Основы архитектуры вычислительной системы

Современный компьютер и его программное обеспечение невозможно рассматривать в отдельности друг от друга. Рассматривая функционирование компьютера, мы всегда имеем в виду функционирование системы, в которой интегрированы аппаратура компьютера и его программное обеспечение. Результатом этой интеграции является вычислительная система (ВС), возможности и эксплуатационные качества которой определяются как аппаратурой компьютера, так и функционирующим на нем программным обеспечением. Вычислительную систему можно определить, как совокупность аппаратных и программных средств, функционирующих в единой системе и предназначенных для решения задач определенного класса. Рассмотрим структурную организацию вычислительной системы.

1. Содержание

   • Содержание
   • 1 Введение 5
   • 2 Управление процессами 87
   • 3 Реализация межпроцессного взаимодействия в ос Unix 114
   • 4 Файловые системы 152
   • 4.1 Основные концепции 152
   • 5 Управление оперативной памятью 181
   • 6 Управление внешними устройствами 196
   • Введение
   • Пакетная обработка заданий.
   • Развитие языков и систем программирования.
   • Этапы эволюции.
   • Основы архитектуры вычислительной системы
   • Структура вс
   • Структура вычислительной системы.
   • Аппаратный уровень вс
   • Управление физическими ресурсами вс
   • Пример зависимости от драйвера.
   • Управление логическими/виртуальными ресурсами
   • Системы программирования
   • Этапы проектирования.
   • Кодирование.
   • Тестирование.
   • Каскадная модель.
   • Каскадная итерационная модель.
   • Спиральная модель.
   • Прикладные системы
   • Первый этап развития прикладных систем.
   • Второй этап развития прикладных систем.
   • Третий этап развития прикладных систем.
   • Пакет программ Microsoft Office.
   • Пакет MathCad.
   • Система BaaN.
   • Выводы, литература
   • Структура организации вычислительной системы.
   • Основы компьютерной архитектуры
   • Структура, основные компоненты
   • Структура компьютера фон Неймана.
   • Базовая архитектура современных компьютеров.
   • Оперативное запоминающее устройство
   • Ячейка памяти.
   • Контроль четности.
   • Озу без расслоения памяти — один контроллер на все банки.
   • Озу с расслоением памяти — каждый банк обслуживает отдельный контроллер.
   • Центральный процессор
   • Структура организации центрального процессора.
   • Регистровая память
   • Устройство управления. Арифметико-логическое устройство
   • Общая схема работы кэШа.
   • Аппарат прерываний
   • Использование иерархической модели регистров прерывания.
   • Использование вектора прерываний.
   • Этап программной обработки прерываний.
   • Внешние устройства
   • Внешние устройства.
   • Внешние запоминающие устройства
   • Магнитная лента.
   • Принцип устройства магнитного диска.
   • Принцип устройства магнитного барабана.
   • Принцип устройства памяти на магнитных доменах.
   • Модели синхронизации при обмене с внешними устройствами
   • Синхронная и асинхронная работа с ву.
   • Потоки данных. Организация управления внешними устройствами
   • Непосредственное управление центральным процессором внешнего устройства.
   • Синхронное/асинхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств.
   • Использование контроллера прямого доступа к памяти (dma) или процессора (канала) ввода-вывода при обмене.
   • Иерархия памяти
   • Иерархия памяти.
   • Аппаратная поддержка операционной системы и систем программирования
   • Требования к аппаратуре для поддержки мультипрограммного режима
   • Мультипрограммный режим.
   • Проблемы, возникающие при исполнении программ
   • Вложенные обращения к подпрограммам.
   • Перемещаемость программы по озу.
   • Фрагментация памяти.
   • Регистровые окна
   • Регистровые окна.
   • Регистровые окна. Вход и выход из подпрограммы.
   • Системный стек
   • Системный стек.
   • Виртуальная память
   • Страничная организация памяти.
   • Страничная организация памяти. Преобразование виртуального адреса в физический.
   • Страничная организация памяти. Схема преобразования адресов.
   • Многомашинные, многопроцессорные ассоциации
   • Классификация мкмд.
   • Numa-система.
   • Терминальные комплексы (тк)
   • Терминальные комплексы.
   • Компьютерные сети
   • Компьютерные сети.
   • Организация сетевого взаимодействия. Эталонная модель iso/osi
   • Модель организации взаимодействия в сети iso/osi.
   • Логическое взаимодействие сетевых устройств по I-ому протоколу.
   • Семейство протоколов tcp/ip. Соответствие модели iso/osi
   • Семейство протоколов tcp/ip.
   • Взаимодействие между уровнями протоколов tcp/ip.
   • Система адресации протокола ip.
   • Маршрутизация дейтаграмм.
   • Основы архитектуры операционных систем
   • Структура ос
   • Структурная организация ос.
   • Структура ос с монолитным ядром.
   • Структура ос с микроядерной архитектурой.
   • Логические функции ос
   • Типы операционных систем
   • Структура сетевой ос.
   • Структура распределенной ос.
   • Управление процессами
   • Основные концепции
   • Модели операционных систем
   • Типы процессов
   • Типы процессов: однонитевая (а) и многонитевая (б) организации.
   • Контекст процесса
   • Реализация процессов в ос Unix
   • Процесс ос Unix
   • Разделение сегмента кода.
   • Базовые средства управления процессами в ос Unix
   • Пример использования системного вызова fork().
   • Пример использования системного вызова execl().
   • Пример использования схемы fork-exec.
   • Жизненный цикл процесса. Состояния процесса
   • Жизненный цикл процессов.
   • Формирование процессов 0 и 1
   • Формирование нулевого и первого процессов.
   • Инициализация системы.
   • Планирование
   • Взаимодействие процессов
   • Разделяемые ресурсы и синхронизация доступа к ним
   • Гонка процессов.
   • Пример тупиковой ситуации (deadlock).
   • Способы организации взаимного исключения
   • Пример двоичного семафора.
   • Классические задачи синхронизации процессов
   • Обещающие философы.
   • Реализация межпроцессного взаимодействия в ос Unix
   • Базовые средства реализации взаимодействия процессов в ос Unix
   • Способы организации взаимодействия процессов.
   • Сигналы
   • Неименованные каналы
   • Именованные каналы
   • Модель межпроцессного взаимодействия «главный–подчиненный»
   • Общая схема трассировки процессов.
   • Система межпроцессного взаимодействия ipc (Inter-Process Communication)
   • Очередь сообщений ipc
   • Очередь сообщений ipc.
   • 0666 Определяет права доступа */
   • Разделяемая память ipc
   • Массив семафоров ipc
   • Int val; /* значение одного семафора */
   • Сокеты — унифицированный интерфейс программирования распределенных систем
   • Файловые системы
   • Основные концепции
   • Структурная организация файлов
   • Атрибуты файлов
   • Основные правила работы с файлами. Типовые программные интерфейсы
   • Модель одноуровневой файловой системы.
   • Модель двухуровневой файловой системы.
   • Модель иерархической файловой системы.
   • Подходы в практической реализации файловой системы
   • Структура «системного» диска.
   • Модели реализации файлов
   • Модель непрерывных файлов.
   • Модель файлов, имеющих организацию связанного списка.
   • Модели реализации каталогов
   • Модели организации каталогов.
   • Соответствие имени файла и его содержимого
   • Пример жесткой связи.
   • Пример символической связи.
   • Координация использования пространства внешней памяти
   • Квотирование пространства файловой системы
   • Квотирование пространства файловой системы.
   • Надежность файловой системы
   • Проверка целостности файловой системы
   • Проверка целостности файловой системы. Непротиворечивость файловой системы соблюдена.
   • Проверка целостности файловой системы. Зафиксирована пропажа блока.
   • Проверка целостности файловой системы. Зафиксировано дублирование свободного блока.
   • Проверка целостности файловой системы. Зафиксировано дублирование занятого блока.
   • Проверка целостности файловой системы. Контроль жестких связей.
   • Примеры реализаций файловых систем
   • Организация файловой системы ос Unix. Виды файлов. Права доступа
   • Логическая структура каталогов
   • Логическая структура каталогов.
   • Внутренняя организация файловой системы: модель версии System V
   • Структура файловой системы версии System V.
   • Работа с массивами номеров свободных блоков
   • Работа с массивами номеров свободных блоков.
   • Работа с массивом свободных индексных дескрипторов
   • Индексные дескрипторы. Адресация блоков файла
   • Индексные дескрипторы.
   • Адресация блоков файла.
   • Файл-каталог
   • Файл-каталог.
   • Установление связей.
   • Достоинства и недостатки файловой системы модели System V
   • Внутренняя организация файловой системы: модель версии Fast File System (ffs) bsd
   • Структура файловой системы версии ffs bsd.
   • Стратегии размещения
   • Стратегия размещения последовательных блоков файлов.
   • Внутренняя организация блоков
   • Внутренняя организация блоков (блоки выровнены по кратности).
   • Выделение пространства для файла
   • Выделение пространства для файла.
   • Структура каталога ffs
   • Структура каталога ffs bsd.
   • Блокировка доступа к содержимому файла
   • Управление оперативной памятью
   • Одиночное непрерывное распределение
   • Одиночное непрерывное распределение.
   • Распределение неперемещаемыми разделами
   • Распределение неперемещаемыми разделами.
   • Распределение перемещаемыми разделами
   • Распределение перемещаемыми разделами.
   • Страничное распределение
   • Страничное распределение.
   • Иерархическая организация таблицы страниц.
   • Использование хеш-таблиц.
   • Инвертированные таблицы страниц.
   • Замещение страниц. Алгоритм «Часы».
   • Сегментное распределение
   • Сегментное распределение.
   • Сегментно-страничное распределение
   • Сегментно-страничное распределение. Упрощенная модель Intel.
   • Управление внешними устройствами
   • Общие концепции
   • Архитектура организации управления внешними устройствами
   • Модели управления внешними устройствами: непосредственное (а), синхронное/асинхронное (б), с использованием контроллера прямого доступа или процессора (канала) ввода-вывода.
   • Программное управление внешними устройствами
   • Иерархия архитектуры программного управления внешними устройствами.
   • Планирование дисковых обменов
   • Планирование дисковых обменов. Модель fifo.
   • Планирование дисковых обменов. Модель lifo.
   • Планирование дисковых обменов. Модель sstf.
   • Raid 2. Избыточность с кодами Хэмминга (Hamming, исправляет одинарные и выявляет двойные ошибки).
   • Raid 3. Четность с чередующимися битами.
   • Raid 5. Распределенная четность (циклическое распределение четности).
   • Работа с внешними устройствами в ос Unix
   • Файлы устройств, драйверы
   • Системные таблицы драйверов устройств
   • Ситуации, вызывающие обращение к функциям драйвера
   • Включение, удаление драйверов из системы
   • Организация обмена данными с файлами
   • Организация обмена данными с файлами.
   • Буферизация при блок-ориентированном обмене
   • Борьба со сбоями