35) Классификация прерываний.
Прерывания, возникающие при работе вычислительной системы, можно разделить на 2 большие группы: 1)внешние (асинхронные); 2)внутренние (синхронные). Внешние прерывания вызываются асинхронными событиями, которые происходят вне прерываемого процесса, например: 1)прерывания от таймера; 2)прерывания от внешних устройств; 3)прерывания по нарушению питания; 4)прерывания от пульта оператора. Внутренние прерывания, называемые также исключениями, происходят синхронно выполнению программы при появлении аварийной ситуации в ходе выполнения некоторой инструкции программы, например: 1)деление на 0; 2)ошибки защиты памяти; 3)обращения по несуществующему адресу; 4)попытка выполнить привилегированную инструкцию в пользовательском режиме. Существуют также программные прерывания, которые возникают при выполнении особой команды процессора. Данный механизм был специально введен для того, чтобы переключение на системные программные модули происходило не просто как переход в подпрограмму, а точно таким же образом, как и обычное прерывание. Этим обеспечивается автоматическое переключение процессора в привилегированный режим с возможностью исполнения любых команд. Прерываниям приписывается приоритет, с помощью которого они ранжируются по степени важности и срочности.
Рис: распределение прерываний по уровням приоритета
Внешние
устройства
О прерываниях, имеющих одинаковое значение приоритета, говорят, что они относятся к одному уровню приоритета прерываний.
36)Кэширование данных. Кэш – память. Принцип действия кэш – памяти.
Кэш-память, или просто кэш (cache), - это способ совместного функционирования 2-х типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который за счет динамического копирования в «быстрое» ЗУ наиболее часто используемой информации из «медленного» ЗУ позволяет, с одной стороны, уменьшить среднее время доступа к данным, а с другой стороны, экономить более дорогую быстродействующую память.
Неотъемлемым свойством кэш-памяти является ее прозрачность для программ и пользователей. Система не требует никакой внешней информации об интенсивности использования данных. Пользователи и программы не принимают участия в перемещении данных из ЗУ одного типа в ЗУ другого типа, все это делается автоматически системными средствами.
Кэш-памятью, или кэшем, также часто называют одно из устройств – «быстрое» ЗУ.
Кэширование – это универсальный метод, пригодный для ускорения доступа к ОП, к диску и к другим видам ЗУ. Если кэширование применяется для уменьшения среднего времени доступа к ОП, то в качестве кэша используют быстродействующую статическую память. Если кэширование используется системой ввода - вывода для ускорения доступа к данным, хранящимся на диске, то в этом случае роль кэш памяти выполняют буферы в ОП, в которые оседают наиболее активные данные. Вирт память – также один из вариантов кэширования, при котором ОП выступает в роли кэша по отношению к внешней памяти - ЖД. В этом случае кэширование используется для того, чтобы заставить диск частично подменить ОП за счет перемещения временно неиспользуемого кода и данных на диск с целью освобождения места для активных процессов. В результате наиболее интенсивно используемые данные «оседают» в ОП, оставшаяся информация хранится в более объемной и менее дорогостоящей внешней памяти.
Содержимое кэш-памяти представ собой совокупность записей обо всех загруженных в нее элементах данных из ОП. Каждая запись об элементе данных включает в себя:
значение элемента данных;
адрес, который этот элемент данных имеет в ОП;
дополнительная информация, которая используется для реализации алгоритма замещения данных в кэше и обычно включает признак модификации и признак действительных данных.
При каждом обращении к ОП по физическому адресу просматривается содержимое кэш-памяти с целью определения, не находятся ли там нужные данные. Кэш-память не является адресуемой, поэтому поиск нужных данных осуществляется по содержимому - по взятому из запроса значению поля адреса в ОП. Далее возможен один из двух вариантов развития событий:
если данные обнаруживаются в кэш-памяти, т. е. произошло кэш-попадание (cache-hit), они считываются из нее и результат передается источнику запроса;
если нужные данные отсутствуют в кэш-памяти, т. е. произошел кэш-промах (cache-miss), они считываются из ОП, передаются источнику запроса и одновременно с этим копируются в кэш-память.
Эффективность кэширования зависит от вероятности попадания в кэш. Зависимость среднего времени доступа к основной памяти от вероятности кэш-попадания.
T=t1(1-p)+t2*p=(t2-t1)p+t1, где:
T1 – среднее время доступа к данным ОЗУ;
t2 – время доступа кэш-памяти;
t – среднее время доступа к данным в системе с кэш-памятью;
p – вероятность кэш-попадания.
Вероятность обнаружения данных в кэше зависит от объема кэша, объема кэшируемой памяти, алгоритма замещения данных в кэше, особенностей выполняемой программы, времени ее работы, уровня мультипрограммирования и других особенностей вычислительного процесса. В большинстве реализаций кэш-памяти % кэш-попаданий около 90%. Высокое значение вероятности нахождения данных объясняется наличием у данных объективных свойств:
временная локальность. Если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение по этому же адресу с большой вероятностью произойдет в ближайшее время (основываясь на этом свойстве, только что считанные из основной памяти данные размещают в ЗУ быстрого доступа, предполагая, что скоро они опять понадобятся).
Пространственная локальность. Если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятность в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам (в кэш-память считывается не один информационный элемент, к которому произошло обращение, а целый блок данных, расположенных в основной памяти в непосредственной близости с данным элементом).
