Переключение задач и виртуальные машины

Имеются 2 процессора, которые должны выполняться как бы одновременно

Сначала запускается 1 процесс, а через некоторое время его работы, по аппаратному прерыванию от таймера в момент сохранения образ его текущего состояния и запускается другой процесс.

Через некоторое время по следующему прерыванию выполняется обратное переключение

Эти переключения задач следует выполнять в течении исполнения обеих программ с частотой созданной у пользователя. Иллюзию непрерывности и одновременности. Ресурсы процессора делятся между задачами пропорционально выделенным им квантом времени.

Процессоры семейства х 86 начиная со второго и третьего поколений имеют встроенные средства многозадачности работающие в защищенном режиме.

В распоряжение программы предоставляется виртуальная машина, в которой, управление передается программе как будто он единственный процесс

При этом многозадачная ОС распределяет процессорное время, память, устройства хранения, устройства в/в, и коммуникационное устройства.

Защищенный режим и виртуальная память

Современные ОС используют защищенный режим процессора, в котором меры принудительной защиты критических ресурсов реализуются на аппаратном уровне

Программа может взаимодействовать с подсистемами компьютера, только через:

1. Пространство памяти

2. Порты в/в

3. Аппаратные прерывания

Почему защищать нужно только эти ресурсы?

Самая сложная защита ресурсов – пространство памяти

Чем сложнее программа и больше объем обрабатываемой ею данных, тем больше ее потребность в памяти

В первых процессорах память предоставлялась в виде сегментов по 64 кб ( 1 мб – объем общей памяти)

В дальнейшем потребности решаемых задач переросли эти ограничения и в процессоры ввели средства организации внешней памяти и дополнительно был введен механизм страничной переадресации памяти.

Таким образом, в распоряжении всех процессов используемых псевдопараллельно передается виртуальная оперативная память (размер которой ограничен суммой объекта физической ОП и областью дисковой памяти, выделенной для подкачки страниц).

14.11.11

Архитектура и микроархитектура процессоров

Под архитектурой процессора понимается его программная модель, т.е. программно-видимое свойство.

Под микроархитектурой понимается внутренняя реализация этой программной модели.

Для одной и той же архитектуры 64 разрядных процессоров разными и в разных поколениях применяются существенно различающиеся микроархитектурные реализации, при этом стремятся с максимальному повышению производительности. Существенное значение имеет реализация различных способов конвейеризации распараллеливания вычислительных процессов, а также других технологий, не свойственных процессорам прежних поколений. Предполагает разбивку выполнение каждой инструкции на несколько этапов, причем каждый этап выполняется на своей ступени конвейера процессора. Процессор, имеющий один конвейер называется скалярным. Процессор ,имеющий более одного конвейера, которые могут обрабатывать инструкции параллельно, называется супер скалярным (Pentium).

Переименование регистров. Позволяет обойти архитектурное ограничение на возможность параллельного выполнения данных доступно 6 общих регистров, продвижение данных ,начало исполнение инструкции до готовности всех операндов. Предсказание переходов. Позволяет продолжить выборку и декодирование потока инструкции после выборки. Формула перехода не дожидаясь проверки самого условия.

1. Динамическое предсказание

2. Исполнение по предположению (спекулятивная).

Исполнение с изменением последовательности инструкций. Изменяет порядок внутренних манипуляции данными, а внешние операции вв/выв и записи памяти выполняются в порядке, предписанном программным кодом. Эта способность может блокироваться несовершенством программного кода, если он генерируется без учета такой возможности.

Производительность процессора возрастает от поколения к поколению, причем это обеспечивается двумя факторами:

1. Растет тактовая частота ядра.

2. Сокращается число тактов процессорного ядра на одну инструкцию.