Билет. Внешние устройства. Организация потоков данных при обмене с внешними устройствами

Если посмотреть на взаимодействие ЦП, ОП и внешнего устройства, то это взаимодействие логически разделяется на два компонента:

Поток управляющей информации. Т.е. каким-то образом программно задается информация о том, что необходимо прочесть или записать или переместить данные из одного места в другое.

Поток данных. Т.е. непосредственно ответ на управляющее воздействие и связанное с этим ответом перемещение данных от внешнего устройства в ОП или в ЦП.

Организация потока данных между устройствами может осуществляться 2-мя способами. Организация потока данных между ОП и внешним устройством через ЦП. Это означает, что программе нужно считать или записать какую-то порцию данных процессор выполняет соответствующую последовательность команд. При этом выполняются либо специальные команды ввода- вывода либо процессор специальным образом размещает информацию на специальных регистрах. После это если есть команда чтения информации, то с устройства поступают данные опять-таки на специальные регистры, ЦП ловит (т.е. здесь могут появляться прерывания) эти данные и размещает их в нужную часть ОП, т.е. туда, куда эти данные должны быть размещены. Т.е. это схема обмена через ЦП.

Использование устройств прямого доступа к памяти(direct memory access – DMA). – это означает, что поток данных, т.е. поток управления идет через ЦП, т.е. ЦП выдает управляющую информацию и отслеживает окончательное выполнение, а поток данных идет не через процессор, а через некоторый контроллер, который называется DMA-контроллер. Т.о. обмен может осуществляться без участия ЦП. Т.е. при подаче информации на ЦП о том, что необходимо произвести обмен, DMA-контроллер производит соответствующие необходимые действия и начинается обмен. Когда обмен прошел, то происходит прерывание и ЦП получает информацию о том, что обмен прошел или не прошел.

Модели синхронизации при обмене с внешними устройствами

Существует две принципиально различные стратегии выполнения обмена с внешними устройствами: синхронная и асинхронная работа с ВУ.

Синхронная организация обмена

Процессор подает запрос внешнему устройству и ожидает завершения выполнения запроса.

Системы с синхронной организацией работы ВУ неэффективны с точки зрения использования времени работы центрального процессора. Процессор часто «ожидает» выполнения запроса. Наиболее подходит для однопрограммных специализированных вычислительных систем.

Асинхронная организация обмена

При обработке запроса к ВУ происходит разделение выполнения на три части:

1) передача ЦП запроса на выполнение работ. После этого процессор может выполнять другие команды.

2) параллельно работе ЦП происходит выполнение запроса к ВУ (т.е. в это время процессор может выполнятьдругие машинные команды).

3) выполнение работы ЦП прерывается и ему передается информация о завершении выполнения запроса. ЦП может также приостановить работу в случае обращения в область ОЗУ, находящуюся в обмене.

Асинхронная организация работы с ВУ более эффективна, но требует наличия развитого аппарата прерываний.

Билет. Иерархия памяти

ЦП: РОН, КЭШ L1 ; КЭШ L2 ; ОЗУ ; ВЗУ прямого доступа с внутр. Кэш буферизацией ; ВЗУ прямого доступа без внутр. Кэш буферизации ; ВЗУ долговременного хранения данных

Данная иерархия строится с позиций близости к ЦП, стоимости памяти и системной составляющей.

· Т. е. есть ЦП и элементами памяти в ЦП являются регистры общего назначения и КЭШ 1-го уровня.

· Следующий уровень– это уровень устройства, которое называется КЭШ 2-го уровня, которое находится между ЦП и ОЗУ, т.е. обычно это устройство, которое быстрее ОП, но может быть медленнее и дешевле КЭШа 1-го уровня, а также может обладать немножко большими размерами чем КЭШ 1-го уровня, соответственного схема работы с КЭШем 2-го уровня аналогично схеме работы с КЭШем 1-го уровня.

· По иерархии уровень после уровня ОЗУ – это уровень внешнего запоминающего устройство с внутренней КЭШ-буферизацией. Т.е. это устройства, аппаратное управление которых имеет КЭШ буферизации, т.е. это уже менее эффективно, чем ОП, но достаточно эффективно, потому что опять-таки за счет внутреннего кэширования (при той же схеме кэширования, которая имеет место в схеме ЦП - ОЗУ ), сокращается реальное количество обращений к устройству и тем самым получается существенное повышение производительности работы устройства.

· Следующий уровень - внешнее запоминающее устройство прямого доступа без КЭШ-буферизации. Это устройства существенно менее эффективные, но также предназначенные для оперативного доступа к данным, т.е. это устройства, которые обычно используются в программе для организации внешнего хранения и доступа за данными, соответственно по производительности они могут быть разными, но для каких-то ситуаций категории этих двух устройств не принципиальны.

· Последним уровнем этой иерархии является уровень внешнего запоминающего устройства долговременного хранения данных. Т.е. это устройства, предназначенные для архивирования и долговременного хранения информации, к этим устройствам могут относиться и как устройства прямого доступа, и устройства последовательного доступа. Суть иерархии: на вершине находятся самые высоко скоростные, которые, в свою очередь являются также и самыми дорогими устройствами, но спускаясь вниз, мы получаем устройства менее дорогие, но обладающие более худшими показателями по скорости доступа, за счет всей системы предусматриваются достаточно большие элементы сглаживания дисбаланса в производительности каждого из типов этих устройств.