Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Silberschatz, Galvin, and Gagne 1999 2.1 Applied Operating System Concepts Moduł 2. Struktury Systemów Komputerowych Działanie systemu komputerowego Struktura.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Silberschatz, Galvin, and Gagne 1999 2.1 Applied Operating System Concepts Moduł 2. Struktury Systemów Komputerowych Działanie systemu komputerowego Struktura."— Zapis prezentacji:

1 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Moduł 2. Struktury Systemów Komputerowych Działanie systemu komputerowego Struktura wejścia/wyjścia Struktura pamięci Hierarchia pamięci Ochrona sprzętowa Ogólna architektura systemu

2 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Architektura systemu komputerowego

3 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Działanie Systemu komputerowego Sterowniki urządzeń wejścia/wyjścia i jednostka centralna mogą działać współzależnie. Każdy sterownik urządzenia odpowiada za określony typ urządzenia. Każdy sterownik urządzenia ma lokalny bufor. Jednostka centralna transportuje dane z/do pamięci głównej do/z lokalnego bufora. Sterowniki urządzenia wejścia/wyjścia są kierowane do lokalnego bufora. Sterownik urządzenia informuje jednostkę centralną, że zakończył operację powodując przerwanie.

4 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Wspólne funkcje przerwań Przekazanie sterowania przerwań do ogólnego programu usługowego poprzez wektor przerwań, który zawiera adresy wszystkich programów pomocniczych. Architektura przerwania musi zachować adresy przerwanego rozkazu. Podczas obsługi jednego przerwania inne przerwania są wyłączane by zapobiegać utracie danych zapisywanych przez to pierwsze. Pułapka (wyjątek) to przerwanie generowane przez oprogramowanie, a powodowane albo przez błąd albo przez zamówienie pochodzące z programu użytkownika. System operacyjny jest sterowany przerwaniami.

5 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Obsługa przerwań System operacyjny przechowuje bieżący stan jednostki centralnej zapamiętując zawartość rejestrów i licznika rozkazów. Ustala rodzaj powstałego przerwania -odpytywanie, -wektorowy system przerwań. Oddzielone segmenty kodu określają działania, które należy podjąć z związku z przerwaniami.

6 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Wykres czasowy przerwań procesu wykonującego operacje wejścia Procesor Wykonanie procesu użytkownika Urządzenie wejścia- -wyjścia bezczynne przesyłające Obsługa przerwań wejścia-wyjścia Zamówienie wejścia- -wyjścia Przesłanie wykonane Zamówienie wejścia- -wyjścia Przesłanie wykonane

7 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Budowa urządzeń wejścia/wyjścia Po rozpoczęciu operacji wejścia/wyjścia, operacja przesyłania danych rozpoczyna się, kończy po czym sterowanie wraca do procesu użytkownika. -instrukcja czeka na pojawienie się następnego przerwania, -pętla czekania (czekanie na sygnał przerwania, który przekazuje sterowanie do innej części systemu operacyjnego). Po rozpoczęciu operacji wejścia/wyjścia oddanie sterowania do programu użytkownika bez czekania na zakończenia operacji. -wywołanie systemowe – zamówienie odnoszące się do systemu operacyjnego, które w razie potrzeby pozwoliłoby programowi użytkownika zaczekać na zakończenia operacji wejścia/ wyjścia, -tablica stanów urządzeń – każdy element tej tablicy określa typ urządzenia, jego adres i stan, -po wystąpieniu przerwania system operacyjny określa urządzenie, które spowodowało przerwanie, następnie pobiera z tablicy urządzeń informacje o stanie danego urządzenia i zmienia je odnotowując wystąpienie przerwania.

8 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Dwa sposoby obsługi wejścia/wyjścia SynchronicznyAsynchroniczny Proces zamawiający - oczekiwanie - Użytkownik { { Jądro Moduł sterujący urządzenia Procedura obsługi przerwania Sprzętowe przesyłanie danych Proces zamawiający Moduł sterujący urządzenia Procedura obsługi przerwania Sprzętowe przesyłanie danych Czas (a)(b) Użytkownik Jądro } }

9 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Tabela stanów urządzeń Urządzenie: czytnik kart 1 Stan: bezczynny Urządzenie: drukarka wierszowa 3 Stan: zajęta Urządzenie: jednostka dyskowa 2 Stan: bezczynna Urządzenie: jednostka dyskowa 3 Stan: zajęta Zamówienie na drukarkę wierszową Adres: Długość: 1372 Zamówienie na jednostkę dyskową 3 Plik: xxx Operacja: czytanie Adres: Długość: Zamówienie na jednostkę dyskową 3 Plik: yyy Operacja: pisanie Adres: Długość: 500

10 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Struktura DMA (Bezpośredniego Dostępu do Pamięci) Umożliwia szybkim urządzeniom wejścia/wyjścia bezpośredni dostęp do pamięci operacyjnej. Sterownik urządzeń transferuje bloki danych z magazynu bufora bezpośrednio do pamięci głównej bez interwencji jednostki centralnej. Przerwanie wypada jeden raz na cały blok danych, a nie po przesłaniu każdego znaku (słowa).

11 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Struktura pamięci Pamięć operacyjna – jest jednym wielkim obszarem pamięci dostępnym dla procesora bezpośrednio. Pamięć pomocnicza – rozszerza pamięć operacyjną, aby mogła trwale przechowywać duże ilości danych Dyski magnetyczne – talerze wykonane ze szkła lub metalu, przykryte materiałem magnetycznym - Powierzchnia płyty jest logicznie podzielona na ścieżki które z kolie dzielą się na sektory. - Sterowniki dysku określa logiczne interakcje pomiędzy urządzeniem a komputerem.

12 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Mechanizm poruszania dysku Ścieżka tOś Urządzenie uruchamiające Głowica odczytując- -zapisująca Sektor s Cylinder c Płyta Kierunek obrotów Ramię

13 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Hierarchia pamięci Pamięć systemu zorganizowana jest hierarchicznie –prędkość, –koszt, –ulotność. Ukrywanie – kopiowanie informacji do szybszego systemu pomięci. Pamięć operacyjna może być widoczna jako ostatnie ukrycie dla pamięci podręcznej.

14 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Hierarchia pamięci Taśmy magnetyczne Dysk optyczny Dysk magnetyczny Dysk elektroniczny Pamięć podręczna Rejestry Pamięć operacyjna

15 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Ochrona sprzętowa Dualny tryb operacji Ochrona wejścia/wyjścia Ochrona pamięci Ochrona jednostki centralnej

16 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Dualny tryb operacji Podział zasobów systemu nakazuje systemowi operacyjnemu zapewnić, że niepoprawny program, nie może zakłócić działania innych programów. Sprzęt rozróżnia co najmniej dwa oddzielne tryby pracy. 1.Tryb użytkownika – wykonanie na zamówienie użytkownika. 2.Tryb monitora (również tryb administratora lub tryb systemu) – wykonanie na zamówienie systemu operacyjnego.

17 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Dualny tryb operacji (cd) Tryb bitu wskazuje bieżący stan trybu pracy : monitor (0) lub użytkownik (1). Po wystąpieniu przerwania lub pułapki sprzęt zmienia tryb pracy z trybu użytkownika na tryb monitora. Sprzęt pozwala wykonywać rozkazy uprzywilejowane tylko w trybie monitora. monitor Użytkownik Przerwanie/błąd tryb użytkownika

18 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Ochrona wejścia/wyjścia Wszystkie rozkazy wejścia/wyjścia są uprzywilejowane. Musi istnieć zapewnienie, że program użytkownika nigdy nie przejmie kontroli nad komputerem w trybie pracy monitora (t. j. program użytkownika jest częścią tych wykonań, zapamiętuje nowy adres w wektorze przerwań).

19 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Ochrona pamięci Należy zapewnić ochronę pomięci przynajmniej w odniesieniu do wektora przerwań i systemowych procedur obsługi przerwań Aby oddzielić od siebie obszary pamięci każdego programu, musimy mieć możliwość rozstrzygania o zakresie dopuszczalnych adresów programów i chronienia pamięci poza tymi adresami. Tego rodzaju ochronę można uzyskać za pomocą dwu rejestrów: - rejestr bazowy – przechowuje najmniejszy dopuszczalny adres fizyczny pomięci, - rejestr graniczny – zawiera rozmiar obszaru pamięci. Zewnętrzna pamięć definiująca ustawienia jest chroniona.

20 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Rejestr bazowy i rejestr graniczny definiują logiczną przestrzeń adresową Monitor Zadanie 1 Zadanie 2 Zadanie 3 Zadanie Rejestr bazowy Rejestr graniczny

21 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Ochrona sprzętowa Gdy wykonywany jest tryb monitora, system operacyjny ma nieograniczony dostęp zarówno do swojej pamięci jak i do pamięci użytkowników. Wczytywane instrukcje do bazy i limitu rejestracji są instrukcjami uprzywilejowanymi. BazaBaza+granica Procesor AdresTak Nie Przejście pod nadzór systemu operacyjnego: błąd adresowania Pamięć

22 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Ochrona jednostki centralnej Czasomierz (zegar) – można ustawić tak, aby generować w komputerze przerwanie po wyznaczonym okresie. System operacyjny ustawia licznik. -Przy każdym tyknięciu zegara następuje zmniejszenie licznika. -Z chwilą wyzerowania licznika powstaje przerwanie. Czasomierz występuje w realizacji podziału czasu. Zegar jest używany do obliczania czasu bieżącego. Ładowanie zegara jest instrukcją uprzywilejowaną.

23 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Ogólna architektura systemu Rozkazy wejścia/wyjścia - jako uprzywilejowane – mogą być wykonywane tylko przez system operacyjny. Jak zatem program użytkownika może wykonać operację wejścia/wyjścia?. Wywołanie systemowe – metoda, za pomocą której proces zamawia działanie systemu operacyjnego. -Zwykle przyjmuje postać przejścia do określonej komórki w wektorze przerwań. -Za pośrednictwem wektora przerwań sterowanie jest przekazywane do odpowiedniej procedury obsługi w systemie operacyjnym, a bit trybu zostaje przełączony w tryb monitora. -Monitor sprawdza rozkaz przerywający, aby określić, które wywołanie systemu miało miejsce. Rodzaj usługi, na którą użytkownik zgłasza zapotrzebowanie, jest określony przez parametr wywołania systemowego.

24 Silberschatz, Galvin, and Gagne Applied Operating System Concepts Użycie odwołania do systemu w celu wykonania operacji wejścia - wyjścia. Wywołanie systemowe n. Przypadek n Czytaj Przejście do monitora Monitor rezydentny Wykonaj operacje Wejścia-wyjścia Powrót do użytkownika Program użytkownika


Pobierz ppt "Silberschatz, Galvin, and Gagne 1999 2.1 Applied Operating System Concepts Moduł 2. Struktury Systemów Komputerowych Działanie systemu komputerowego Struktura."

Podobne prezentacje


Reklamy Google