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  • 原语详解

    千次阅读 2018-10-31 12:59:11
    原语(原子语言,不分割,不中断)是操作系统或计算机网络用语范畴。是由若干条指令组成的,用于完成一定功能的一个过程。primitive or atomic action 是由若干个机器指令构成的完成某种特定功能的一段程序,...

    原语(原子语言,不可分割,不可中断)是操作系统或计算机网络用语范畴。是由若干条指令组成的,用于完成一定功能的一个过程。primitive or atomic action 是由若干个机器指令构成的完成某种特定功能的一段程序,具有不可分割性。即原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许被中断。

    分类

    计算机网络中也有“原语”一词,它与操作系统的“原语”概念不同。服务原语是指协议中的下层协议通过接口为上层协议提供某种服务而发送的原语操作。

    原语分为四类:请求(Req)型原语,用于高层向低层请求某种业务;证实(Cfm)型原语,用于提供业务的层证实某个动作已经完成;指示(Ind)型原语,用于提供业务的层向高层报告一个与特定业务相关的动作;响应(Res)型原语,用于应答,表示来自高层的指示原语已收到。

    组成及功能

    原语通常由若干条指令组成,用来实现某个特定的操作。通过一段不可分割的或不可中断的程序实现其功能。原语是操作系统的核心,它不是由进程而是由一组程序模块所组成,是操作系统的一个组成部分,它必须在管态(一种机器状态,管态下执行的程序可以执行特权和非特权两类指令,通常把它定义为操作系统的状态)下执行,并且常驻内存,而个别系统有一部分不在管态下运行。原语和广义指令都可以被进程所调用,两者的差别在于原语有不可中断性,它是通过在执行过程中关闭中断实现的,且一般由系统进程调用。许多广义指令的功能都可用目态(一种机器状态,通常把它作为用户程序执行时的状态)下运行的系统进程完成,而不一定要在管态下完成,例如文件的建立、打开、关闭、删除等广义指令,都是借助中断进入管态程序,然后转交给相应的进程,最终由进程实现其功能。引进原语的主要目的是为了实现进程的通信和控制。

    PV原语2种形式

    PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题。其核心就是一段不可分割不可中断的程序。 信号量的概念1965年由著名的荷兰计算机科学家Dijkstra提出,其基本思路是用一种新的变量类型(semaphore)来记录当前可用资源的数量

    semaphore有两种实现方式:

    1) semaphore的取值必须大于或等于0。0表示当前已没有空闲资源,而正数表示当前空闲资源的数量

    2) semaphore的取值可正可负,负数的绝对值表示正在等待进入临界区的进程个数。

    信号量是由操作系统来维护的,用户进程只能通过初始化和两个标准原语(P、V原语)来访问。初始化可指定一个非负整数,即空闲资源总数。

    P原语

    P是荷兰语Passeren(通过)的首字母。为阻塞原语,负责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态,直到另外一个进程唤醒它。操作为:申请一个空闲资源(把信号量减1),若成功,则退出;若失败,则该进程被阻塞;

    V原语

    V是荷兰语Verhogen(增加)的首字母。为唤醒原语,负责把一个被阻塞的进程唤醒,它有一个参数表,存放着等待被唤醒的进程信息。操作为:释放一个被占用的资源(把信号量加1),如果发现有被阻塞的进程,则选择一个唤醒之。

    P原语操作的动作是:

    (1)sem减1;

    (2)若sem减1后仍大于或等于零,则P原语返回,该进程继续执行;

    (3)若sem减1后小于零,则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中,然后转进程调度。

    V原语操作的动作是:

    (1)sem加1;

    (2)若相加结果大于零,则V原语停止执行,该进程返回调用处,继续执行;

    (3)若相加结果小于或等于零,则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程,然后再返回原进程继续执行或转进程调度。

    PV操作对于每一个进程来说,都只能进行一次,而且必须成对使用。在PV原语执行期间不允许有中断的发生。

    具体PV原语对信号量的操作可以分为三种情况:

    1) 把信号量视为一个加锁标志位,实现对一个共享变量的互斥访问。

    实现过程:

    P(mutex); // mutex的初始值为1 访问该共享数据; V(mutex); 非临界区;

    2) 把信号量视为是某种类型的共享资源的剩余个数,实现对一类共享资源的访问。

    实现过程:

    P(resource); // resource的初始值为该资源的个数N 使用该资源; V(resource); 非临界区;

    3) 把信号量作为进程间的同步工具

    实现过程:

    临界区C1; P(S); V(S); 临界区C2;

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  • 数据库管理系统

    千次阅读 2018-10-24 00:14:00
    数据操纵语言有两类:宿主型语言和自立(独立)型语言。 4 、数据库事务管理和运行管理 数据库管理系统的运行控制和管理功能,包括多用户环境下的事务管理功能和安全性、完整性控制功能;数据库恢复、并发控制和...

    一、数据库管理系统的基本功能

    数据库管理系统主要是实现对共享数据有效的组织、存储、管理和存取。围绕数据,数据库管理系统的功能为:

    1、数据库定义和创建

    创建数据库主要是用数据定义语言定义和创建数据库模式、外模式、内模式等数据库对象。在关系数据库中就是建立数据库(或模式)、表、视图、索引等,还有创建用户、安全保密定义(如用户口令、级别、角色、存取权限)、数据库的完整性定义。这些定义存储在数据字典(亦称为系统目录)中,是数据库管理系统运行的基本依据。

    2、数据组织、存储和管理

    数据库管理系统要分类组织、存储和管理各种数据,包括数据字典、用户数据、存取路径等。要确定以何种文件结构和存取方式在存储器上组织这些数据,以及如何实现数据之间的联系。数据组织和存储的基本目标是提高存储空间利用率和方式存取,提高多种存取方法(如索引查找、hash查找、顺序查找等)以提高存取效率。

    3、数据存取

    数据库管理系统提供用户对数据的操作功能,实现对数据库数据的索引、插入、修改和删除。一个友好的关系数据库管理系统应该提供功能强且易学易用的数据操纵语言、方便的操作方式和较高的数据存取效率。数据操纵语言有两类:宿主型语言和自立(独立)型语言。

    4 、数据库事务管理和运行管理

    数据库管理系统的运行控制和管理功能,包括多用户环境下的事务管理功能和安全性、完整性控制功能;数据库恢复、并发控制和死锁检测(或死锁防止)、安全性检查和存取控制、完整性检查和执行、运行日志的组织管理等。这些功能保证了数据库系统的正常运行,保证了事务的ACID特性。

    5、数据库的建立和维护

    包括数据库的初始建立、数据的转换、数据库的转储和恢复、数据库的重组织和重构造以及性能检测分析等。

    6、其他功能

    数据库管理系统包括与网络中其他软件的通信功能,一个数据库管理系统与另一个数据库管理系统或文件系统的数据转换功能;异构数据库之间的互访和互操作功能等。

    和操作系统、编译系统等系统软件相比,数据库管理系统具有跨度大、功能多的特点。从最底层的存储管理、缓冲区管理、数据存取操作、语言处理到最外层的用户接口、数据表示、开发环境的支持都是它要实现的功能。

    数据库管理系统的实现,既要充分利用计算机硬件、操作系统、编译系统和网络通信等技术,又要突出对海量数据存储、管理和处理的特点,还要保证其存取数据和运行事务的高效率。

    二、数据库管理系统的系统结构

    1、数据库管理系统的层次结构

    和操作系统一样,可以将数据管理系统划分为若干层次。例如,IBM公司最早研制的著名的关系数据库管理系统实验系统SystemR,其核心分为底层的关系存储系统(RSS)和上层的关系数据系统(RDS)。
    RDS本质上是一个语言和执行层,包括语法检查与分析、优化、代码生成、视图实现、安全性完整性检查等功能。
    RSS则是一个存取方法层,其功能包括空间和设备管理、索引和存取路径管理、事务管理、并发控制、运行日志管理和恢复。
    按照处理对象的不同,依最高级到最低级的次序来划分的码具有普遍性。关系数据库管理系统的层次结构图示:
    关系数据库管理系统的层次结构

    1. 最上层是应用层,位于关系数据库管理系统的核心之外。应用层处理的对象是各种各样的数据库应用,如用开发工具开发的或用嵌入式SQL、存储过程等编写的应用程序,及终端用户通过应用程序接口发出的事务请求或各种查询要求等。该层是关系数据库管理系统与用户/应用程序的界面层。
    2. 第二层是语言处理层。它处理的对象是数据库语言,如SQL;向上提供的数据接口是关系、视图,即元组的集合。该层的功能是对数据库语言的各类语句进行语法分析、视图转换、安全性检查、完整性检查、查询优化等;通过对下层基本模块的调用,生成可执行代码,这些代码的运行即可完成数据库语句的功能要求。
    3. 第三层是数据存取层。该层处理的对象是单个元组,把上层的集合操作转换为单记录操作。该层执行扫描,排序,元组的增删改查,封锁等基本操作;完成数据记录的存取、存取路径维护、数据管理、并发控制和恢复等工作。
    4. 第四层是数据存储层。该层处理的对象是数据页和系统缓冲区,执行文件的逻辑打开、关闭、读页、写页、缓冲区读和写、页面淘汰等操作,完成缓冲区管理、内外存交换、外存的数据管理等功能。
      操作系统是数据库管理系统的基础,它处理的对象是数据文件的物理块,执行物理文件的读写操作,保证数据管理系统对数据逻辑上的读写真实地映射到物理文件上。操作系统提供的存取原语和基本的存取方法通常作为数据库管理系统数据存储层的接口。
    2、关系数据库管理系统的运行过程示例

    关系数据库管理系统是一个复杂而有序的整体。如下图是应用程序/用户通过关系数据库管理系统读取数据库数据的过程:关系数据库管理系统运行示例
    其中,数据字典是数据库的重要组成部分,存储元数据。

    1. 用户A通过应用程序A向关系数据库管理系统发出调用数据库数据的命令。
    2. 关系数据库管理系统首先对命令进行进行语法检查,检查通过后进行语义检查和用户存取权限检查。具体做法是,关系数据库管理系统读取数据字典,检查是否存在该关系及相应的字段、该用户能否读取它们等,确认语义正确、存取权限合法后便决定指定该命令,否则拒绝执行,返回错误信息。
    3. 关系数据库管理系统执行查询优化。优化器要根据数据字典中的信息进行优化,并把该命令转换成一串单记录的存取操作序列。
    4. 关系数据库管理系统执行存取操作序列(反复执行以下各步,直至结束)。
    5. 关系数据库管理系统首先在系统缓冲区查找记录,若找到满足条件的记录则转到10,否则转到6。
    6. 关系数据库管理系统查看存储模式,决定从哪个文件、用什么方式读取哪个物理记录。
    7. 关系数据库管理系统根据6的结果,向操作系统发出读取记录的命令。
    8. 操作系统执行读取数据的相关操作。
    9. 操作系统将数据从数据库的存储去送至系统缓冲区。
    10. 关系数据库管理系统根据查询命令和数据字典的内容导出用户所要读取的记录格式。
    11. 关系数据库管理系统将数据记录从系统缓冲区传送到应用程序A的用户工作区。
    12. 关系数据库管理系统将执行状态信息。如成功读取或不成功的错误指示、例外状态信息等返回给应用程序A。
      根据数据库管理系统层次结构,可以将以上操作对应相应的层次:
      应用层: 1
      语言处理层:2、3
      数据存取层:4、10、11、12
      数据存储层:5、6、7
      操作系统:8、9

    整个关系数据库管理系统的各层模块相互配合、互相依赖,共同完成对数据库的操纵。

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  • 目录 中断可分为 概述: 硬件中断 软中断 硬件中断和软中断的区别:
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  • Xilinx原语使用方法

    千次阅读 2020-01-02 16:55:08
    原语(Primitive),是Xilinx针对其器件特征开发的一系列常用模块的名字,用户可以将其看成Xilinx公司为用户提供的库函数,是芯片中的基本元件,代表FPGA中实际拥有的硬件逻辑单元,如LUT,D触发器,RAM等,相当于软件...

    目录

    简介

    1、 时钟组件

    IBUFG

     IBUFGDS

    BUFG


    简介

    原语(Primitive),是Xilinx针对其器件特征开发的一系列常用模块的名字,用户可以将其看成Xilinx公司为用户提供的库函数,是芯片中的基本元件,代表FPGA中实际拥有的硬件逻辑单元,如LUT,D触发器,RAM等,相当于软件中的机器语言。在实现过程中的翻译步骤时,要将所有的设计单元都转译为目标器件中的基本元件,否则就是不可实现的。原语在设计中可以直接例化使用,是最直接的代码输入方式,其和HDL语言的关系,类似于汇编语言和C语言的关系。
    Xilinx公司提供的原语,涵盖了FPGA开发的常用领域,但只有相应配置的硬件才能执行相应的原语,并不是所有的原语都可以在任何一款芯片上运行。在Verilog中使用原语非常简单,将其作为模块名直接例化即可。

    Xilinx公司的原语按照功能分为10类,包括:计算组件、I/O端口组件、寄存器和锁存器、时钟组件、处理器组件、移位寄存器、配置和检测组件、RAM/ROM组件、Slice/CLB组件以及G比特收发器组件。下面分别对其进行详细介绍。

    1、 时钟组件

    目前,大型设计一般推荐使用同步时序电路。同步时序电路基于时钟触发沿设计,对时钟的周期、占空比、延时和抖动提出了更高的要求。为了满足同步时序设计的要求,一般在FPGA设计中采用全局时钟资源驱动设计的主时钟,以达到最低的时钟抖动和延迟。 FPGA 全局时钟资源一般使用全铜层工艺实现,并设计了专用时钟缓冲与驱动结构,从而使全局时钟到达芯片内部的所有可配置单元(CLB)、I/O单元(IOB)和选择性块RAM(Block Select RAM)的时延和抖动都为最小。为了适应复杂设计的需要,Xilinx的FPGA中集成的专用时钟资源与数字延迟锁相环(DLL)的数目不断增加,最新的 Virtex II器件最多可以提供16个全局时钟输入端口和8个数字时钟管理模块(DCM)。
    与全局时钟资源相关的原语常用的与全局时钟资源相关的Xilinx器件原语包括:IBUFG、IBUFGDS、BUFG、BUFGP、BUFGCE、BUFGMUX、BUFGDLL和DCM等。

    IBUFG

    即输入全局缓冲,是与专用全局时钟输入管脚相连接的首级全局缓冲。所有从全局时钟管脚输入的信号必须经过IBUFG 单元,否则在布局布线时会报错。 IBUFG支持AGP、CTT、GTL、GTLP、HSTL、LVCMOS、LVDCI、LVDS、LVPECL、LVTTL、PCI、PCIX和 SSTL等多种格式的IO标准。

    IBUFGDS

    IBUFG的差分形式,当信号从一对差分全局时钟管脚输入时,必须使用IBUFGDS作为全局时钟输入缓冲。IBUFG支持BLVDS、LDT、LVDSEXT、LVDS、LVPECL和ULVDS等多种格式的IO标准。

    BUFG

    全局缓冲,它的输入是IBUFG的输出,BUFG的输出到达FPGA内部的IOB、CLB、选择性块RAM的时钟延迟和抖动最小。
    BUFG是具有高扇出的全局时钟缓冲器,一般由综合器自动推断并使用,其和同类原语的RTL结构如图所示。全局时钟是具有高扇出驱动能力的缓冲器,可以将信号连到时钟抖动可以忽略不计的全局时钟网络,BUFG组件还可应用于典型的高扇出信号和网络,如复位信号和时钟使能信号。如果要对全局时钟实现PLL或DCM等时钟管理,则需要手动例化该缓冲器。其例化的代码模板如下所示:
    // BUFG: 全局时钟缓存(Global Clock Buffer),只能以内部信号驱动
    // Xilinx HDL库向导版本,ISE 9.1
    BUFG BUFG_inst (
    .O(O), //时钟缓存输出信号
    .I(I) // /时钟缓存输入信号
    );
    // 结束BUFG_ins模块的例化过程

    BUFG—RTL

    4. BUFGCE是带有时钟使能端的全局缓冲。它有一个输入I、一个使能端CE和一个输出端O。只有当BUFGCE的使能端CE有效(高电平)时,BUFGCE才有输出。    

     

    5. BUFGMUX是全局时钟选择缓冲,它有I0和I1两个输入,一个控制端S,一个输出端O。当S为低电平时输出时钟为I0,反之为I1。需要指出的是BUFGMUX的应用十分灵活,I0和I1两个输入时钟甚至可以为异步关系。

    6. BUFGP相当于IBUG加上BUFG。

    7. BUFGDLL是全局缓冲延迟锁相环,相当于BUFG与DLL的结合。BUFGDLL在早期设计中经常使用,用以完成全局时钟的同步和驱动等功能。随着数字时钟管理单元(DCM)的日益完善,目前BUFGDLL的应用已经逐渐被DCM所取代。

    8. DCM即数字时钟管理单元,主要完成时钟的同步、移相、分频、倍频和去抖动等。DCM与全局时钟有着密不可分的联系,为了达到最小的延迟和抖动,几乎所有的DCM应用都要使用全局缓冲资源。DCM可以用Xilinx ISE软件中的Architecture Wizard直接生成。

    全局时钟资源的使用方法 全局时钟资源的使用方法(五种)

    1:IBUFG + BUFG的使用方法:

    IBUFG后面连接BUFG的方法是最基本的全局时钟资源使用方法,由于IBUFG组合BUFG相当于BUFGP,所以在这种使用方法也称为BUFGP方法。

    2. IBUFGDS + BUFG的使用方法:

    当输入时钟信号为差分信号时,需要使用IBUFGDS代替IBUFG。

    3. IBUFG + DCM + BUFG的使用方法:

    这种使用方法最灵活,对全局时钟的控制更加有效。通过DCM模块不仅仅能对时钟进行同步、移相、分频和倍频等变换,而且可以使全局时钟的输出达到无抖动延迟。

    4. Logic + BUFG的使用方法:

    BUFG不但可以驱动IBUFG的输出,还可以驱动其它普通信号的输出。当某个信号(时钟、使能、快速路径)的扇出非常大,并且要求抖动延迟最小时,可以使用BUFG驱动该信号,使该信号利用全局时钟资源。但需要注意的是,普通IO的输入或普通片内信号进入全局时钟布线层需要一个固有的延时,一般在 10ns左右,即普通IO和普通片内信号从输入到BUFG输出有一个约10ns左右的固有延时,但是BUFG的输出到片内所有单元(IOB、CLB、选择性块RAM)的延时可以忽略不计为“0”ns。

    5. Logic + DCM + BUFG的使用方法:

    DCM同样也可以控制并变换普通时钟信号,即DCM的输入也可以是普通片内信号。使用全局时钟资源的注意事项全局时钟资源必须满足的重要原则是:使用 IBUFG或IBUFGDS的充分必要条件是信号从专用全局时钟管脚输入。换言之,当某个信号从全局时钟管脚输入,不论它是否为时钟信号,都必须使用 IBUFG或IBUFGDS;如果对某个信号使用了IBUFG或IBUFGDS硬件原语,则这个信号必定是从全局时钟管脚输入的。如果违反了这条原则,那么在布局布线时会报错。这条规则的使用是由FPGA的内部结构决定的:IBUFG和IBUFGDS的输入端仅仅与芯片的专用全局时钟输入管脚有物理连接,与普通IO和其它内部CLB等没有物理连接。另外,由于BUFGP相当于IBUFG和BUFG的组合,所以BUFGP的使用也必须遵循上述的原则。

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