Билет №20. Целостность данных в системах кэш

Билет №20.
1) Целостность данных в системах кэш-памяти.
Проблема обеспечения целостности данных хранящихся в ОП для
многопроцессорных систем, заключающаяся в том, что трудно
определить, где находятся не актуализированные данные — в кэшпамяти процессоров или в ОП.
Рис. 1. 51. Организация кэш -памяти в многопро цессорных системах
У нас имеется 2 процессора и имеется единая ОП, но у каждого
процессора имеется своя кэш -память. Допустим у нас есть некая
область в ОП. Процессор 1, обратившись к этой области ОП,
получает в кэш -памяти копию этих данных. Если процессор изменил
данные кэш -памяти, при использовании метода обратной записи, то
возникает нарушение целостности данных, то есть данные кэш памяти и ОП различны. Другой процессор, который использует туже
самую область памяти «уверен», что данные в этой области
целостны и получает эту копию в свою кэш -память. Это приводит к
тому, что данные обрабатываются неправильно.
Существуют 3 метода обеспечения целостности данных в ОП:
1. Очистка кэш-памяти. Заключается в том, что после изменения
данных в кэш -памяти место освобождается. Для обеспечения
целостности данных необходимо, чтобы кэш -контроллеры были
связаны и очистка происходила во всех кэш -памятях. При этом
данные очищаются не в том месте, где произошло изменение, а в
тех местах, которые содержат этот блок — у других к эшконтроллеров.
2. Аппаратная прозрачность. Аппаратная прозрачность
организуется двумя способами:
запись в кэш -память приводит к записи изменённых данных во все
другие кэш-памяти. Идея заключается в том, чтобы обеспечить
связь двух кэш-контроллеров. Каждый хранит адреса блоков под
управлением другого кэш -контроллера. В случае доступа
процессора, к одному и тому же блоку действия контроллеров
согласуются;
Использование единой кэш -памяти для всех процессоров, которая
работает с основной памятью с двумя порта ми (входами) по одному
для каждого из процессоров. В этом случае кэш -память называется
многовходовой.
2)
3) Рис. 1. 52. Использование единой кэш -памяти
4) 3. Некэшируемая область в ОП. Т.к. имеется канал прямого
доступа к памяти, который является специализированн ым
процессором по пересылке данных и вполне возможны различные
конфликты, то общесистемные переменные хранятся в области,
которая не подлежит кэшированию. Все запросы к некэшируемой
области ОП вызывают кэш -промахи. Повышение быстродействия
в некэшируемой о бласти возможно путем копирования
программным обеспечением этой области в кэшируемую память.
В этом случае нужно использовать семафорный механизм
взаимного исключения.
5) Текстовый режим работы видеосистемы. Организация
видеобуфера. Отображение видеобуфера на экран дисплея.
Под видеосистемой понимается комбинация дисплея и адаптера. Монитор (дисплей)
компьютера IBM PC предназначен для вывода на экран текстовой и графической
информации. Адаптер управляет дисплеем с платы в одном из разъемов расширения (в
некоторых компьютерах адаптер находится на основной схемной плате). Мониторы могут
быть цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов:
текстовом или графическом.
Текстовый режим. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на
отдельные участки- знакоместа, чаще всего на 25 строк по 80 символов (знакомест). В
каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. В
число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, а также
псевдографические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм,
построения рамок вокруг участков экрана и т. д.
В число символов, изображаемых на экране в текстовом режиме могут входить и
символы кириллицы (буквы русского алфавита). На цветных мониторах каждому
знакоместу может соответствовать свой цвет символа и свой цвет фона, что позволяет
выводить красивые цветные надписи на экран.
На монохромных мониторах для выделения отдельных частей текста и участков экрана
используются повышенная яркость символов, подчеркивание и инверсное изображение
(темные символы на светлом фоне).
Архитектура видеоадаптеров
В видеоадаптере VGA можно условно выделить семь логических блоков.
Видеопамять: в видеопамяти размещаются данные, отображаемые на экране дисплея.
Логически она содержится в едином адресном пространстве ОС. Минимальный объем
видеопамяти для VGA = 256 КБ. Физически видеопамять разделена на четыре банка, или
цветовых слоя, использующих единое адресное пространство. Понятно, что чем больше
емкость видеопамяти, тем большее разрешение или цветов можно получить, а
следовательно вывести более сложное изображение.
Требования к памяти в Кбайтах
Число цветов
Разрешение
16
256
64000
16
М
640х480
150
300
600
900
800х600
234
470
940
1400
1024х768
384
770
1500
2300
В новых видеоадаптерах применяются специальные микросхемы VRAM они имеют два
начала обращения: один для считывания данных и формирование видеосигнала, а второй
для чтения и записи данных при обращении CPU. Оба канала действуют параллельно и
независимо, поэтому скорость передачи информации возрастает.
2. Графический контроллер: управляет обменом данных между CPU и видеопамятью. Он
позволяет производить над данными VRAM и данными в регистрах простейшие
логические операции.
3. Последовательный преобразователь(RAMDAC): выбирает из видеопамяти один или
несколько байт, преобразует их в последовательный поток битов, которые передаются в
контроллер атрибутов.
4. Контроллер ЭЛТ: генерирует временные синхросигналы, управляющие ЭЛТ.
5. Контроллер атрибутов: преобразует информацию о цветах из формата, в котором она
хранится в видеопамяти, в формат, необходимый для ЭЛТ. Преобразование цветов
осуществляется в соответствии с таблицей цветовой палитры. Например, модифицируя
таблицу цветовой палитры можно выбрать 16 цветов из 64, которые может отображать
EGA или 256 цветов из палитры 256К для VGA. В адаптере VGA контроллер атрибутов
преобразует информацию о цветах текстового режима и пиксельные данные
графического режима в 8-битные индексы, выбирающие регистры цвета ЦАП.
6.Синхронизатор: управляет всеми временными параметрами видеоадаптера и доступом
CPU к цветовым слоям видеопамяти.
7. Видео-ПЗУ (Video ROM): постоянное запоминающее устpойство, в котоpое записаны
видео-BIOS, экpанныешpифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется
видеоконтpоллеpомнапpямую - к нему обpащается только центpальныйпpоцессоp, и в
pезультате выполнения им пpогpамм из ПЗУ пpоисходятобpащения к видеоконтpоллеpу и
видеопамяти. Hа многих совpеменныхкаpтах устанавливаются
электpическипеpепpогpаммиpуемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающиепеpезапись пользователем под упpавлением специальной пpогpаммы из
комплекта каpты. ПЗУ необходимо только для пеpвоначального запуска адаптеpа и
pаботы в pежиме MS DOS, Novell Netware и дpугих ОС, pаботающих пpеимущественно
в текстовом pежиме; опеpационные системы Windows, OS/2 и им подобные,
pаботающие чеpез собственные видеодpайвеpы, не используют ПЗУ для упpавления
адаптеpом, либо используют его только пpи выполнении пpогpамм для MS-DOS.
Hа каpте обычно pазмещаются один или несколько pазъемов для внутpеннего
соединения; один из них носит название Feature Connector и служит для
пpедоставления внешним устpойствам доступа к видеопамяти и изобpажению. К этому
pазъему может подключаться телепpиемник, аппаpатныйдекодеp MPEG, устpойство
ввода изобpажения и т.п. Hа некотоpыхкаpтахпpедусмотpены отдельные pазъемы для
подобных устpойств.