Архитектура вычислительных систем Шпаргалка

Микропроцессоры архитектуры x86 и компьютерные системы на их базе продолжают вытеснять с рынка всех конкурентов. Став 64-разрядными, эти процессоры лишили альтернативы из лагеря RISC (и пост-RISC) главного козыря.

Core 2 — семейство 64-разрядных микропроцессоров, предназначенных для клиентских систем и основанных на микроархитектуре Core, разработанных и производимых корпорацией Intel. Процессоры Core 2 Duo и Core 2 Extreme также поддерживают технологию EM64T.

Микропроцессор — это устройство, представляющее собой одну или несколько больших интегральных схем(БИС), выполняющих функции процессора ЭВМ.

По режиму обработки задач различают ОС, обеспечивающие однопрограммный или мультипрограммный режим работы.

Под архитектурой ОС обычно понимают структурную организацию ОС на основе программных модулей. Современные ОС представляют собой хорошо структурированные модульные системы. 

Частотный принцип. Основан на выделении в алгоритмах программ, а в обрабатываемых массивах действий и данных по частоте использования. Действия и данные, которые часто используются, располагаются в операционной памяти, для обес­печения наиболее быстрого доступа. 

Виртуальная машина - программная или аппаратная среда, эмулирующая аппаратное обеспечение некоторой платформы, исполняющая некоторый код (например, байт-код, шитый код, p-код или машинный код реального процессора), или спецификация такой системы (например: «виртуальная машина языка программирования Си»).

Особую важность для ОС корпоративной сети приобретают вопросы безопасности данных. Под программными средствами защиты информации понимают специальные программы, включаемые в состав программного обеспечения КС исключительно для выполнения защитных функций.

Одним из основных понятий, связанных с операционными системами, является процесс – абстрактное понятие, описывающее работу программы [10]. Все функционирующее на компьютере программное обеспечение, включая и операционную систему, можно представить набором процессов.

Процесс (задача) – программа, находящаяся в режиме выполнения. С каждый процессом связывается его адресное пространство, из которого он может читать и в которое он может писать данные. 

Для реализации модели процессов ОС содержит таблицу (массив структур), называемую таблицей процессов, с одним элементом для каждого процесса (блоком управления процессом). 

Процесс (задача) – программа, находящаяся в режиме выполнения. С каждый процессом связывается его адресное пространство, из которого он может читать и в которое он может писать данные. 

Многозадачность (multitasking) – это способность операционной системы выполнять несколько программ одновременно. В основе реализации этого принципа на персональных ЭВМ лежит использование операционной системой аппаратного таймера для выделения отрезков времени (time sliced) для каждого из одновременно выполняемых процессов. 

Есть 2 основных способа реализации потоков: в пространстве пользователя и ядре. 1-й метод состоит в размещении пакета потоков целиком в пространстве пользователя. При этом ядро о потоках ничего не знает и управляет обычными, однопоточными процессами. 

Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы.

Стратегическое планирование — это процесс создания и претворения в жизнь программ и планов действий, и мероприятий, связанных в пространстве (по исполнителям) и во времени (по срокам), нацеленных на выполнение стратегических задач.

Существует достаточно большой набор разнообразных алгоритмов планирования, которые предназначены для достижения различных целей. Ниже перечислены некоторые наиболее употребительные алгоритмы применительно к процессу кратковременного планирования.

Операция “Проверка и установка” является аппаратным механизмом организации взаимного исключения. В IBM360 эта команда называлась TS (Test & Set). Команда имеет два операнда и выполняется следующим образом. 

Межпроцессорное взаимодействие- обмен данными между потоками одного или разных процессов. Реализуется посредством механизмов, предоставляемых ядром ОС или процессом, использующим механизмы ОС и реализующим новые возможности IPC. 

Большинство компьютеров используют большое количество различных запоминающих устройств, таких как: ПЗУ, ОЗУ, жесткие диски, магнитные носители и т.д. Все они представляют собой виды памяти, которые доступны через разные интерфейсы. Два основных интерфейса — это прямая адресация процессором и файловые системы. 

Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны операционной системы.

Сегментная организация памяти (segmentation) - схема распределения памяти в виде сегментов переменной длины, соответствующая пользовательской трактовке распределения памяти, т.е. логической структуре программ и данных. 

Страничная организация (paging) – стратегия управления памятью, при которой:

логическая память делится на страницы – смежные области одинаковой длины, обычно – степень 2 (например, 512 слов).

Виртуа́льная па́мять (англ. virtual memory) — метод управления памятью компьютера, позволяющий выполнять программы, требующие больше оперативной памяти, чем имеется в компьютере, путём автоматического перемещения частей программы между основной памятью и вторичным хранилищем (например, жёстким диском).

Подсистема ввода-вывода проектировалась как абстрактный интерфейс приложений для аппаратных (физических) и программных (виртуальных, или логических) устройств, обладающий определенными функциональными возможностями.

Файл — это определенное количество информации (программа или данные), имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней) памяти.

Специальный файл устройства, или просто файл устройства (англ. special device file) — это один из типов файлов в UNIX-подобной операционной системе. 

Последовательные файлы — файлы, хранящие информацию в неструктурированном (для поиска и обращения) виде. Поиск в таких файлах осуществляется последовательным считыванием файла с начала и сравнением «всего» с искомым. 

Совме́стное испо́льзование фа́йлов — предоставление файлов, находящихся на компьютере, в общий доступ для других пользователей компьютерной сети.

Три основные структуры файлов: Последовательность байтов - ОС не интересуется содержимым файла, она видит только байты. Основное преимущество такой системы, это гибкость использования. Используются в Windows и UNIX.

Основные типы файлов: Регулярные - содержат информацию пользователя. Используются в Windows и UNIX.

Основные атрибуты файла: Защита - кто, и каким образом может получить доступ к файлу (пользователи, группы, чтение/запись). Используются в Windows и UNIX.

Длина имени файла зависит от ОС, может быть от 8 (MS-DOS) до 255 (Windows, LINUX) символов.

В общем случае, данные,   содержащиеся в файле, имеют некоторую логическую структуру. Эта структура является базой при разработке программы, предназначенной для обработки этих данных. 

Одноуровневые каталоговые системы. В этой системе все файлы содержатся в одном каталоге. 

Обработка информации может осуществляться двумя методами: аналоговым, при котором участвующие в обработке величины представляются в аналоговой форме (обычно уровнями напряжения или тока), или цифровым, при котором величины представляются в цифровой форме и сама обработка сводится к последовательности действий (операций) над числами. 

Правила выполнения арифметических действий в двоичной системе счисления: сложение вычитание умножение 0 + 0 = 0 0 - 0 = 0 0 × 0 = 0. Число с фиксированной запятой (англ. fixed-point number) — формат представления вещественного числа в памяти ЭВМ в виде целого числа. 

Число с плавающей запятой (или число с плавающей точкой) — экспоненциальная форма представления вещественных (действительных) чисел, в которой число хранится в виде мантиссы и порядка (показателя степени). 

RISC — «компьютер с сокращённым набором команд» — архитектура процессора, в котором быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения — меньшим. 

Существует несколько вариантов названий этой технологии, которые иногда приводят к путанице. x86-64 — первоначальный вариант. Именно под этим названием фирмой AMD была опубликована первая предварительная спецификация. 

В RS (буфер команд готовых к выполнению) в каждом такте могут быть помещены три микрооперации из ROB и пять микроопераций могут быть направлены в порты запуска. Если претендентов на исполнительное устройство несколько, то выбор производится по алгоритму «псевдо-FIFO».