимум в машине должно быть прерывание по таймеру, что позволит избежать “зависания“ всей системы при зацикливании одной из программ.