Архитектура процессора с точки зрения программиста
Архитектура процессора с точки зрения программиста - раздел Образование, Экзаменационные вопросы по курсу Операционные системы Для Программиста Любой Процессор Состоит Из Набора Регистров Памяти Различног...
Для программиста любой процессор состоит из набора регистров памяти различного назначения, которые определенным образом связаны между собой и обрабатываются в соответствии с некоторой системой правил.
Конечно, программисту доступна не вся внутренняя память процессора: есть множество рабочих (программно-недоступных) регистров, использующихся только во время выполнения команд.
Рассмотрим наиболее важные регистры:
¾ счетчик адреса команд
¾ указатель стека
¾ регистр состояния (регистр флагов)
¾ регистр команд
Наличие счетчика адреса команд исходит из одного из принципов Неймана.
Задача счетчика состоит в сохранении адреса очередной команды программы и автоматическом вычислении адреса следующей.
Благодаря наличию программного счетчика в ЭВМ реализуется основной цикл исполнения последовательно расположенных команд программы. Заметим, что не во всех микропроцессорах счетчик команд программно доступен.
В указателе стека хранится адрес начала, специальным образом организуемого, участка памяти стека. Роль указателя стека в функционировании процессора достаточна велика (организация механизма последовательного вызова процедур).
Регистр состояния процессора (слово состояние процессора, регистр флагов): в этом регистре хранятся сведения о текущих режимах работы процессора. Сюда же помещается информация о результатах выполняемых команд.
Содержание регистра состояния МП всегда старается сохранить в первую очередь сразу после значения командного счетчика.
Существует также регистр команд, в котором находится выполняемая в данный момент команда.
Существуют и другие регистры. Одни из них многофункциональны, другие выполняют лишь какие-либо специфические функции.
Большинство команда можно разделить на две группы: типа регистр-память и регистр-регистр.
Команды первого типа вызывают слова из памяти, помещают их в регистры, где они используются в качестве входных данных АЛУ. (слова – это такие элементы данных, которые перемещаются между памятью и регистрами)
Другие команды этого типа помещают значения регистров обратно в память.
Команды второго типа вызывают два операнда из регистров, помещают их во входные регистры АЛУ, выполняют над ними какую-нибудь арифметическую или логическую операцию и переносят результат обратно в один из регистров или сохраняются в памяти, если это необходимо. Этот процесс называется циклом тракта данных. Чем он быстрее, тем быстрее работает компьютер.
Тракт А+В данных состоит из регистров (обычно от 1 до 32) арифметико-логического устройства и нескольких соединительных шин. Содержимое регистров поступает во входные регистры АЛУ, которые обозначены буквами А и В.
АЛУ производит операцию сложения, результат помещается в выходной регистр АЛУ, а из него в один из общих регистров.
Тракт данных обычной фон-неймановской машины
(иллюстрируется операция сложения)
ЦП выполняет каждую команду за несколько шагов:
1. вызывает следующую команду из памяти и переносит ее в регистр команд
2. меняет положение счетчика команд, который после этого указывает на следующую команду
3. определяет тип вызванной команды
4. если команда использует слово из памяти, определяет, где находится это слово
5. переносит слово, если это необходимо в регистр центрального процессора
6. выполняет команду
7. переходит к шагу 1, чтобы начать выполнение следующей команды
Такая последовательность шагов (выборка – декодирование – выполнение) является основой работы всех компьютеров.
Кроме рассмотренных регистров микропроцессор содержит набор рабочих регистров, которые содержат либо текущие обрабатываемые данные, либо их адреса в ОЗУ.
В ряде МП эти рабочие регистры по функционалу могут быть равнозначными (семейство машин PDP).
В других, назначения регистров достаточно жестко оговаривается (интеловское семейство МП).
В последнем случае выделяется особый регистр, который принято называть аккумулятором. В нем производятся все основные операции, и сохраняется их результат.
Существует определенная связь между регистрами: информация из одного может передаваться в другой.
Для машин с равноправными регистрами передача данных возможна между любыми регистрами, для остальных – между строго определенными парами.
Так или иначе, информацию из одного регистра МП всегда можно перенести в другой.
ОС в современном их понимании (их назначении и сущности) появились значительно позже первых компьютеров.
Развитие аппаратных и программных средств шло совместно, эволюционным путем, оказывая влияние друг на друга.
Роль факторов естественного отбора при эволюции ВС играли такие критерии как эффективность, безопасность и удобство.
В начальный период на ЭВМ могла выполняться только одна программа, причем основное время уходило на внесение программы и данных в память машины, также значительно замедлял работу вывод информации на печать. Процессор использовался крайне неэффективно.
Согласно схеме фон-Неймана центральный процессор замыкал на себя все информационные потоки и все функции управления, то есть был перегружен.
При выводе данных на печать процессор простаивал, поэтому были предприняты попытки устранения отмеченной ситуации.
Благодаря вводу контроллеров переферийных устройств часть управленческого функционала процессора была передана им.
Для устранения информационной перегрузки классическая схема была видоизменена. В структуре компьютера появилась общая шина, через которую могли взаимодействовать подключаемые к ней источник и приемник данных.
Общая характеристика понятий сложность система модель... Существующие предметные области и явления сложны В силу этого реальный наблюдатель может видеть только отдельные...
Исследование объекта как системы, признаки сложности системы
Объектом познания является часть реального мира, которая выделяется и воспринимается как единое целое в течение длительного времени.
Объект может быть материальным или абстрактным, естеств
Основные этапы эволюции вычислительных систем
Существуют различные классификации ВС. Наиболее часто они классифицируются по элементной базе. В соответствии с этой классификацией в эволюции ВС выделяются 4 этапа:
1. Первый период (1945
Основные принципы разработки архитектуры ОС
Архитектура – это базовая организация системы, воплощенная в ее компонентах, их отношениях между собой и с окружением, а также принципы, определяющие проектирование и развитие системы [IEE[1471] .
Монолитная архитектура ОС
В монолитной архитектуре ОС уже присутствует некая структурированность, которая определяется набором процедур.
Здесь каждая процедура имеет хорошо определенный интерфейс и может вызвать лю
Многоуровневая архитектура ОС
Многоуровневая архитектура появилась в ответ на ограничения монолитной архитектуры в плане расширяемости, переносимости и совместимости.
Основная ее идея состоит в следующем:
1. П
Понятие процесса, состояния процесса, модель процесса
Процесс является фундаментальным понятием, отражающим функционирование ОС. По своей сути это динамический объект, над которым ОС выполняет определенные действия.
Рассмотрим модели процессо
Планирование процессов. Уровни планирования
Процессы – деятельность ОС. Одной из составляющих процессов являются ресурсы. Они ограничены. Поскольку процессов много, необходимо организовать координацию их использования. Кроме того, процессы –
Критерии планирования и требования к алгоритмам
Понятно, что могут существовать различные алгоритмы планирования. И хотелось бы, чтобы они были универсальны, но реально этого не происходит. Чаще всего тот или иной алгоритм подходит к определенно
Параметры планирования
При планирование ОС опирается на два класса параметров объекта. Первый класс отражает статистические параметры, второй – динамические. Статистические параметры не изменяются в ходе функционирования
Вытесняющее и невытесняющее планирование
Процесс планирования осуществляется частью ОС, называемой планировщиком. Он может принимать решения о выборе для исполнения нового процесса из числа находящихся в состоянии готовность в следующих 4
Алгоритм планирования процессов First-Come, First-Served (FCFS)
Реально существует множество разнообразных алгоритмов планирования. Каждый из них эффективен для определенного класса задач.
Существуют алгоритмы, которые можно применять на различных уров
Алгоритм планирования процессов Round Robin (RR)
Отмеченные недостатки устраняются в следующем алгоритме: Round Robin (RR).
В целом он похож на предыдущий алгоритм, но дополнительно вводится механизм вытесняющего планирования.
Алгоритм планирования процессов Shortest-Job-First (невытесняющий)
При рассмотрении алгоритмов FCFS и RR мы видели, насколько существенным для них является порядок расположения процессов в очереди процессов, готовых к исполнению. Если короткие задачи расположены в
Потоки. Мультипрограммирование на уровне потоков
Чтобы поддерживать мультипрограммирование (многозадачность), ОС должна определить и оформить для себя те внутренние единицы работы, между которыми будет разделяться процессор и другие ресурсы компь
Общие характеристики связи между процессами
* направление связи.
Связь бывает однонаправленная (симплексная) и двунаправленная (полудуплексная для поочередной передачи информации и дуплексная с возможностью одновременной передачи да
Организация физической памяти компьютера
Со времен создания ЭВМ фон Неймана основная память в компьютерной системе организована как линейное (одномерное) адресное пространство, состоящее из последовательности слов, а позже байтов. Аналог
Функции ОС по управлению памятью
Под памятью (memory) в данном случае подразумевается оперативная (основная) память компьютера. В однопрограммных операционных системах основная память разделяется на две части. Одна часть - для оп
Виртуальная память
Объем оперативной памяти существенно сказывается на характере протекания вы-
числительного процесса, так как он ограничивает число одновременно выполняющихся
программ, т. е. урове
Методы структуризации виртуального адресного пространства
Большинство систем виртуальной памяти используют технику, называемую страничной организацией памяти. Любой процесс, реализуемый в компьютере, может обратиться к множеству адресов в памяти. Адреса м
Страничная организация виртуальной памяти
При страничной организации виртуальное адресное пространство каждого процесса делится на части одинакового, фиксированного для данной системы размера, называемые виртуальными страницами (Virtual
Сегментация виртуальной памяти
При страничной организации виртуальное адресное пространство делится на равные части механически без учета смыслового значения данных. Для многих задач наличие двух и более отдельных виртуальных ад
Программная поддержка механизмов виртуальной памяти
52. Общая характеристика устройств ввода – вывода
Внешние устройства, выполняющие операции ввода-вывода, можно разделить на три группы:
· устройства, работающие с
Назначение и задачи подсистемы ввода-вывода
Обмен данными между пользователями, приложениями и периферийными устройствами компьютера выполняет специальная подсистема ОС - подсистема ввода-вывода. Собственно для выполнения этой задачи и был
Драйверы устройств ввода вывода
Первоначально термин «драйвер» применялся в достаточно узком смысле; под драйвером понимается программный модуль, который:
· входит в состав ядра ОС, работая в привилегированном режиме;
Многослойная модель подсистемы ввода-вывода
При большом разнообразии устройств ввода-вывода, обладающих существенно различными характеристиками, иерархическая структура подсистемы ввода-вывода позволяет соблюсти баланс между двумя противоре
Архитектура файловой системы
Классическая схема организации программного обеспечения файловой системы представлена на рис.
Логическая организация файлов
Логический ввод-вывод предоставляет приложениям и пользователям доступ к записям.
Метод доступа
Наиболее близкий пользователю уровень файловой системы. Он обеспечивает стандартный
Каталоговые системы
Связующим звеном между системой управления файлами и набором файлов служит файловый каталог. Простейшая форма системы каталогов состоит в том, что имеется один каталог, в котором содержатся все ф
Физическая организация файловой системы
Информационная структура магнитных дисков
Представление пользователей о файловой системе как об иерархически организованном множестве информационных блоков имеет мало общего с порядком хр
S – номер сектора
На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие концентрические кольца дорожки (tracks), на которых хранятся данные. Нумерация дорожек начинается с 0 от внешнего края к
Физическая организация и адресация файла
Физическая организация выделяет способ размещения файлов на диске и учет соответствия блоков диска файлам. Основными критериями эффективности физической организации файлов являются:
Физическая организация FAT
Для обеспечения доступа приложений к файлам операционная система с файловой системой FAT использует следующие структуры:
· загрузочные сектора главного и дополнительных разде
Основные этапы развития операционных систем корпорации Microsoft.
Операционные системы корпорации Microsoft для настольных и переносныхкомпьютеров можно разделить на три семейства: MS DOS, Consumer Windows (Windows95/98/Me) и Professional (Windows NT/2000/2003/.
Основные функции, выполняемые уровнем HAL ОС Windows 2000.
Над уровнем HAL располагается уровень, содержащий ядро ОС, а также драйверы устройств. Существуют четыре вида драйверов: (1) аппаратных средств, (2) файловойсистемы, (3) фильтров и (4) сетевых уст
Общая характеристика исполняющей подсистемы ОС Windows 2000.
Над ядром и драйверами устройств располагается исполняющая система. Она написана на языке С, не зависит от архитектуры машины и может быть перенесена на новые машины относительно просто. Исп
Средства достижения безопасности в ОС Windows 2000
ОС Windows NT была разработана так, чтобы соответствовать уровню С2 требований безопасности Министерства обороны США (DoD 5200.28 - STD) [37]. Этот стандарт требует наличия у операционных систем оп
Набор API для Win 32.
Этот набор интерфейсов прикладного программирования позволяет выполнять шифрование файлов, дешифрование и восстановление зашифрованных файлов, а также их импорт и экспорт (без предварительного деши
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов