 |
Модель организации прерываний с использованием «вектора прерываний»
|
|
|
|
Лекция 3.Внешние запоминающие устройства.
Система построена из разнообразных элементов, поэтому для того, чтобы она правильно функционировала, применяются специальные средства, сглаживающие дисбаланс (историческое решение – регистры общего назначения), достигается минимум реальной частоты обращения к памяти - расслоение памяти (это параллельность передачи данных и передача управления). Считывание в память фрагментов данных – организация ассоциативной памяти – КЭШа – сверхоперативной памяти, которая аккумулирует наиболее частые команды и минимизирует обращения к оперативной памяти. Также широко используется аппарат прерываний- средство, аппаратно-ориентированное на своевременную обработку поступающей информации, осуществляющее реакцию на ошибки.
Система внешних запоминающих устройств (ВЗУ) компьютера очень широка, она включает в себя типовой набор внешних устройств. Традиционно это:
внешние запоминающие устройства, предназначенные для организации хранения данных и программ;
устр-ва ввода и отображения, предназначенные для ввода извне данных и программ и отображения этой инф-ции;
устр-ва приема данных, предназначенные для получения данных от других компьютеров и извне.
1) Обмен данными:
• записями фиксированного размера – блоками
•записями произвольного размера
2) Доступ к данным:
• операции чтения и записи (жесткий диск, CDRW).
• только операции чтения (CDROM, DVDROM, …).
По доступу к данным различают устройства:
Последовательного доступа:
В устройствах последовательного доступа для чтения i-ого блока памяти необходимо пройти по первым i-1 блокам. (Пример: пульт дистанционного управления ТВ, кнопки «канал+» и «канал-» или бытовые кассетные магнитофоны - ВЗУ большинства бытовых компьютеров 80-х годов). Устройства последовательного доступа менее эффективны, чем устройства прямого доступа.
|
|
|
•Магнитная лента
 |
Это тип ВЗУ широко известный всем пользователям бытовых компьютеров. Его принцип основывается на записи/чтении информации на магнитной ленте. При этом перед началом и окончанием очередной записи на ленту заносится специальный признак - маркер начала, соответственно, конца. Головка проходит на нужный номер цилиндра и не более чем за 1 оборот находит нужный сектор.
Прямого доступа:
В устройствах прямого доступа для того, чтобы прочесть i-ый блок данных, не нужно читать первые i-1 блоков данных. (Пример: пульт дистанционного управления Вашего телевизора, кнопки - каналы; для того, чтобы посмотреть i-ый канал не нужно «перещелкивать» первые i-1).
• Магнитные диски
Конструкция ВЗУ данного типа состоит в том, что имеется несколько дисков (компьютерный жаргон - «блины»), обладающих возможностью с помощью эффекта перемагничивания хранить информацию, размещенных на оси, которые вращаются с некоторой постоянной скоростью. Каждый такой диск имеет одну или две поверхности, покрытые слоем, позволяющим записывать информацию.
Диски имеют номера; поверхности каждого диска также пронумерованы (0-ая поверхность, 1-ая поверхность). Концентрическим окружностям одного радиуса на каждом диске соответствует условный цилиндр. (А каждая такая окружность - дорожка.) Диск также разбит на равные сектора. Информация на диске адресуется с помощью 4-х координат: № диска, № поверхности, № цилиндра, № сектора.
Штанга имеет механически перемещаемые щупы, на концах которых находятся считывающие и записывающие головки. В большинстве конструктивных решений количество этих щупов равно количеству дисков (считывается либо верхняя, либо нижняя поверхность).
|
|
|
Обмен информацией осуществляется по следующей схеме: на блок управления диском поступает набор координат и размер требуемого блока информации. Затем, включается головка, читающая заданную поверхность заданного диска. Она подводится к нужному цилиндру и ожидает подхода нужного сектора. После этого осуществляется обмен.
• Магнитный барабан
Имеется металлический цилиндр большой массы, вращающийся вокруг своей оси. Роль большой массы - поддержание стабильной скорости вращения. Поверхность этого цилиндра покрыта магнитным слоем, позволяющим хранить, читать и записывать информацию. Поверхность барабана разделена на n равных частей (в виде колец), которые называются треками (track). Над барабаном расположен блок неподвижных головок так, что над каждым треком расположена одна и только одна головка. (Головок, соответственно, тоже n штук). Головки способны считывать и записывать информацию с барабана. Каждый трек разделен на равные сектора. В каждый момент времени в устройстве может работать только одна головка. Запись информации происходит по трекам барабана, начиная с определенного сектора. При заказе на обмен поступают следующие параметры: № трека, № сектора, объем информации.
При чтении информации происходят следующие действия. Включается головка,
соответствующая заданному номеру трека, происходит ожидание того момента, когда над головкой окажется нужный сектор. После этого происходит обмен. Магнитные барабаны работают быстрее чем магнитные диски ввиду того, что в них используется меньше «механики». Но это довольно габаритный аппарат, его запуск требует довольно много времени для того, чтобы скорость вращения дисков стабилизировалась и стала постоянной.
• Магнито-электронные ВЗУ прямого доступа (память на магнитных доменах)
В конструкции этого устройства опять таки используется барабан, но на этот раз он неподвижен. Барабан опять таки разделен на треки и над каждым треком имеется своя головка. За счет некоторых магнитно-электрических эффектов происходит перемещение по треку цепочки доменов. При этом каждый домен однозначно ориентирован, то есть он бежит стороной, с зарядом «+», либо стороной, заряженной «-». Так кодируется ноль и единица. Эта память очень быстродейственна, т.к. в ней нет «механики». Память на магнитных доменах очень дорога и используется в большинстве случаев в военной и космической областях.
|
|
|
Обмен между внешними устройствами происходит с помощью
потока управляющей информации
потока данных
Организация уравления такова:
1. Непосредственное управление внешними устройствами центральным процессором.
- Синхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств
- Асинхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств
ЦП подает управляющую инф-цию по организации обмена, но поток образующихся данных идет между устройствами и ОП, без ЦП.
 |
- Использование контроллера прямого доступа к памяти (DMA) при обмене.
- Управление внешними устройствами с использованием процессора или канала ввода/вывода.
Обеспечивается высокоуровневый интерфейс для организации ввода/вывода.
- Использование контроллера прямого доступа к памяти (DMA) при обмене.
ЦП подает управляющую инф-цию по организации обмена, но поток образующихся данных идет между устройствами и ОП, без ЦП.
- Управление внешними устройствами с использованием процессора или канала ввода/вывода.
Обеспечивается высокоуровневый интерфейс для организации ввода/вывода.
Иерархия памяти
Выглядит следующим образом:
Аппаратная поддержка ОС и систем программирования.
Мультипрограммный режим: режим при котором возможна организация переключения выполнения с одной программы на другую.
Аппаратные средства компьютера, необходимые для поддержания мультипрограммного режима:
1. Аппарат защиты памяти.
2. Специальный режим операционной системы. (привилегированный режим или режим супервизора)
3. Аппарат прерываний (как минимум, прерывание по таймеру).
Некоторые проблемы
|
|
|
- Вложенные обращения к подпрограммам
 |
2. Накладные расходы при смене обрабатываемой программы:
•необходимость включения режима блокировки прерываний;
• программное сохранение / восстановление содержимого регистров при обработке прерываний;
- Перемещаемость программы по ОЗУ
 |
Фрагментация памяти
Регистровые окна
|
|
|
