Számítógép architektúrák -SZSZK21

Tárolókezelés
-------------

- A háttértárakat és a lassú perifériákat önálló vezérlőegységekkel és átmeneti puffer tárolókkal kell ellátni, melyek biztosítják, hogy ezek az eszközök i/O műveleteket relatívan a processzortól függetlenül képesek legyenek végrehajtani.

- A tárolókezelés alapfeladata, hogy biztosítsa a processzor művelet-végrehajtásához szükséges adatokat, összehangolva a tároló hierarchia egyes szintjein lévő memóriaegységek működését.

- A tárolókezelés feladatainak megoldását a számítógépek tároló kezelő hardware egysége az MMU (Memory Management Unit) biztosítja.

-> Az MMU lehet a processzorba beépített áramkörökből álló egység, de lehet önálló hardware elem is.

Lemezgyorsító tárak
-------------------

- A mágneslemezes háttértárak elérési ideje jóval nagyobb a memóriához képest.-> Az adatok írása/olvasása a háttértárolóra lassú. -> Megoldás: a mágnes lemez és a memória közé be kell iktatni egy gyorsító cache-tárat.

-> Ha feltételezzük, hogy a megneslemezről az egyszer már kiolvasott adatokat a processzor többször is fel fogja használni, akkor a gyorsító cache-puffer beiktatásával a processzornak kevesebb számú esetben kell közvetlenül a lemezről kiolvasni adatokat.

A gyorsításnak két fajtája van:

1., Gyorsítás programmal (software-es gyorsítás)

- A program az operációs rendszer részét képezi. -> A lemezgyorsító tárrészt a főtárból (RAM) kell kijelölni.


2., Gyorsítás hardware eszközzel

- Előnyösebb és sokkal hatékonyabb megoldás. Általában már minden merevlemez interface tartalmaz egy a merevlemez vezérlőelektronikájával egybekötött több tíz Mbyte kapacitással rendelkező hardware gyorsító tárat.

a., A Hardware gyorsító lenyege:

- Írásnál: a processzor által lemezre írandó adatokat a gyorsító vezérlője fogadja, és letárolja a cache-ben, valamint visszaigazolja a processzornak a lemezművelet végrehajtását. Ezután kezdi meg a vezérlő az adatok kiírását a lemezre és ez idő alatt a processzor folytathatja a munkáját.

- Olvasásnál: a gyorsító vezérlője megviszgálja, hogy az adatok megtalálhatóak-e a cache-ben. Ha igen, akkor az adatokat közvetlenül a cache-ből továbbítja, lemezművelet nélkül. Ha nem, akkor a lemezről a cache-be olvassa, de nem csak az aktuális adatot, hanem a lokalitás értelmében egy egyész blokkot. -> szükség lehet ezekre az adatokra is

Memória hierarchia a számítógépben
----------------------------------

1., Regiszter
2., Cache
3., Főtár (RAM)
4., Háttértár cache
5., Háttértár
6., Adatmentő, illetve továbbító tárolók (CD, DVD, stb.) -> semmiképp nem sorolható ide az SSD


Társzervezés
------------

- Egy program végrehajtásához a megfelelő programrészeknek és az általuk feldolgozandó adatoknak a főtárban kell lenniük. Mivel az aktuálisan nem futó programoknak nem kell a főtárban lenniük, így azok a háttértárolóm helyezkednek el, és csak akkor kerülnek ki a főtárba, ha éppen szükség van rájuk.

1., Virtuális tárkezelés

- A virtuális tárkezelés lényege, hogy a processzor teljes címzési tartománya tulajdonképpen egy háttértároló területet jelent. Ennek a virtuális tárolónak csak egy része helyezkedik el az operatív tárolóban, ahonnan a felhasználó futtat. A felhasználó nem látja a háttértár és az operatív tár közötti átviteleket, ezért úgy látja, mintha a processzor teljes címzési tartománya rendelkezésére állna. Egy tárkezelő egység (MMU) nyilvántartja, hogy az információ hol helyezkedik el, és a virtuális címet az operatív tároló fizikai címévé alakítja át, ha a keresett információ a tárolóban van. Ha a kersett információ nincs a tárolóban, akkor a behozatalát kezdeményezi a háttértárolóról. Ezt az átvitelt az operációs rendszer virtuális tárkezelő része hajtja végre.


===> Virtuális memória
----------------------

- Az operációs rendszer vagy a számítógép hardware-e által nyújtott szolgáltatás, amit általában egy külső tárolóterület igénybevételével, a futó programok számárabiztosítja, hogy a program végrehajtáskor a központi vagy operatív memória fizikai korlátai észrevétlenek legyenek.


A virtuális tárkezelés és a cache működési elvének különbségei
--------------------------------------------------------------

1., A cache és az operatív tár viszonya

- A különböző cache blokkok leggyakrabban egy programhoz tartoznak
- A cache miss-t a hardware kezeli
- A cache nagysága elméletileg független a processzor címterétől
- A cache kizárólagosan a tárkezelés céljára szolgál, a programok nem látják

2., Az operatív tár és a virtuális tár viszonya

- Egy programfolyamat egyidejűleg más programfolyamatokkal együtt fut-> minden folyamathoz önálló virtuális tárterület tartozik
- Ha egy blokk nincs a főtárban (blokkhiba) akkor ezt az operációs rendszer kezeli
- A címtartományt meghatározza a virtuális tár nagysága
- A mágneslemezen a virtuális táron kívül más adatállományok is megtalálhatók.