153. Совмещение операций и многопрограммная работа. Режим работы в реальном времени

Функционирование вычислителя можно представить различными временными отрезками, основными из которых являются счет и ввод-вывод. После загрузки вычислителя процессор переводится в режим счета, а закончив его в режим ввода-вывода. Вместе с тем в процессе работы необходимо ввести информацию и по истечению процедуры ввода процессор вновь переводится в режим счета. Однопрограммный режим работы предусматривает последовательное выполнение каждого состояния, поэтому процессор в режиме ввода-вывода простаивает, ожидая окончания процедуры. Для индивидуального пользователя такой режим нормальный. Вместе с тем производительность системы в целом (число операций деленное на время) невысока. Оценка работы машины по этому параметру мала. Режим работы применяют в несложных вычислителях (микроЭВМ). Для повышения эффективности используют мультипрограммный режим работы. Целью является снижение времени, когда простаивает процессор. В этом режиме система одновременно может выполнять операции ввода-вывода, т.е. на временной диаграмме это можно представить следующим образом.

П ри мультипрограммном режиме после выполнения счета первой задачи процессор настраивается на счет второй задачи. Ресурсы и информация первой поступают на ввод-вывод. Каждый счет выполняется процессором в свободное окно. Такая загрузка процессора более равномерна и с ростом числа задач возрастает. Коэффициент мультипрограммирования — число задач одновременно стоящих на счет. Время пребывания задачи U на счете и производительность  определяется примерно кривой. На практике оптимальное число 3-7. Особенность режима мультипрограммирования — в необходимости дополнительных программных средств обеспечивающих распределение ресурсов, загрузку программ и анализ занятости процессора, устройств ввода-вывода. Поскольку в памяти одновременно загружены несколько программ возникает задача определения приоритетов — какую задачу поставить на счет.

Режим мультипрограммирования применяют не только для нескольких задач, но и для одной большой задачи, если возможно выполнение ее по частям, т.е. несколько подпрограмм одной задачи могут выполняться параллельно. Особенностью мультипрограммных режимов считается то, что задание разбивается на составляющие части — пункты или шаги задания. Каждый пункт задания может в результате работы вызывать другую программу. В этом режиме могут создаваться подзадачи, т.е. в целом режим мультипрограммирования предусматривает деление задания на составляющие, с которыми процессор работает как с самостоятельными задачами. Память разбивается на системную область где храниться ядро операционной системы и основные программы и динамическую область в которой располагаются сведения о всех заданиях. Приоритет — в сторону увеличения адресов, т.е. программа находящаяся в динамической памяти с большим адресом имеет больший приоритет.

Использование пакетного режима

Использование пакетного режима — одна из форм организации вычислений, суть которой в том, что в память ЭВМ загружаются несколько заданий сразу, но выполняется каждое задание последовательно (однопрограммный режим). Выигрыш в том, что сразу после счета первой задачи начинается выполнение второй. Такие процедуры как загрузка второго задания, распределение памяти уже не выполняются. После того как первое задание закончено, по стеку задачи опускаются, и на свободное место ставится новая задача и так последовательно. Цель пакетного режима та же, повысить производительность системы за счет более полной загрузки процессора. Структуру такого режима можно представить в следующем виде.

С учетом мультипрограммного режима в пакетном режиме число одновременно находящихся в памяти задач также конечно. Рост числа задач требует увеличения памяти, поэтому с учетом стоимостных характеристик величина Мопт снижается до 4-5 задач. При рассмотрении обоих режимов следует учитывать, что выполнение процессором второго задания после первого требует небольшого времени на перезагрузку управляющих программ.

Режим реального времени применяют в вычислительных системах, работающих с физическими сигналами — информационно-контролирующими, управляющими, обрабатывающими программами. Понятие это условно, поскольку время изменяется. Условие реального времени tобр.<tпер.след.вх.сигн. В этом режиме в первую очередь требуется быстрое измерение сигнала и занесение его в память, поэтому время начала работы процессора определяется временем поступления входного сигнала. Программа запускается по какому-то внешнему событию (чаще прерыванию).