13.Кэш-память. Случайное отображение данных на кэш. Выполнение запроса в системах с кэш памятью.

Кэш-память-способ организации совместного функц-ия двух типов ЗУ, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, кот. позволяет уменьшить время доступа к данным за счет динамического копирования в "быстрое" ЗУ наиболее часто используемой информации из "медленного" ЗУ.

На практике в кэш-память считывается не один элемент данных, к которому произошло обращение, а целый блок данных, это увеличивает вероятность так называемого "попадания в кэш", то есть нахождения нужных данных в кэш-памяти.

В реальных системах вероятность попадания в кэш составляет примерно 0,9. Высокое значение вероятности связано с наличием у данных свойств: пространственной и временной локальности.

Пространственная локальность. Если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам.

Временная локальность. Если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение по этому же адресу с большой вероятностью произойдет в ближайшее время.

В системах, оснащенных кэш-памятью, каждый запрос к оперативной памяти выполняется в соответствии со следующим алгоритмом:

1.   Просматривается содержимое кэш-памяти с целью определения, не находятся ли нужные данные в кэш-памяти; кэш-память не является адресуемой, поэтому поиск нужных данных осуществляется по содержимому - значению поля "адрес в оперативной памяти", взятому из запроса.

2.   Если данные обнаруживаются в кэш-памяти, то они считываются из нее, и результат передается в процессор.

14.Кэш-память. Прямое отображение данных на кэш. Выполнение запроса в системах с кэш памятью.

Кэш-память-способ организации совместного функц-ия двух типов ЗУ, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, кот. позволяет уменьшить время доступа к данным за счет динамического копирования в "быстрое" ЗУ наиболее часто используемой информации из "медленного" ЗУ.

На практике в кэш-память считывается не один элемент данных, к которому произошло обращение, а целый блок данных, это увеличивает вероятность так называемого "попадания в кэш", то есть нахождения нужных данных в кэш-памяти.

В реальных системах вероятность попадания в кэш составляет примерно 0,9. Высокое значение вероятности связано с наличием у данных свойств: пространственной и временной локальности.

Пространственная локальность. Если произошло обращение по некоторому адресу, то с высокой степенью вероятности в ближайшее время произойдет обращение к соседним адресам.

Временная локальность. Если произошло обращение по некоторому адресу, то следующее обращение по этому же адресу с большой вероятностью произойдет в ближайшее время.

В системах, оснащенных кэш-памятью, каждый запрос к оперативной памяти выполняется в соответствии со следующим алгоритмом:

1.                     Просматривается содержимое кэш-памяти с целью определения, не находятся ли нужные данные в кэш-памяти; кэш-память не является адресуемой, поэтому поиск нужных данных осуществляется по содержимому - значению поля "адрес в оперативной памяти", взятому из запроса.

2.                     Если данные обнаруживаются в кэш-памяти, то они считываются из нее, и результат передается в процессор.

15.Двухуровневое кэширование. Принцип работы. Выполнение запроса с системах с многоуревневой кэш памятью.

Каждый процессор для своей работы использует двухуровневый кэш со свойствами охвата. Это означает, что кроме внутреннего кэша первого уровня (кэша L1), встроенного в каждый процессор PowerPC, имеется связанный с ним кэш второго уровня (кэш L2). При этом каждая строка в кэше L1 имеется также и в кэше L2. В настоящее время объем кэша L2 составляет 1 Мбайт на каждый процессор, а в будущих реализациях предполагается его расширение до 4 Мбайт. Сама по себе кэш-память второго уровня позволяет существенно уменьшить число обращений к памяти и увеличить степень локализации данных. Для повышения быстродействия кэш L2 построен на принципах прямого отображения. Длина строки равна 32 байт (размеру когерентной гранулированности системы). Следует отметить, что, хотя с точки зрения физической реализации процессора PowerPC, 32 байта составляют только половину строки кэша L1, это не меняет протокол когерентности, который управляет операциями кэша L1 и гарантирует что кэш L2 всегда содержит данные кэша L1.

Кэш L2 имеет внешний набор тегов. Таким образом, любая активность механизма наблюдения за когерентным состоянием кэш-памяти может быть связана с кэшем второго уровня, в то время как большинство обращений со стороны процессора могут обрабатываться первичным кэшем. Если механизм наблюдения обнаруживает попадание в кэш второго уровня, то он должен выполнить арбитраж за первичный кэш, чтобы обновить состояние и возможно найти данные, что обычно будет приводить к приостановке процессора. Поэтому глобальная память может работать на уровне тегов кэша L2, что позволяет существенно ограничить количество операций наблюдения, генерируемых системой в направлении данного процессора. Это, в свою очередь, существенно увеличивает производительность системы, поскольку любая операция наблюдения в направлении процессора сама по себе может приводить к приостановке его работы.

16.Способы загрузки программ. Относительная и абсолютная загрузка. Оверлеи.

Абсолютная загрузка. Самый простой вариант состоит в том, что мы всегда будем загружать программу с одного и того же адреса. Это возможно если: система может предоставить программе свое адресное пространство, Система может исполнять в каждый момент только одну программу. Такой модуль называется абсолютным загрузочным модулем – это копия содержимого виртуального пространства проги в момент ее запуска. В системе UNIX используется абсолютная загрузка. Загружаемый файл начинается с заголовка, который содержит: ''магическое число'' - признак того, что это загружаемый модуль, число TEXT_SIZE - длину области кода программы (TEXT), DATA_SIZE - длину области инициализованных данных программы (DATA), BSS_SIZE - длину области неинициализованных данных программы (BSS), Стартовый адрес программы. За заголовком следует содержимое областей TEXT и DATA. Затем может следовать отладочная информация. При загрузке система выделяет программе TEXT_SIZE байтов виртуальной памяти, доступной для чтения/исполнения, и копирует туда содержимое сегмента TEXT. Затем отматывается DATA_SIZE байтов памяти, доступной для чтения/записи, и туда копируется содержимое сегмента DATA. Затем отматывается еще BSS_SIZE байтов памяти. После этого выделяется пространство под стек, в стек помещаются позиционные аргументы и среда исполнения, и управление передается на стартовый адрес. Программа начинает исполняться.

Относительная загрузка. Загрузка состоит в том, что мы грузим программу каждый раз с нового адреса. При этом мы должны настроить ее на новые адреса, а для этого прога представляет собой послед-ть команд. В процессорах 70-80-х гг у команды м.б. переменное количество таких полей(0-6). У современных RISC-процессоров кол-во полей меньше. Существуют три способа вычисления адреса в команде. 1: берется адресное поле и говорится, что это  будет наш виртуальный адрес. Это называется абсолютной адресацией.

21.Синхронизация параллельных процессов. Проблема критических участков. Подходы к решению проблемы (прерывания, семафоры, сигналы, блокировка).

Первой из проблем является проблема разделения ресурсов. Действительно, представим себе две программы, пытающиеся печатать что-то на одном принтере их вывод на бумаге будет перемешан. Одним из разумных решений может быть монопольный захват принтера одной из программ

Другая проблема - это проблема реентерабельности (reenterability - повтоpной входимости, от re-enter) разделяемых программ.

Представим себе, что две задачи используют общий программный модуль. Представим себе, что одна из программ вызвала процедуру из разделяемого модуля. После этого произошло переключение задач, и вторая задача обращается к тому же модулю.

Очень широкий класс проблем - проблемы синхронизации, возникающие при попытках организовать взаимодействие нескольких программ.

Первая, состоит в вопросе - если одна задача производит данные, а вторая их потребляет, то как задача-потребитель узнает, что готова очередная порция данных? Или, что еще интереснее, как она узнает, что очередная порция данных еще не готова?

Другая проблема называется проблемой критических секций. Например, одна программа вставляет данные в разделяемый двунаправленный список, а другая достает их оттуда. Те, кто знаком с алгоритмом вставки в список, легко поймут, что есть момент, когда указатели элементов показывают вовсе не туда, куда надо. Попытка произвести в этот момент какую-то другую операцию изменения списка приведет к полному разрушению его структуры, а чтение или поиск закончатся аварией. Поэтому изменяющая программа должна каким-то образом блокировать доступ к списку на время изменения.

Прерывания и сигналы

Исторически первым методом сообщения системе о внешнем событии является аппаратное прерывание. Идея прерывания состоит в том, чтобы в момент события вызывать некоторую подпрограмму, которая и выполнит действия по обработке события.

Получив запрос, процессор завершает исполнение текущей команды и выставляет сигнал готовности к прерыванию. После этого внешнее устройство выставляет на шине данных номер вектора прерывания.

22. Семафор Дийкстры представляет собой целочисленную переменную, с которой ассоциирована очередь ожидающих процессов. Над семафором возможно проведение только двух операций - “открытия” и “закрытия”, названных соответственно P- и V- операциями. Существенно, что операции над семафорами являются неделимыми (непрерываемыми), поэтому их часто называют примитивами.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8