47. Схема выполнения запросов с системах с кэш-памятью.

Блок-схема выполнения запроса в системах с кэш-памятью

Из схемы видно, что когда выполняется запись, кэш просматривается только с целью согласования содержимого кэша и основной памяти. Если происходит промах, то запросы на запись не вызывают никаких изменений содержимого кэша. В некоторых же реализациях кэш-памяти при отсутствии данных в кэше они копируются туда из основной памяти независимо от того, выполняется запрос на чтение или на запись.

В соответствии с описанной логикой работы кэш-памяти следует, что при возникновении запроса сначала просматривается кэш, а затем, если произошел промах, выполняется обращение к основной памяти. Однако часто реализуется и другая схема работы кэша: поиск в кэше и в основной памяти начинается одновременно, а затем, в зависимости от результата просмотра кэша, операция в основной памяти либо продолжается, либо прерывается

48. Структурная схема микропроцессора Intel. Основные функциональные регистры и их назначение: 32-разрядные микропроцессоры на одном кристалле содержат:

1. центральный процессор

2. блок процессора с плавающей точкой

3. устройство управления

4. диспетчер памяти

5. блок предвыборки команд и данных

6. интерфейс магистрали

Центральный процессор включает:

5. АЛУ (арифметико-логическое устройство),

6. 8 32-разрядных регистров общего назначения,

7. многоразрядный сдвигатель, использующийся при арифметических и циклических сдвигах, при умножении и делении.

Блок процессора с плавающей точкой (математический сопроцессор), имея собственные регистры, работает параллельно с центральным процессором, обеспечивая обработку данных с плавающей точкой.

Устройство управления включает дешифратор команд и блок микропрограммного управления.

Диспетчер памяти состоит из блока сегментации и блока страничной адресации. Эти блоки отвечают за сегментное и сегментно-страничное преобразования адресов. Диспетчер памяти обеспечивает 2 режима адресов:

1) реальный режим (режим реальных адресов).

Этот режим унаследован от процессора i8086, в котором адресовался только 1 Мб памяти.

2) защищенный режим (режим виртуальных адресов)

Каждая из задач в защитном режиме изолирована и защищена от других задач. Блок предвыборки команды и данных включает устройство предвыборки команд длиной 32 байта.

В реальном режиме работы микропроцессора может выполняться только 1 задача, в защищенном – несколько. Каждая задача в защищенном режиме изолирована и защищена от других задач.

Блок предвыборки команд и данных включает в себя устройство предвыборки команд и внутреннюю кэш-память. Устройство предвыборки заполняет очередь команд длиной 32 байта. Формат команд определяет, откуда берутся данные и куда помещается результат:

1. RR (регистр – регистр)

8 разрядов	4 разряда	4 разряда
Код операции	Код регистра	Код регистра

2. RS (регистр – оперативная память)

8 разрядов	4 разряда	12 разрядов
Код операции	Код регистра	база	смещение

1. RI – косвенная адресация

2. SS (оперативная память – оперативная память)

8 разрядов	12 разрядов		12 разрядов
Код операции	база	смещение	база	смещение

Внутренняя кэш-память этого блока позволяет повысить производительность процессора за счет буферизации в ней часто встречающихся команд и данных.

Интерфейс магистрали – представляет собой общую шину через которую центральный процессор заимствует с памятью, контролерами ввода-вывода и другими активными устройствами.

Все регистры делятся на 4 группы:

1. основные функциональные регистры. В эту группу входят регистры общего назначения, указатель команд, регистры сегментов и регистр флагов.

Регистры общего назначения: EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EPI, EBP, ESP.

4 первых используются для временного хранения основных команд микропроцессора. Остальные 4 предназначены для задания смещения адреса относительно начала некоторого сегмента данных.

Указатель команд EIP (32-разрядный). Младшие 16 разрядов IP – адрес компьютера внутри сети. Указывает на ту команду, которую компьютер выполняет на данный момент.

Регистры сегментов (селекторные): CS, SS, DS,ES, FS, GS.

Эти регистры используются для хранения указателей на строки в таблице сегментов, хранящих описание сегмента команд (CS), сегмента стека (SS), сегментов данных (DS – GS).

Регистр флагов EFLAGS (32-разрядный). Хранит информацию о том, что в текущий момент может делать центральный процессор

2. регистры обработки чисел с плавающей точкой.

3. системные регистры. В группу включается 4 регистра управления и 3 регистра системных адресов.

4. регистры отладки и тестирования. Эти регистры не доступны пользовательским программам и операционной систем, а используется центральным процессором при прохождении теста начальной загрузки.

Основные функциональные регистры: CS, SS, DS, ES, FS, GS эти регистры используются для хранения указателей на строки в таблице сегментов хранящих описание команд, сегмента стека и четырех сегмента данных

4 9. Организация памяти в MS-DOS. Виды памяти. Варианты использования различных видов памяти: Структура памяти в MS-DOS:

Память, которую могут непосредственно использовать DOS–программы, состоит из двух частей:

1. обычная память (conventional memory), занимающая первые 640 Кбайт основной памяти;

2. верхняя память (upper memory), занимающая адреса основной памяти от 640 Кбайт до 1 Мбайта.

Обычная память может использоваться любой прикладной программой и операционной системой. Как правило, младшие адреса обычной памяти занимают ядро MS-DOS, драйверы, резидентные программы, система прерывания. Оставшуюся часть обычной памяти могут использовать программы пользователя.

Верхняя память отводится для служебных целей. В ней размещаются:

• массивы для хранения BIOS – программ, обеспечивающих тестирование компьютера, начальную загрузку операционной системы, выполнение основных низкоуровневых услуг ввода-вывода и т.п.;

• видеопамять для хранения информации, выводимой на экран;

• массивы для хранения различных расширений BIOS, которые поставляются вместе с некоторыми контроллерами (видеоконтроллером, контроллером дисков и т.д.).

По мере развития программного обеспечения компьютеров, была разработана новая элементная база. Количество адресуемой памяти увеличилось до 16, а затем и до 32 Mb. Память свыше первого мегабайта называется расширенной. Однако, чтобы получить к ней доступ, процессор должен работать в защищенном режиме.

Начальный участок расширенной памяти от 1024 до 1088 килобайт называется областью старшей памяти (High Memory Area - HMA). Эти первые 64 килобайта расширенной памяти операционная система MS-DOS начиная с версии 5.0 может использовать для размещения части своего ядра, области данных и буферов. При этом процессор остается в реальном режиме.

Но MS DOS «не умеет» работать в защищенном режиме, поэтому остальная расширенная память ей недоступна. Для исправления этого недостатка был разработаны стандарт по работе с расширенной памятью и реализующие его драйверы (himem.sys), которые предоставили широкие возможности для использования расширенной памяти DOS- программами.

Для обработки данных, расположенных в расширенной памяти, необходимо сначала переместить их в обычную или верхнюю память MS DOS, там выполнить обработку и затем с помощью запроса к специальному драйверу поместить их обратно.

Более эффективное решение состоит в другом. Если сама программа выполняется в защищенном режиме процессора, то расширенная память доступна ей непосредственно. При этом код программы и обрабатываемые данные могут располагаться в любом месте доступной расширенной памяти. Поэтому многими фирмами были созданы специальные системные программы – расширители DOS (DOS–extenders), позволяющие вызывать функции DOS из защищенного режима работы процессора. Во многих программах, требующих эффективной работы с большими объемами данных (компьютеры, базы данных и т.п.) применяются расширители DOS. Примером может служить операционная оболочка Windows/386 2.0, включающая в себя внутренний расширитель DOS.

50. Защита памяти в ЭВМ: Существуют 3 основных способа защиты процессов в оперативной памяти:

• по граничным адресам,

• по ключам защиты,

• по битам управления.

50. Способы защиты оперативной памяти. Защита по граничным адресам: Существуют 3 основных способа защиты процессов в оперативной памяти:

• по граничным адресам,

• по ключам защиты,

• по битам управления.

Способ защиты по граничным адресам.

Пусть 2 процесса описаны адресами начала и конца сегмента – А_нач, А_кон.

Этот способ был распространен при сегментной организации памяти.