Лабораторная работа 10. Решение задач управления ресурсами

Цель работы: научиться решать задачи управления процессами, памятью, периферийными устройствами.

Вариант 1

Рассмотрим гипотетический 32-битовый микропроцессор, 32-битовые команды которого состоят из двух полей. В первом байте содержится код команды, а в остальной части команды – непосредственно операнд или его адрес.

1. Какова максимально возможная емкость адресуемой памяти (в байтах)?

2. Сколько байтов требуется для программного счетчика и регистра команд?

Вариант 2

Рассмотрим гипотетический 32-битовый микропроцессор, генерирующий 16 битовые адреса (предположим, например, что программный счетчик и адресные регистры имеют разряд 16 бит) и обладающий 16-битовой шиной данных.

1. Сколько портов вода/вывода способен поддерживать этот микропроцессор, если в командах вода/вывода задаются 8-битовые номера портов?

2. Сколько портов вода/вывода способен поддерживать этот микропроцессор, если в командах вода/вывода задаются 16-битовые номера портов?

Вариант 3

В компьютере есть кэш-память, оперативная память и диск, выступающий в роли виртуальной памяти. Если запрашиваемое слово находится не в кэш, а в оперативной памяти, для его загрузки в кэш требуется 60 ns (сюда входит время, которое требуется для первоначальной проверки кэш). После этого происходит новый запрос. Если слова нет в ОП, чтобы получить его с диска, необходимо затратить 12 ms, а затем еще 60 ns, чтобы скопировать его в кэш, после этого происходит новый запрос. Результативность поиска в кэш равна 0,9, а результативность поиска в оперативной памяти 0,6. Найдите среднее время, которое требуется для получения доступа к слову в данной системе.

Вариант 4

Предположим, у нас есть многозадачный компьютер, в котором каждое задание имеет идентичные характеристики. В течение цикла вычисления одного задания Т половину времени занимает ввод/вывод, а вторую половину – работа процессора. Для выполнения каждого задания требуется N циклов. Допустим, что для планирования используется простой алгоритм циклического обслуживания, и что ввод/вывод может выполняться одновременно с работой процессора.

Определите значения следующих величин:

1. реальное время, затрачиваемое на выполнение задания;

2. среднее количество заданий, которое выполняется в течение одного цикла Т;

3. доля времени, в течение которого процессор активен (не находится в режиме ожидания).

Вычислите эти значения для одного, двух и четырех одновременно выполняющихся заданий, считая, что время цикла Т распределяется одним из следующих способов:

• в течение первой половины периода выполняется ввод/вывод, а в течение второй – работа процессора;

• в течение первой и четвертой четвертей выполняется ввод/вывод, а в течение второй и третьей – работа процессора.

Вариант 5

Предполагается, что каждый процесс в фиксированный момент времени может находиться только в одной очереди.

1. Можно ли реализовать такую схему, в которой процесс мог бы одновременно ожидать несколько событий? Приведите соответствующий пример.

2. Каким образом следует модифицировать структуру очередей, чтобы в ней поддерживалась указанная возможность.

Вариант 6

В чем состоит различие между байт-ориентированными и блок-ориентированными устройствами. Приведите несколько примеров каждого из них. Проанализируйте программу, обращающуюся к устройству вода/вывода, и сравните небуферизированный ввод/вывод с использованием буфера. Во сколько раз использование буфера позволяет уменьшить время выполнения?

Вариант 7

Рассчитайте количество дискового пространства (в секторах, дорожках и поверхностях), необходимого для хранения логических записей (по 30 логических записей в одной физической), если диск разбит на секторы размером 512 байт, с 96-ю секторами на дорожке, 110-ю дорожками на поверхности и 8-ю используемыми поверхностями. Служебные записи о файле во внимание не принимайте; считайте также, что запись не может быть разбита и размещена на двух секторах.

Вариант 8

Рассмотрим страничное логическое адресное пространство, состоящее из 32-х страниц по 2 Кбайта каждая, отображенное на 1 Мбайтовое физическое пространство.

Чему равна длина и ширина таблицы страниц (без учета битов прав доступа).

Вариант 9

Предположим, у нас есть многозадачный компьютер, в котором каждое задание имеет идентичные характеристики. В течение цикла вычисления одного задания Т половину времени занимает ввод/вывод, а вторую половину – работа процессора. Для выполнения каждого задания требуется N циклов. Допустим, что для планирования используется простой алгоритм циклического обслуживания, и что ввод/вывод может выполняться одновременно с работой процессора.

Определите значения следующих величин:

1. реальное время, затрачиваемое на выполнение задания;

2. среднее количество заданий, которое выполняется в течение одного цикла Т;

3. доля времени, в течение которого процессор активен (не находится в режиме ожидания).

Вычислите эти значения для одного и трех одновременно выполняющихся заданий, считая, что время цикла Т распределяется следующим способом: в течение первой половины периода выполняется ввод/вывод, а в течение второй – работа процессора.

Вариант 10

Предположим, у нас есть многозадачный компьютер, в котором каждое задание имеет идентичные характеристики. В течение цикла вычисления одного задания Т половину времени занимает ввод/вывод, а вторую половину – работа процессора. Для выполнения каждого задания требуется N циклов. Допустим, что для планирования используется простой алгоритм циклического обслуживания, и что ввод/вывод может выполняться одновременно с работой процессора.

Определите значения следующих величин:

1. реальное время, затрачиваемое на выполнение задания;

2. среднее количество заданий, которое выполняется в течение одного цикла Т;

3. доля времени, в течение которого процессор активен (не находится в режиме ожидания).

Вычислите эти значения для одного и пяти одновременно выполняющихся заданий, считая, что время цикла Т распределяется следующим способом: в течение первой и четвертой четвертей выполняется ввод/вывод, а в течение второй и третьей – работа процессора.

Вариант 11

Процесс содержит 8 виртуальных страниц на диске и ему выделено 4 физических блока в оперативной памяти. Далее выполняются обращения к следующим страницам: 1, 0, 2, 2, 1, 7, 6, 7, 0, 1, 2, 0, 3, 0, 4.

Укажите последовательность размещения страниц в блоках при использовании алгоритма замещения наиболее долго не использовавшейся страницы.

Вариант 12

Процесс содержит 7 виртуальных страниц на диске и ему выделено 4 физических блока в оперативной памяти. Далее выполняются обращения к следующим страницам: 5, 1, 2, 1, 2, 5, 6, 4, 0, 1, 2, 4, 3, 0, 5.

Укажите последовательность размещения страниц в блоках при использовании алгоритма замещения наиболее долго не использовавшейся страницы.

Вариант 13

Процесс содержит 9 виртуальных страниц на диске и ему выделено 5 физических блока в оперативной памяти. Далее выполняются обращения к следующим страницам:1, 3, 3, 8, 7, 4, 6, 4, 2, 1, 5, 5, 3, 0, 3.

Укажите последовательность размещения страниц в блоках при использовании алгоритма замещения наиболее долго не использовавшейся страницы.

Вариант 14

Процесс обращается к страницам А, В, С, Д в следующем порядке: А, В, С, Д, А, В, А, А, В, С, Д, С.

Определите количество пересылок страниц в процессе выполнения указанных обращений, если работа процесса выполняется с тремя изначально пустыми блоками оперативной памяти.

Примените алгоритм замещения «первым вошел – первым вышел».

Вариант 15

Процесс обращается к страницам А, В, С, Д, Е, К в следующем порядке: К, А, В, К, С, Д, А, Е, В, Е, А, В, С, Д, С, Е.

Определите количество пересылок страниц в процессе выполнения указанных обращений, если работа процесса выполняется с тремя изначально пустыми блоками оперативной памяти. Примените алгоритм замещения «первым вошел – первым вышел».

Вариант 16

Процесс обращается к страницам А, В, С, Е в следующем порядке: А, В, С, В, А, В, Е, А, В, С, А, Е.

Определите количество пересылок страниц в процессе выполнения указанных обращений, если работа процесса выполняется с тремя изначально пустыми блоками оперативной памяти. Примените алгоритм замещения «первым вошел – последним вышел».

Вариант 17

Предположим, что таблица страниц текущего процесса выглядит так:

Номер виртуальной страницы	Бит присутствия в памяти	Бит обращений	Бит модификации	Номер физического блока
0	1	1	0	4
1	1	1	1	7
2	1	0	0	6
3	1	0	0	2
4	1	0	0	1
5	1	0	1	0

Все числа в таблице десятичные. Нумерация начинается с нуля. Размер страницы 512 Байт. Преобразуйте виртуальный адрес 947 в физический.

Вариант 18

Предположим, что таблица страниц текущего процесса выглядит так:

Номер виртуальной страницы	Бит присутствия в памяти	Бит обращений	Бит модификации	Номер физического блока
0	1	1	0	4
1	1	1	1	7
2	1	0	0	1
3	1	0	0	2
4	0	0	0	-
5	1	0	1	0

Все числа в таблице десятичные. Нумерация начинается с нуля. Размер страницы 512 Байт.

Преобразуйте виртуальный адрес 1200 в физический.

Вариант 19

Предположим, что таблица страниц текущего процесса выглядит так:

Номер виртуальной страницы	Бит присутствия в памяти	Бит обращений	Бит модификации	Номер физического блока
0	1	1	0	4
1	1	1	1	7
2	1	0	0	5
3	1	0	0	2
4	1	0	0	3
5	1	0	1	0

Все числа в таблице десятичные. Нумерация начинается с нуля. Размер страницы 512 Байт.

Преобразуйте виртуальный адрес 1550 в физический.

Вариант 20

В чем состоит различие между байт-ориентированными и блок-ориентированными устройствами.

Приведите несколько примеров каждого из них.

Предположим, что имеется 4 сегмента одинакового размера и что для каждого сегмента система строит таблицу страниц с 8 записями. Размер страницы 2 Кбайта.

1. Чему равен максимальный объем каждого сегмента?

2. Каково максимальное логическое адресное пространство?

Вариант 21

В компьютере есть кэш-память, оперативная память и диск, выступающий в роли виртуальной памяти. Если запрашиваемое слово находится не в кэш, а в оперативной памяти, для его загрузки в кэш требуется 40 ns (сюда входит время, которое требуется для первоначальной проверки кэш). После этого происходит новый запрос. Если слова нет в ОП, чтобы получить его с диска, необходимо затратить 12 ms, а затем еще 40 ns, чтобы скопировать его в кэш, после этого происходит новый запрос. Результативность поиска в кэш равна 0,8, а результативность поиска в оперативной памяти 0,7.

Найти среднее время, которое требуется для получения доступа к слову в данной системе.

Вариант 22

Рассмотрим страничное логическое адресное пространство, состоящее из 20-ти страниц по 2 Кбайта каждая, отображенное на 1 Мбайтовое физическое пространство.

Чему равна длина и ширина таблицы страниц (без учета битов прав доступа).

Вариант 23

Рассмотрим оперативную память (м) и КЭШ (с), характеризующуюся следующими параметрами:

Т_с = 100 nc;

Т_м = 1200 nc;

C_c = 0,01 у.е./бит;

C_м = 0,001 у.е./бит.

1. Сколько стоит 1 Мбайт оперативной памяти?

2. Сколько стоит 1 Мбайт оперативной памяти, выполненной по технологии КЭШа?

3. Какова результативность поиска h , если эффективное время доступа на 10 % больше, чем время доступа к КЭШу?

Вариант 24

Почему среднее время поиска записи в индексно – последовательном файле меньше, чем в последовательном файле?

Вариант 25

Какую организацию файла следует выбрать для получения максимальной эффективности (в плане скорости доступа, использования дискового пространства и простоты обновления), если данные обновляются:

1. часто;

2. не часто.

Вариант 26

Рассмотрим оперативную память (м) и КЭШ (с), характеризующуюся следующими параметрами:

Т_с = 80 nc;

Т_м = 1000 nc;

C_c = 0,02 у.е./бит;

C_м = 0,002 у.е./бит.

1. Сколько стоит 2 Мбайта оперативной памяти?

2. Сколько стоит 2 Мбайта оперативной памяти, выполненной по технологии КЭШа?

3. Какова результативность поиска h , если эффективное время доступа на 20 % больше, чем время доступа к КЭШу?

Вариант 27

Рассмотрим страничное логическое адресное пространство, состоящее из 22-х страниц по 2 Кбайта каждая, отображенное на 2 Мбайтовом физическом пространстве.

Чему равна длина и ширина таблицы страниц (без учета битов прав доступа).

Вариант 28

Предположим, что таблица сегментов текущего процесса выглядит так:

Номер виртуального сегмента	Бит присутствия в памяти	Размер сегмента	Бит модификации	Номер физического блока
0	1	200	0	4
1	1	512	1	7
2	1	580	0	5
3	1	1200	0	2
4	1	450	0	3
5	1	980	1	0

Все числа в таблице десятичные. Нумерация начинается с нуля. Преобразуйте виртуальный адрес 1340 в физический.

Вариант 29

Предположим, что таблица сегментов текущего процесса выглядит так:

Номер виртуального сегмента	Бит присутствия в памяти	Размер сегмента	Бит модификации	Номер физического блока
0	1	200	0	4
1	1	512	1	7
2	0	580	0	-
3	1	1200	0	2
4	1	450	0	5
5	0	980	1	-

Все числа в таблице десятичные. Нумерация начинается с нуля. Преобразуйте виртуальный адрес 1700 в физический.