<<
>>

Глава 6 Многопрограммный режим работы компьютеров

В упомянутом в 4.2.8 реальном режиме все ресурсы компьютера предоставляют- ся в монопольное использование единственной выполняющейся программе — таким образом, компьютер работает в однопрограммном режиме.
Используемый в этом режиме механизм сегментации памяти обеспечивает программе возмож- ность доступа к любым полям оперативной памяти. Если сохранить эту возмож- ность в многопрограммном режиме, который необходимо организовать для по- лучения реального выигрыша от совмещения во времени операций ввода/вывода и вычислительных действий центрального процессора, то любая программа может по ошибке или целенаправленно записать некоторый код в поле памяти, принадлежащее другой выполняющейся в это же время программе. Тем самым будет уничтожен уже находящийся в этом поле код. В общем случае это приве- дет к искажению всей программы. Следовательно, одновременно выполняющиеся программы нуждаются в защите от взаимного влияния, от взаимного разруше- ния данных и программного кода. Именно поэтому многопрограммный режим работы процессоров Intel называется защищенным.

ВНИМАНИЕ --------------------------------------------------------------------------------------------------------

Реальный режим процессоров Intel однопрограммный. В этом режиме все модели процессоров Intel являются логическими аналогами процессора i8О86. Защищенный режим процессоров Intel — многопрограммный. В этом режиме реализован комплекс мер по защите программ от взаимного влияния и разрушения.

В отличие от реального режима, в защищенном режиме аппаратные и программ- ные ресурсы компьютера должны быть распределены неким образом между всеми одновременно выполняющимися программами. Общие ресурсы компьютера могут использоваться такими программами одновременно либо по очереди.

Вместе с тем любой программе для ее полноценного и безошибочного выполне- ния требуются и принадлежащие только ей ресурсы.

Наиболее важным из таких ресурсов являются индивидуальные участки оперативной памяти, доступ к ко- торым может получить только программа-хозяйка и не могут другие программы. Так же монопольно должны закрепляться за программой специальные таблицы, в которых описываются выделенные ей участки памяти. Поэтому в многопро- граммном режиме вводится новое, более широкое по сравнению с понятием про- граммы понятие задачи.

ВНИМАНИЕ --------------------------------------------------------------------------------------------------------

Задачей называется совокупность из выполняющейся программы и выделенных ей для выполнения аппаратных и программных ресурсов. Задача является основной единицей работы вычислительной системы в многопрограммном режиме. Адрес- ным пространством задачи называется совокупность адресов оперативной памяти, по которым может обращаться выполняющаяся программа.

Для организации многопрограммной работы в защищенном режиме работы про- цессоров Intel предусмотрено несколько механизмов, обеспечивающих различ- ные аспекты защиты. Это механизмы сегментации, виртуальной памяти, приви- легированного доступа, прерываний и переключения задач.

Механизм сегментации оперативной памяти в защищенном режиме обеспечива- ет программам такой доступ к сегментам, который делает невозможным взаим- ное разрушение программ во время их одновременного выполнения. Сегмента- ция оперативной памяти в защищенном режиме существенно отличается от сегментации в реальном режиме.

В многопрограммном режиме каждой программе выделяется несколько сегмен- тов памяти. Современным программам требуется довольно много памяти, поэто- му количество сегментов, выделенных программе, может быть довольно боль- шим. А если в оперативной памяти находится не одна программа, а несколько, то имеющегося в компьютере фактического объема памяти может оказаться недостаточно. Следовательно, требуется механизм, который обеспечивает все выполняющиеся программы достаточным объемом оперативной памяти вне за- висимости от реально имеющегося в компьютере ее объема.

Таким механизмом является виртуальная память.

ВНИМАНИЕ --------------------------------------------------------------------------------------------------------

Виртуальной[6] памятью называется механизм, обеспечивающий выполняющимся программам доступ к оперативной памяти, объем которой ограничен только адрес- ным пространством компьютера и не зависит от имеющегося в нем фактического объема оперативной памяти.

В защищенном режиме сегментами оперативной памяти и виртуальной памятью управляют аппаратные средства компьютера, которые обеспечивают:

? компактность указания адреса в машинных командах программы;

? гибкость механизмов адресации, поддерживающих эффективную работу про- граммы с данными любой сложной структуры;

? защиту адресных пространств задач;

? поддержку виртуальной памяти с возможным объемом до 4 Тбайт.

Механизм сегментации защищенного режима обеспечивает программам поль- зователей защиту от взаимного влияния, делая невозможным для любой та- кой программы доступ к «чужому» участку оперативной памяти. Вместе с тем операционная система для выполнения своих функций должна иметь доступ к любым участкам оперативной памяти, чтобы, например, при появлении ошиб- ки в программе определить ее характер и местоположение. Таким образом, доступ к участку памяти должен зависеть от того, какая программа к нему об- ращается. Такое разграничение осуществляет механизм привилегированного доступа.

В многопрограммном режиме, так же как и в однопрограммном, во время выпол- нения программы могут происходить прерывания различных типов. Но в много- программном режиме обработка прерываний осложняется тем, что при наличии в системе нескольких центральных процессоров они могут возникнуть одновре- менно у нескольких программ. Поэтому механизм прерываний в защищенном режиме устроен сложнее, чем в процессоре i8О86.

Неоднократно использованное ранее в качестве основного признака многопро- граммного режима выражение «одновременно выполняющиеся программы» не совсем точно.

Оно является более кратким заменителем выражения «програм- мы, одновременно находящиеся на стадии выполнения». В многопрограммном режиме в оперативной памяти действительно может находиться несколько про- грамм на стадии выполнения. Но если центральный процессор в системе толь- ко один, то он выполняет такие программы поочередно, выделяя каждой из них некоторый временной интервал, который принято назвать квантом времени. В силу того что процессор работает очень быстро, в режиме квантования вре- мени во многих случаях создается иллюзия того, что программы выполняются одновременно. Для реализации поочередного выполнения программ необходим некоторый механизм, регулирующий переход процессора от выполнения одной программы к выполнению другой. Такое регулирование осуществляется меха- низмом переключения задач.

В следующих двух разделах рассматриваются важные для разработки приклад- ных программ вопросы организации памяти. Обсуждение механизмов привиле- гированного доступа, обработки прерываний и переключения задач выходит за рамки данного учебника. Подробное описание этих механизмов защищенного режима можно найти в [13], [25].

6.1.

<< | >>
Источник: Степанов А. Н.. Архитектура вычислительных систем и компьютерных сетей. 2007

Еще по теме Глава 6 Многопрограммный режим работы компьютеров:

  1. Статья 361. Несанкционированное вмешательство в работу электронно-вычислительных машин (компьютеров), автоматизированных систем, компьютерных сетей или сетей электросвязи
  2. Статья 363-1. Препятствование работе электронно-вычислительных машин (компьютеров), автоматизированных систем, компьютерных сетей или сетей электросвязи путем массового распространение сообщений электросвязи
  3. Глава 3 Родина, государство и политический режим
  4. Глава 32. Гражданско-правовой режим информации, составляющей коммерческую тайну (ноу-хау)
  5. Компьютеры, компьютеры, компьютеры!
  6. Таненбаум Э.. Архитектура компьютера. 5-е изд, 2007
  7. Компьютер – друг человека или враг
  8. Мозг и компьютер.
  9. Мозг и компьютер.
  10. По пути наименьшего сопротивления. Построение гороскопа на компьютере
  11. 1.2.1.2. Режим рабочего времени. Особый режим рабочего времени.
  12. Глава 6 Индивидуальная работа
  13. Богомазова Г.Н.. Установка и обслуживание программного обеспечения персональных компьютеров, серверов, периферийных устройств и оборудования, 2015
  14. Глава 9. Психотехникав работе юриста
  15. Глава 9. Психотехника в работе юриста