text stringlengths 0 4.32k |
|---|
Группа описаний может состоять из одного или более архитектурных описаний. Каждое такое архитектурное описание разрабатывается с применением установленных соответствующим ему методов архитектурного описания. Архитектурное описание может входить более чем в одну группу описаний74-6. |
Существует три типа группы описаний функциональные, логические и физические. Каждая из групп предназначена для описания собственных точек зрения и соответствующего им уровня сложности6224. |
Данная группа обеспечивает представление с точки зрения пользователей или операторов, которое включает продукты, относящиеся к фазам, сценариям и потокам задач операционной системы. Информационный поток может быть рассмотрен с пользовательского ракурса, также описываются и пользовательские интерфейсы. Примером продукто... |
Данная группа обеспечивает представление с точки зрения руководителя или заказчика. Логическое представление включает продукты, которые определяют системные границы с её окружением и функциональные интерфейсы с внешними системами, также основные функции и поведение системы, потоки информации, внутренние и внешние набор... |
Данная группа обеспечивает представление с точки зрения проектировщиков. Включает в себя |
Продукт может включать в себя физические блок-схемы на довольно высоком уровне детализации, топологии базы данных, интерфейс управления документами и стандарты. |
Все из трёх типов групп должны присутствовать в каждом описании архитектуры6224. |
Архитектурные описания в ходе жизненного цикла могут различно применяться всеми стейкхолдерами. Такие применения включают, но не ограничиваются, следующим |
</s_text> |
<s_text> |
Архитектура компьютера это модель компьютерной системы, воплощённая в её компонентах, их взаимодействии между собой и окружением, включающая также принципы её проектирования и развития12. Аспекты реализации например, технология, применяемая при реализации памяти не являются частью архитектуры3 |
Большинство современных компьютеров состоит из двух и более уровней34 |
Первая документально оформленная компьютерная архитектура находилась в переписке между Чарльзом Бэббиджем и Адой Лавлейс, описывающим механизм анализа. При создании компьютера Z1 в 1936 году Конрад Цузе описал в двух патентных заявках свои будущие проекты.5 Два других ранних и важных примера |
Статья Джона фон Неймана 1945 года, первый проект отчета об EDVAC, в котором описана организация логических элементов. |
Более подробный Предложенный Электронный Калькулятор Алана Тьюринга для Автоматического Вычислительного Двигателя, также в 1945 году, который привел статью Джона фон Неймана. |
Термин архитектура в компьютерной литературе восходит к работам Лило Р. Джонсона, Фридриха П. Брукса-младшего и Мохаммада Усмана Хана, которые все были сотрудниками отдела машинной организации в главном исследовательском центре IBM в 1959 году. Джонсону представилась возможность написать собственный отчет об исследован... |
Позднее Брукс, дизайнер стрейтча, начал работу над второй книгой Планирование компьютерной системы проект Stretch, изд., W. Buchholz, 1962, написав |
Компьютерная архитектура, как и другая архитектура, это искусство определения потребностей пользователя структуры, а затем проектирования для максимально эффективного удовлетворения этих потребностей в рамках экономических и технологических ограничений |
Брукс продолжал помогать в разработке линейки компьютеров IBM System 360 теперь называемой IBM zSeries, в которой архитектура стала существительным, определяющим то, что пользователь должен знать.6 |
Самые ранние компьютерные архитектуры разрабатывались на бумаге, а затем непосредственно внедрялись в конечную аппаратную форму, а позже прототипы компьютерной архитектуры были физически созданы в виде транзисторно-транзисторной логической системы TTL, такой как прототипы 6800 и протестированный PA-RISC, и исправлены п... |
</s_text> |
<s_text> |
Микроархитектура иногда сокращается до µarch или uarch способ, которым данная архитектура набора команд реализована в процессоре. |
Каждая архитектура набора команд может быть реализована с помощью различных микроархитектур1. Реализации могут варьироваться в зависимости от целей конкретной разработки или в результате технологических сдвигов2. |
Архитектура компьютера является комбинацией микроархитектуры, микрокода и архитектуры набора команд. |
Архитектура набора команд это приблизительно то же самое, что и модель программирования, с точки зрения программиста на языке ассемблера или создателя компилятора. Архитектура набора команд, в числе прочего, включает модель исполнения, регистры процессора, форматы адресов и данных, в то время, как микроархитектура вкл... |
Однако во многих случаях работа элементов микроархитектуры контролируется микрокодом, встроенным в процессор. В случае наличия слоя микрокода в архитектуре процессора он выступает своеобразным интерпретатором, преобразуя команды уровня архитектуры набора команд в команды уровня микроархитектуры. При этом различные сист... |
Микроархитектура машины обычно представляется в виде диаграмм определённой степени детализации, описывающие взаимосвязи различных микроархитектурных элементов, которые могут быть чем угодно от отдельных вентилей и регистров до целых АЛУ и даже более крупных элементов. На этих диаграммах обычно выделяют тракт данных где... |
Машины с различной микроархитектурой могут иметь одинаковую архитектуру набора команд и, таким образом, быть пригодными для выполнения тех же программ. Новые микроархитектуры или схемотехнические решения вместе с прогрессом в полупроводниковой промышленности позволяют новым поколениям процессоров достигать более высоко... |
Конвейерный тракт данных является наиболее широко используемым в современных микроархитектурах. Эта техника используется в большинстве современных микропроцессоров, микроконтроллеров и цифровых сигнальных процессоров. Конвейерная архитектура позволяет нескольким инструкциям перекрываться в исполнении, что напоминает сб... |
Некоторые из этих стадий включают выбор инструкций, декодирование инструкций, исполнение и запись результата. Некоторые архитектуры включают другие стадии, такие как доступ к памяти. Дизайн конвейера один из центральных вопросов проектирования микроархитектуры. |
Устройства исполнения также являются ключевыми для микроархитектуры. Они включают арифметико-логические устройства, устройства обработки чисел с плавающей точкой, устройства выборки и хранения, прогнозирование ветвления, параллелизм на уровне данных SIMD. Эти блоки производят операции или вычисления процессора. Выбор ч... |
Проектные решения уровня системы, такие как включать или нет периферийные устройства типа контроллеров памяти, могут считаться частью процесса разработки микроархитектуры, поскольку они содержат решения по уровню производительности и способам соединения этих периферийных устройств. |
В отличие от архитектурного дизайна, где достижение определённого уровня производительности является главной целью, проектирование микроархитектуры уделяет большее внимание другим ограничениям. Поскольку дизайн микроархитектуры прямо влияет на то, что происходит в системе, внимание должно быть уделено следующим проблем... |
В общем случае, все ЦПУ, одночиповые микропроцессоры и многочиповые реализации выполняют программы, производя следующие шаги |
Эта последовательность выглядит просто, но осложняется тем фактом, что иерархия памяти где располагаются инструкции и данные, которая включает в себя кэш, основную память и энергонезависимые устройства хранения, такие как жёсткие диски, всегда была медленнее самого процессора. Шаг 2 часто привносит длительные по меркам... |
Краткий обзор микроархитектурных концепций, распространённых в современных процессорах. |
За годы системы команд развились от изначально очень простых до иногда очень сложных в определённых отношениях. В последнее время наиболее распространёнными становятся архитектуры RISC, VLIW , EPIC. Архитектуры, имеющие дело с параллелизмом на уровне данных, включают SIMD и векторные процессоры. Следует отметить, что м... |
Однако выбор системы команд в значительной степени определяет сложность реализации высокопроизводительных устройств. Известной стратегией, использовавшейся при разработке первых RISC-процессоров, было упрощение инструкций до минимума индивидуальной семантической сложности в сочетании с высокой упорядоченностью и просто... |
Одна из первых и наиболее мощных техник повышения производительности это использование конвейера инструкций. Ранние модели процессоров должны были выполнить все описанные выше шаги для одной инструкции, прежде чем перейти к следующей. Большие части схемы оставались неиспользуемыми на любом отдельном шаге. Например, ча... |
Конвейеры увеличивают производительность, позволяя нескольким инструкциям прокладывать свой путь через процессор в одно и то же время. В том же простом примере процессор начал бы декодировать шаг 1 новую инструкцию, в то время как предыдущая ожидала бы результатов. В этом случае до четырёх инструкций могло находиться в... |
RISC сделал конвейеры меньше и значительно проще в конструировании, отделив каждый этап обработки инструкций, зафиксировав длину машинной инструкции и сделав время их выполнения одинаковым один такт или как максимум один цикл доступа к памяти из-за выделения инструкций load и store. Процессор в целом функционирует на ... |
Конвейеры никоим образом не ограничиваются RISC-разработками. В 1986 году флагманская реализация VAX VAX 8800 была сильно конвейеризирована, несколько опережая коммерческие реализации MIPS и SPARC. Большинство современных процессоров даже встроенных конвейеризированы, а процессоры с микрокодом но без конвейеров можно в... |
Когда улучшения в производстве чипов позволили размещать на кристалле ещё больше логики, начался поиск способов применения этого ресурса. Одним из направлений стало размещение прямо на кристалле чипа очень быстрой кэш памяти, доступ к которой происходил всего за несколько тактов процессора, в отличие от большого их кол... |
RISC-процессоры стали снабжаться кэшем в середине-конце 1980-х часто объёмом всего 4 КБ. Этот объём постоянно возрастал, и современные процессоры имеют по крайней мере 512 КБ, а наиболее мощные 1,2,4,6,8 и даже 12 МБ кэш-памяти, организованной в иерархию. В целом, больший объём кэша означает большую производительность ... |
Кэш-память и конвейеры хорошо дополняют друг друга. Если первоначально не имело смысл создавать конвейеры, работающие быстрее времени доступа к основной памяти, то с появлением кэша конвейер стал ограничен лишь более короткими задержками доступа к быстрой памяти на чипе. В итоге это позволяло увеличивать тактовые часто... |
Одно из препятствий в достижении более высокой производительности за счёт параллелизма на уровне данных возникает вследствие остановки и переполнения конвейера при ветвлениях. Обычно до конца неизвестно, будет ли выбрана ветвь условного ветвления в конвейере, поскольку ветвление зависит от результата, который берётся и... |
Такие техники, как прогнозирование ветвлений и спекулятивное исполнение используются для уменьшения этих потерь. |
Прогнозирование ветвления заключается в том, что оборудование делает обоснованное решение о том, какая из ветвей будет выбрана для исполнения. Современные разработки имеют достаточно сложные статистические системы прогнозирования, которые используют результаты последних ветвлений для предсказания будущих с большой точн... |
Спекулятивное исполнение это дальнейшее развитие идеи, при котором инструкции из предсказанного пути не только считываются, но и исполняются до того, как становится точно известно, будет ли выбрана ветвь. Это помогает достичь высокой производительности, если решение было правильным, но вызывает риск большой потери вре... |
Изначально, даже процессоры конвейерной микроархитектуры могли запускать только одну инструкцию в каждый момент времени. Очевидно, что программы могли бы выполняться быстрее, если запускать несколько инструкций одновременно. Именно этого достигают суперскалярные микроархитектуры за счёт использования нескольких одинако... |
В современных разработках часто можно видеть два устройства выборки, одно устройство хранения многие инструкции не имеют результатов для хранения, два или более целочисленных АЛУ, два или более устройства обработки чисел с плавающей точкой, устройство SIMD и другие. Логика управления значительно усложнилась, обеспечива... |
Появление кэшей сократило частоту и длительность простоев из-за ожидания чтения данных из иерархии памяти, но не устранило их совсем. В ранних разработках отсутствие данных в кэше вынуждало контроллер кэша остановить процессор и ожидать. Очевидно, что в программе почти всегда есть другие инструкции, данные для которых ... |
Переименование регистров это техника, позволяющая избежать ненужного последовательного выполнения инструкций программы вследствие использования этими инструкциями одних и тех же регистров. Предположим, имеется две группы инструкций, использующих один регистр. Одна группа инструкций должна предшествовать другой для тог... |
В определённый период разработчики компьютеров оказались в тупике, связанном с растущим несоответствием между рабочими частотами ЦПУ и временем доступа к DRAM. Ни одна из технологий, эксплуатирующих параллелизм уровня инструкций внутри одной программы не могла компенсировать длительные остановки, возникающие когда данн... |
Эта тенденция также известна как вычисления с высокой пропускной способностью enHigh-throughput computing и возникла в своё время на рынке мэйнфреймов, где OLTP требовала не столько высокой скорости обработки отдельной транзакции, сколько возможности обрабатывать большое их число одновременно. С распространением прилож... |
Одним из способов достижения параллелизма такого вида являются многопроцессорные системы компьютеры с несколькими ЦПУ. Когда-то ограничивавшиеся мэйнфреймами и суперкомпьютерами, многопроцессорные системы в виде миниатюрных 2-8-процессорных серверов становятсяисточник не указан 3719 дней обычным явлением в малом бизне... |
По мере дальнейшего уменьшения размера транзисторов с соответствующим увеличением их числа в интегральных микросхемах получали распространение многоядерные процессоры, у которых несколько физических процессорных ядер размещаются в единственном кремниевом чипе. Сначала такие решения предназначались для рынка встроенных ... |
Многопоточность является ещё одной технологией, получившей распространение сравнительно недавнокогда?. Суть её в том, что когда процессору необходимо получить данные из медленной основной памяти, он вместо того, чтобы простаивать в ожидании этих данных, переключается на выполнение другого программного потока, который г... |
Дальнейшее развитие микроархитектур в этом направлении связано с одновременной многопоточностью. При этом суперскалярный процессор выполняет инструкции разных программ и потоков одновременно. |
</s_text> |
<s_text> |
Операционная система, сокр. ОС англ. operating system, OS программное обеспечение, управляющее компьютерами включая микроконтроллеры и позволяющее запускать на них прикладные программы1. Предоставляет программный интерфейс для взаимодействия с компьютером, управляет прикладными программами1 и занимается распределением... |
В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными встроенными микропрограммами драйверами с одной стороны и прикладными программами с другой. |
Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций см. интерфейс программирования приложений. |
В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной а иногда и единственной частью системного программного обеспечения. С 1990-х годов наиболее распространёнными операционными системами являются системы семейства Windows, Unix и UNIX-подобные системы. |
Предшественником операционных систем следует считать служебные программы загрузчики и мониторы, а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения конец 1940-х годов. Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с обор... |
В 19501960-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы. Одной из самых первых операционных систем была GM-NAA IO, разработанная в 195... |
Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции пакетного режима исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не ... |
Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ. |
Необходимость в разделении времени многозадачности, мультипрограммировании проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями 1960-е годы. Поскольку скорость клавиатурного ввода и даже чтения с экрана данных оператором намного ни... |
Разделение времени позволило создать многопользовательские системы, в которых один как правило центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач таких как ввод или редактирование данных оператором могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи такие как ... |
Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой намеренно или по ошибке, а также изменения самой системы прикладной программой. |
Реализация разделения полномочий в операционных системах была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора реальным в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера и защищённым в котором доступность адресного пространства ограничена ди... |
Применение универсальных компьютеров для управления производственными процессами потребовало реализации масштаба реального времени реального времени синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами. |
Включение функции масштаба реального времени позволило создавать решения, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи в пакетном режиме иили в режиме разделения времени. |
Постепенная замена носителей с последовательным доступом перфолент, перфокарт и магнитных лент накопителями произвольного доступа на магнитных дисках. |
Файловая система способ хранения данных на внешних запоминающих устройствах. |
Основные функции |
Дополнительные функции |
Существуют две группы определений операционной системы набор программ, управляющих оборудованием и набор программ, управляющих другими программами. Обе они имеют свой точный технический смысл, который связан с вопросом, в каких случаях требуется операционная система. |
Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры, содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях иногда по десятку в каждом, простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игров... |
Операционные системы нужны |
Таким образом, современные универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как |
Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов в самой операционной системе. В составе операционной системы различают три группы компонентов |
Большинство программ, как системных входящих в операционную систему, так и прикладных, исполняются в непривилегированном пользовательском режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ только посредством системных вызовов. Ядро испо... |
В определении состава операционной системы значение имеет критерий операциональной целостности замкнутости система должна позволять полноценно использовать включая модификацию свои компоненты. Поэтому в полный состав операционной системы включают и набор инструментальных средств от текстовых редакторов до компиляторов,... |
Ядро центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие так... |
Как основополагающий элемент операционной системы, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмо... |
Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации. |
Объекты ядра ОС |
Семейство Windows |
Семейство UNIX |
К концу 1960-х годов отраслью и научно-образовательным сообществом был создан целый ряд операционных систем, реализующих все или часть очерченных выше функций. К ним относятся Atlas Манчестерский университет, CTSSангл. и ITSангл. Массачусетский технологический институт, MIT, THE Эйндховенский технологический университе... |
Наиболее развитые операционные системы, такие как OS360 IBM, SCOPE CDC и завершённый уже в 1970-х годах Multics MIT и Bell Labs, предусматривали возможность исполнения на многопроцессорных компьютерах. |
Эклектичный характер разработки операционных систем привёл к нарастанию кризисных явлений, прежде всего, связанных с чрезмерными сложностью и размерами создаваемых систем. Системы были плохо масштабируемыми более простые не могли использовать все возможности крупных вычислительных систем более развитые неоптимально исп... |
Задуманная и реализованная в 1969 году Кеном Томпсоном при участии нескольких коллег включая Денниса Ритчи и Брайана Кернигана, операционная система UNIX первоначально UNICS, что обыгрывало название Multics собрала в себя многие черты более ранних систем, но обладала целым рядом свойств, отличающих её от большинства пр... |
Subsets and Splits
No community queries yet
The top public SQL queries from the community will appear here once available.