Принцип действия кэш-памяти:

Рассмотрим одну из возможных схем кэширования (рис. 3.7). Содержимое кэш-памяти представляет собой совокупность записей обо всех загруженных в нее элементах данных из основной памяти. Каждая запись об элементе данных включает в себя:

• значение элемента данных;

• адрес, который этот элемент данных имеет в основной памяти;

• дополнительную информацию, которая используется для реализации алгоритма замещения данных в кэше и обычно включает признак модификации и признак действительности данных.

При каждом обращении к основной памяти по физическому адресу просматривается содержимое кэш-памяти с целью определения, не находятся ли там нужные данные. Кэш-память не является адресуемой, поэтому поиск нужных данных осуществляется по содержимому — по взятому из запроса значению поля адреса в оперативной памяти. Далее возможен один из двух вариантов развития событий:

1. если данные обнаруживаются в кэш-памяти, то есть произошло кэш-попадание (cache-hit), они считываются из нее и результат передается источнику запроса;

2. если нужные данные отсутствуют в кэш-памяти, то есть произошел кэш-промах (cache-miss), они считываются из основной памяти, передаются источнику запроса и одновременно с этим копируются в кэш-память.

Эффективность кэширования зависит от вероятности попадания в кэш.

Вероятность обнаружения данных в кэше зависит от разных факторов, таких, например, как объем кэша, объем кэшируемой памяти, алгоритм замещения данных в кэше, особенности выполняемой программы, время ее работы и т.д. В большинстве реализаций кэш-памяти процент кэш-попаданий оказывается весьма высоким — свыше 90 %. Такое высокое значение вероятности нахождения данных в кэш-памяти объясняется наличием у данных объективных свойств: пространственной и временной локальности.

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

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

15. Устройства ввода-вывода можно грубо разделить на две категории: блочные устройства и символьные устройства.

Блочными называются устройства, хранящие информацию в виде блоков фиксированного размера, причем у каждого блока имеется адрес. Обычно размеры блоков варьируются от 521 до 32768 байт. Важное свойство блочного устройства состоит в том, что каждый его блок может быть прочитан независимо от остальных блоков. Наиболее распространенными блочными устройствами являются диски.

Символьное устройство принимает или предоставляет поток символов без какой-либо блочной структуры. Оно не является адресуемым и не выполняет операцию поиска. Принтеры, сетевые интерфейсные карты, мыши и большинство других устройств, не похожих на диски, можно рассматривать как символьные устройства.

УСТРОЙСТВА ВВОДА - широкий класс технических средств, предназначенных для ввода данных в ЭВМ. К устройствам этого вида относятся: клавиатура, графические планшеты, сенсорные экраны, координатные или манипуляторные устройства ("мышь", "Джойстик", "Трекбол", "Педаль", "Игровые манипуляторы"), сканеры, устройства считывания (магнитного, оптического и электрического) меток и штрихового кода, устройства речевого ввода и др. Ранее использовались также устройства считывания данных с перфолент и перфокарт.

Клавиатура - совокупность расположенных в определенном порядке клавиш, используемых для ввода и редактирования данных, а также управления курсором и выполнением человеко-машинных операций.

Некоторые разновидности клавиатур

• Расширенная клавиатура — клавиатура, содержащая 101 и более буквенно-цифровых, функциональных и управляющих клавиш.

• Буквенно-цифровая (символьная) клавиатура - часть клавиатуры, предназначенная для ввода в ЭВМ данных в виде букв, цифр и других символов. Ее элементами являются буквенно-цифровые клавиши.

• Функциональная клавиатура — часть клавиатуры,предназначенная для инициирования выполнения системой определенных функций и/или операций. Элементами функциональной клавиатуры являются функциональные клавиши, раздельное или совместное использование которых с другими (в том числе буквенно-цифровыми клавишами) обеспечивает выполнение действий, определенных соответствующей активной (т.е. действующей в настоящий момент) программой.

Сенсорный экран - координатное устройство, позволяющее путем прикосновения (пальцем, специальным карандашом и т. п.) к области экрана монитора производить выбор необходимого элемента данных, меню или команды для управления ЭВМ.

Мышь - манипуляторное и координатное устройство ЭВМ. Является дополнением к клавиатуре и необходимой частью оборудования при пользовании графическим интерфейсом.

Трекбол - разновидности координатных и манипуляторных устройств, заменяющих мышь в портативных ПЭВМ. Конструкция трекбола характеризуется тем, что в отличие от мыши он крепится неподвижно.

Джойстик - координатное и манипуляторное устройство ЭВМ в виде рукоятки с кнопками. Используется в тренажерах и совместно с игровыми программами.

Сканер - устройство, предназначенное для считывания графических данных (в том числе и текстовых данных в графической форме, изображений, штрихкодов и т. п.) с поверхности человекочитаемого носителя (например бумаги, слайда, микрофиши) при помощи оптических средств, их кодирования и ввода в ЭВМ или другие устройства.

УСТРОЙСТВА ВЫВОДА - широкий класс технических средств, предназначенных для вывода данных из ПК в необходимой для пользователя форме. К ним относятся устройства визуального отображения (например мониторы), вывода на твердые носители (например, принтеры, плоттеры), синтезаторы речи, акустические динамики (громкоговорители) и др.

Монитор, дисплей - устройство отображения данных, используемое для прямого их считывания, а также контроля и управления работой системы.

Типы мониторов:

• LR-монитор - монитор с низким уровнем излучения, отвечающий требованиям спецификаций, выработанных в 1990 г.

• Мониторы на ЭЛТ - традиционная и пока наиболее распространенная технология построения мониторов, основанная на использовании достаточно крупного электровакуумного прибора - электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) с широким основанием, служащим в качестве "экрана", с нанесенным на него слоем флюорисцирующего покрытия.

• Жидкокристаллические мониторы - технология, основанная на особых свойствах группы прозрачных химических соединений со "скрученными молекулами", называемых жидкими кристаллами.

• Органические светодиодные мониторы — светодиоды, создаваемые на основе тонкопленочных полимерных и молекулярных органических материалов. OLED, в отличие от ЖК сами являются источниками светового излучения и поэтому не требуют дополнительной подсветки.

• Гибкие дисплеи - дисплеи, созданные путем нанесения управляемых источников излучения, способных формировать изображение, на гибкую подложку.

• Плазменные мониторы, плазменные экраны — тип "плоского" монитора, в котором используется эффект ионизации газа между двумя панелями с токопроводящими решетками.

• Вакуумные флюорисцирующие мониторы - основаны на использовании высокоэффективного фосфорного покрытия, нанесенного в виде матрицы на экран.

Проектор - проекционная аппаратура со встроенной панелью на жидких кристаллах, управляемой от ЭВМ или видеоаппаратуры.

Принтер - печатающее устройство, предназначенное для вывода буквенно-цифровых и графических данных на бумагу или другой вид носителя (например прозрачную пленку). В современной технике используются различные методы печати. Они включают следующие виды устройств: механические (ударные), использующие распыление красителя ("Струйные", "Пузырьковые" и "Пьезоструйные" принтеры), электрохимические, тепловые и др. Наибольшее распространение получили лазерные и струйные принтеры, а также их разновидности.

Плоттер - устройство, предназначенное для вывода данных на бумажный носитель в форме рисунков или графиков. Различают следующие виды плоттеров: барабанный, печатающий, планшетный, растровый, рулонный, электростатический.

1. Понятие операционной системы, основные функции и назначение.

2. Дайте классификацию операционных систем.

3. Основные понятия операционной системы: системные вызовы, прерывания, файлы, потоки и процессы.

4. Перечислите основные требования к современным ОС и дайте им краткую характеристику.

5. Перечислите и поясните основные функции операционных систем, которые связаны с управлением задачами.

6. Процессы и потоки. Управление процессами в многозадачных ОС. Приоритеты.

7. Что такое процесс и чем он отличается от программы? Каковы допустимые состояния процесса?

8. Многозадачность операционных систем. Системы с разделением времени, системы с вытесняющей многозадачностью, системы реального времени.

9. Контекст процесса. Одноразовые и многоразовые операции с процессами. Переключение контекста.

10. Что такое прерывания, и каковы их причины? Какова последовательность действий по обработке прерываний?

11. Управление памятью. Основные функции операционной системы и методы организации управления оперативной памятью.

12. Управление оперативной памятью. Виртуальное адресное пространство. Связывание адресов. Преобразование адресов при различных методах распределения.

13. Охарактеризуйте методы распределение памяти без использования внешней памяти.

14. Кэширование данных.Принципы действия кэш-памяти.

15. Понятие "устройства ввода-вывода". Перечислите и дайти им характеристику.

16. Организация ввода-вывода. Контроллеры устройств. Драйверы, динамическая загрузка драйверов.

19. Файловые системы: примеры, функции и назначение. Логическая и физическая организация файловой системы.

20. Организация внешней памяти на магнитных дисках

21. Логическая и физическая организация файла.

22. Файловая система FAT. Структура логического раздела FAT.

23. Файловая система NTFS, ее особенности. Структура раздела NTFS.

26. Микроядерная архитектура ОС. Достоинства и недостатки микроядерных архитектур.

13. методы распределения памяти без использования внешней памяти:

Распределение памяти фиксированными разделами:

Распределение памяти динамическими разделами:

Распределение памяти перемещаемыми разделами:

Распределение памяти фиксированными разделами:

Разбиение всего объема оперативной памяти на несколько разделов может осуществляться единовременно (то есть в процессе генерации варианта операционной системы, который потом и эксплуатируется) или по мере необходимости оператором системы.

Подсистема управления памятью в этом случае выполняет следующие задачи:

• Сравнивает объем памяти, требуемый для вновь поступившего процесса, с размерами свободных разделов и выбирает подходящий раздел;

• Осуществляет загрузку программы в один из разделов и настройку адресов. Уже на этапе трансляции разработчик программы может задать раздел, в котором ее следует выполнять.

В каждом разделе в каждый момент времени может располагаться по одной программе (задаче).

При небольшом объеме памяти и, следовательно, небольшом количестве разделов увеличить число параллельно выполняемых приложений можно за счет замены их в памяти, или свопинга (swapping). При свопинге задача может быть целиком выгружена на магнитный диск (перемещена во внешнюю память), а на се место загружается либо более привилегированная, либо просто готовая к выполнению другая задача, находившаяся на диске в приостановленном состоянии. Основным недостатком рассматриваемого способа распределения памяти является наличие порой достаточно большого объема неиспользуемой памяти.