Состав и назначение основной памяти компьютера

 

Министерство образования и  науки российской федерации Читинский  институт (филиал)

фгбоу впо «байкальский государственный  университет экономики и права»

Кафедра информатики

Контрольная работа

Состав и назначение основной памяти компьютера

Выполнил:

Мирончук  И.А., группа Ф 12-1

Проверил:

Щербакова И.А.

ст. преп. каф. Информатика 

Чита, 2012 

Оглавление

1. Состав и назначение основной памяти компьютера 4

1.1. Введение 4

1.2. Физическая организация памяти компьютера 4

1.3. Локальность 5

1.4. Логическая память 7

1.5. Связывание адресов 9

1.6. Функции системы управления памятью 10

1.7. Заключение 11

2. Методы доступа к передающей среде в локальных вычислительных сетях 12

1.8. Введение. 12

1.9. Основные виды топологии соединений станций ЛВС 13

1.10. Доступ к сети 14

1.11. Методы доступа 15

Случайные методы доступа 15

Маркерные методы доступа 17

Интервальные методы доступа 18

1.12. Заключение 19

3. Практическая часть контрольной работы. Тема: «Студент» 20

1.13. Описание структуры записи таблиц базы данных. 20

1.14. Заполненные исходными данными таблицы базы данных. 22

1.15. Схема данных. 24

1.16. Формы. 24

1.17. Запросы. 26

1.18. Отчет. 27

1.19. Инструкция. 28

4. Список литературы 30

5. Предметный указатель 31

1. СОСТАВ  И НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНОЙ ПАМЯТИ КОМПЬЮТЕРА

1. Введение

Главная задача компьютерной системы – выполнять программы. Программы вместе с данными, к  которым они имеют доступ, в  процессе выполнения должны (по крайней  мере частично) находиться в оперативной памяти. Операционной системе приходится решать задачу распределения памяти между пользовательскими процессами и компонентами ОС. Эта деятельность называется управлением памятью. Таким образом, память (storage, memory) является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления. В недавнем прошлом память была самым дорогим ресурсом.

Часть ОС, которая отвечает за управление памятью, называется менеджером памяти.

2. Физическая  организация памяти компьютера

Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня: основную (главную, оперативную, физическую) и вторичную (внешнюю) память.

Основная память представляет собой упорядоченный массив однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер). Процессор извлекает команду из основной памяти, декодирует и выполняет ее. Для выполнения команды могут потребоваться обращения еще к нескольким ячейкам основной памяти. Обычно основная память изготавливается с применением полупроводниковых технологий и теряет свое содержимое при отключении питания.

Вторичную память (это главным образом диски) также можно рассматривать как одномерное линейное адресное пространство, состоящее из последовательности байтов. В отличие от оперативной памяти, она является энергонезависимой, имеет существенно большую емкость и используется в качестве расширения основной памяти.

Эту схему можно дополнить  еще несколькими промежуточными уровнями, как показано на Рис.1.1. Разновидности памяти могут быть объединены в иерархию по убыванию времени доступа, возрастанию цены и увеличению емкости.

 

Многоуровневую  схему используют следующим образом. Информация, которая находится в  памяти верхнего уровня, обычно хранится также на уровнях с большими номерами. Если процессор не обнаруживает нужную информацию на i-м уровне, он начинает искать ее на следующих уровнях. Когда  нужная информация найдена, она переносится  в более быстрые уровни.

3. Локальность

Оказывается, при таком  способе организации по мере снижения скорости доступа к уровню памяти снижается также и частота  обращений к нему.

Ключевую роль здесь играет свойство реальных программ, в течение ограниченного отрезка времени способных работать с небольшим набором адресов памяти. Это эмпирически наблюдаемое свойство известно как принцип локальности или локализации обращений.

Свойство локальности (соседние в пространстве и времени объекты  характеризуются похожими свойствами) присуще не только функционированию ОС, но и природе вообще. В случае ОС свойство локальности объяснимо, если учесть, как пишутся программы  и как хранятся данные, то есть обычно в течение какого-то отрезка времени  ограниченный фрагмент кода работает с ограниченным набором данных. Эту  часть кода и данных удается разместить в памяти с быстрым доступом. В  результате реальное время доступа  к памяти определяется временем доступа  к верхним уровням, что и обусловливает  эффективность использования иерархической схемы. Надо сказать, что описываемая организация вычислительной системы во многом имитирует деятельность человеческого мозга при переработке информации. Действительно, решая конкретную проблему, человек работает с небольшим объемом информации, храня не относящиеся к делу сведения в своей памяти или во внешней памяти (например, в книгах).

Кэш процессора обычно является частью аппаратуры, поэтому менеджер памяти ОС занимается распределением информации главным образом в основной и внешней памяти компьютера. В некоторых схемах потоки между оперативной и внешней памятью регулируются программистом, однако это связано с затратами времени программиста, так что подобную деятельность стараются возложить на ОС.

Адреса в основной памяти, характеризующие реальное расположение данных в физической памяти, называются физическими адресами. Набор физических адресов, с которым работает программа, называют физическим адресным пространством.

4. Логическая  память

Аппаратная организация  памяти в виде линейного набора ячеек  не соответствует представлениям программиста о том, как организовано хранение программ и данных. Большинство программ представляет собой набор модулей, созданных независимо друг от друга. Иногда все модули, входящие в состав процесса, располагаются в памяти один за другим, образуя линейное пространство адресов. Однако чаще модули помещаются в разные области памяти и используются по-разному.

Схема управления памятью, поддерживающая этот взгляд пользователя на то, как  хранятся программы и данные, называется сегментацией. Сегмент – область памяти определенного назначения, внутри которой поддерживается линейная адресация. Сегменты содержат процедуры, массивы, стек или скалярные величины, но обычно не содержат информацию смешанного типа.

По-видимому, вначале сегменты памяти появились в связи с необходимостью обобществления процессами фрагментов программного кода (текстовый редактор, тригонометрические библиотеки и т. д.), без чего каждый процесс должен был хранить в своем адресном пространстве дублирующую информацию. Эти отдельные участки памяти, хранящие информацию, которую система отображает в память нескольких процессов, получили название сегментов. Память, таким образом, перестала быть линейной и превратилась в двумерную. Адрес состоит из двух компонентов: номер сегмента, смещение внутри сегмента. Далее оказалось удобным размещать в разных сегментах различные компоненты процесса (код программы, данные, стек и т. д.). Попутно выяснилось, что можно контролировать характер работы с конкретным сегментом, приписав ему атрибуты, например права доступа или типы операций, которые разрешается производить с данными, хранящимися в сегменте.

Рисунок 1.2. Расположение сегментов процессоров в памяти компьютера

Некоторые сегменты, описывающие адресное пространство процесса, показаны на Рис.1.2.

Большинство современных  ОС поддерживают сегментную организацию  памяти. В некоторых архитектурах (Intel, например) сегментация поддерживается оборудованием.

Адреса, к которым обращается процесс, таким образом, отличаются от адресов, реально существующих в оперативной памяти. В каждом конкретном случае используемые программой адреса могут быть представлены различными способами. Например, адреса в исходных текстах обычно символические. Компилятор связывает эти символические адреса с перемещаемыми адресами (такими, как n байт от начала модуля). Подобный адрес, сгенерированный программой, обычно называют логическим (в системах с виртуальной памятью он часто называется виртуальным) адресом. Совокупность всех логических адресов называется логическим (виртуальным) адресным пространством.

5. Связывание  адресов

Итак логические и физические адресные пространства ни по организации, ни по размеру не соответствуют друг другу. Максимальный размер логического адресного пространства обычно определяется разрядностью процессора (например, 232) и в современных системах значительно превышает размер физического адресного пространства. Следовательно, процессор и ОС должны быть способны отобразить ссылки в коде программы в реальные физические адреса, соответствующие текущему расположению программы в основной памяти. Такое отображение адресов называют трансляцией (привязкой) адреса или связыванием адресов (Рис.1.3).

Связывание логического адреса, порожденного оператором программы, с физическим должно быть осуществлено до начала выполнения оператора или в момент его выполнения. Таким образом, привязка инструкций и данных к памяти в принципе может быть сделана на следующих шагах.

Этап компиляции (Compile time). Когда на стадии компиляции известно точное место размещения процесса в памяти, тогда непосредственно генерируются физические адреса. При изменении стартового адреса программы необходимо перекомпилировать ее код. В качестве примера можно привести .com программы MS-DOS, которые связывают ее с физическими адресами на стадии компиляции.

Этап загрузки (Load time). Если информация о размещении программы на стадии компиляции отсутствует, компилятор генерирует перемещаемый код. В этом случае окончательное связывание откладывается до момента загрузки. Если стартовый адрес меняется, нужно всего лишь перезагрузить код с учетом измененной величины.

Этап выполнения (Execution time). Если процесс может быть перемещен во время выполнения из одной области памяти в другую, связывание откладывается до стадии выполнения. Здесь желательно наличие специализированного оборудования, например регистров перемещения. Их значение прибавляется к каждому адресу, сгенерированному процессом. Большинство современных ОС осуществляет трансляцию адресов на этапе выполнения, используя для этого специальный аппаратный механизм.

 

Рисунок 1.3. Формирование логического адреса и связывание логического адреса с физическим.[3]

6. Функции системы управления памятью

Чтобы обеспечить эффективный  контроль использования памяти, ОС должна выполнять следующие функции:

• отображение адресного пространства процесса на конкретные области физической памяти;
• распределение памяти между конкурирующими процессами;
• контроль доступа к адресным пространствам процессов;
• выгрузка процессов (целиком или частично) во внешнюю память, когда в оперативной памяти недостаточно места;
• учет свободной и занятой памяти.[2]

7. Заключение

Физическая память компьютера имеет иерархическую структуру. Программа представляет собой набор сегментов в логическом адресном пространстве. ОС осуществляет связывание логических и физических адресных пространств.

2. Методы  доступа к передающей среде в  локальных вычислительных сетях

8. Введение.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС, или LAN – Local Area Network) включает в себя единицы – или десятки (реже – сотни) компьютеров, объединяемых средой передачи данных, общей для всех рабочих станций. Расстояния между рабочими станциями обычно составляют не более десятков-сотен метров, периметр площади, занимаемой ЛВС не превышает нескольких километров. С помощью ЛВС обычно соединяются компьютеры предприятия, находящегося в одном здании. Рабочими станциями могут быть также единицы разделяемого другими рабочими станциями периферийного оборудования. Компьютер, подключенный к сети, называют рабочей станцией (РС). Компьютер, предназначенный для управления сетью и концентрации данных, называют сервером

Основной проблемой при  построении ЛВС является выбор правил, которые регламентируют порядок  передачи станций на общей среде. Сложность проблемы в том, что  отдельные станции должны осуществлять передачу таким образом, чтобы не мешать друг другу, поскольку при одновременной передаче сигналов о двух и большего числа станций происходит наложение и взаимное искажение сигналов, происходит так называемый конфликт. При этом ЛВС стремятся строить таким образом, чтобы на сети не было какого-нибудь координирующего центра (диспетчера) и все станции могли работать автономно. Для решения этой задачи был разработан ряд методов регламентации передачи или методов доступа.

9. Основные  виды топологии соединений станций  ЛВС

Существуют три основных вида топологии соединений станций  ЛВС: шинный (bus), кольцевой (ring) и звездный (star).

Шинная топология предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети (Рис.2.1). В этом случае кабель используется всеми компьютерами по очереди. Данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой среде передачи данных. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособности в целом. Однако поиск неисправности в кабеле затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

В случае кольцевой топологии данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете (Рис.2.2). Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу, если же данные предназначаются для него, дальше данные не передаются.