Билет №20

Билет №20.

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 кэш-памяти процессоров или в ОП.

Рис. 1. 51. Организация кэш-памяти в многопроцессорных 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 кэш-контроллеров.

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 портами (входами) по одному для каждого из процессоров. В этом случае кэш-память называется многовходовой.

Рис. 1. 52. Использование единой кэш-памяти 3. Некэшируемая область в ОП. Т. к. имеется канал прямого доступа к памяти, который является специализированным 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 области возможно путем копирования программным обеспечением этой области в кэшируемую память. В этом случае нужно использовать семафорный механизм взаимного исключения.

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), допуска -
ющиепеpезапись 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.