Bài giảng Hệ điều hành - Chương 2: Cấu trúc hệ thống máy tính

Chương 2: Cấu trúc hệ thống máy tínhKiến trúc chung của hệ thốngHoạt động của hệ thống máy tínhCấu trúc nhập xuất Cấu trúc lưu trữCác thiết bị lưu trữBảo vệ phần cứngOperating System ConceptsKiến trúc của hệ thống máy tínhOperating System ConceptsHoạt động của hệ thống máy tínhCác thiết bị nhập xuất và CPU thực hiện đồng thời.Mỗi bộ điều khiển thiết bị gắn với một loại thiết bị cụ thể.Mỗi bộ điều khiển thiết bị có một vùng nhớ riêng(buffer).CPU di chuyển dữ liệu từ/tới bộ nhớ chính tới/từ bộ nhớ riêng(buffer)Nhập xuất từ thiết bị tới buffer của bộ điều khiển.Bộ điều khiển cho CPU biết rằng nó đã kết thúc hành động của nó bằng cách phát sinh ngắt.Operating System ConceptsCác chức năng chung của các ngắtNgắt chuyển quyền điều khiển tới thủ tục xử lý ngắt thông qua bảng vector ngắt- mà nó chứa các địa chỉ chương trình xử lý ngắt.Kiến trúc ngắt phải lưu trữ địa chỉ của chương trình xử lý ngắt.Các ngắt phát sinh sẽ bị mất hiệu lực(disabled) trong khi các ngắt khác đang xử lý , nhờ đó ngăn chặc hiện tượng mất ngắt.Một bẫy là một phần mềm phát sinh ngắt xảy ra khi có lỗi hay ngừơi dùng yêu cầu.Operating System ConceptsQúa trình ngắtHệ điều hành duy trì trạng thái của CPU bằng cách lưu trữ các thanh ghiXác định loạI ngắt nào xảy ra :Hệ thống vector ngắtCác đoạn mã riêng lẻ xác định hành động nào sẽ bị ngắt cho mỗI loạI ngắtOperating System ConceptsDòng thờI gian ngắt cho một xử lý nhậpOperating System ConceptsCấu trúc nhập xuấtSau khi nhập xuất bắt đầu , quyền điều khiển trả về cho chương trình ngườI sử dụng chỉ khi nhập xuất hoàn tất.Sau khi nhập xuất bắt đầu, quyền điều khiển trả lạI cho chương trình ngườI dùng không đợI nhập xuất hoàn tất.Device-Trạng thái bảng bao gồm các entry cho thiết bị nhập xuất chỉ ra kiểu của nó, địa chỉ , và trạng thái.Hệ điều hành lập mốI liên hệ vào bảng thiết bị nhập xuất để xác định trạng thái thiết bị và sửa đổI entry của bảng bao gồm cả ngắt.Operating System ConceptsHai chiến lược nhập xuấtĐồng bộ Không đồng bộOperating System ConceptsBảng trạng thái thiết bịOperating System ConceptsCấu trúc truy cập bộ nhớ trực tiếpSử dụng thiết bị nhập xuất tốc độ cao có thể truyền dữ liệu gần như tốc độ truy cập bộ nhớ.Bộ điều khiển thiết bị chuyển khốI dữ liệu từ buffer trực tiếp vào bộ nhớ mà không có sự can thiệp của CPU.Chỉ có ngắt phát sinh trên block thay vì là một ngắt phát sinh trên byte.Operating System ConceptsCấu trúc lưu trữBộ nhớ chính – Vùng lưu trữ lớn mà CPU có thể truy cập trực tiếp.Lưu trữ thứ cấp – mở rộng của bộ nhớ chính mà cung cấp khả năng lưu trữ không thay đổI lớn.Các đĩa từ – kim loạI cứng hoặc mặt phẳng có phủ nam châmBề mặt đĩa được chia thành các Track , và được chia thành nhiều đoạn gọI là sectors.bộ điều khiển đĩa xác định những logic ảnh hưởng giữa thiết bị và máy tính. Operating System ConceptsCơ chế đầu đĩa di chuyểnOperating System ConceptsCác thiết bị lưu trữOperating System ConceptsCacheSử dụng bộ nhớ tốc độ cao để lưu giữ dữ liệu đang truy cập hiện thời.Yêu cầu một chính sách quản lý cache.Operating System ConceptsDi chuyển A từ đĩa tớI thanh ghiOperating System ConceptsBảo vệ phần cứngHoạt động chế độ képBảo vệ nhập xuấtBảo vệ bộ nhớOperating System ConceptsHoạt động chế độ képTài nguyên hệ thống chia sẻ yêu cầu hệ điều hành bảo đảm một chương trình đúng không thể gây ra chương trình khác thực hiện không đúng.Cung cấp phần cứng được hỗ trợ để to phân biệt giữa ít nhất hai chế độ hoạt động.1.	User mode – thực hiện trên các phát ngôn ngườI dùng.2.	Monitor mode (cũng là kernel mode or system mode) – Thực trên phát ngôn của hệ điều hành. Operating System ConceptsHoạt động chế độ kép (tt.)Mode bit thêm vào phần cứng máy tính để to chỉ ra mode hiện thờI : monitor (0) or user (1).Khi một ngắt hoặc xảy ra lỗI phần cứng chuyển sang mode monitor.Chỉ thị đặc quyền chỉ được phát sinh trong mode monitor.monitoruserInterrupt/faultset user modeOperating System Conceptsbảo vệ nhập xuấttất cả chỉ thị nhập xuất là chỉ thị đặc quyền.PhảI bảo đảm là một chương trình ngườI dùng có thể không bao giờ giành được điều khiển máy tính trong mode monitor.Operating System ConceptsSử dụng lờI gọI hệ thống để thực hiện nhập xuấtOperating System Conceptsbảo vệ bộ nhớPhảI cung cấp chế độ bảo vệ bộ nhớ ít nhất là cho vector ngắt và dịch vụ ngắt thường xuyên.Một cách bảo vệ bộ nhớ là thêm vào hai thanh ghi để xác định vùng địa chỉ hợp pháp một chương trình có thể truy cập:Thanh ghi cơ sở – lưu trữ địa chỉ vật lý nhỏ nhất hợp pháp .Thanh ghi gíơi hạn – bao gồm kích thước vùng địa chỉBộ nhớ bên ngoài vùng định nghĩa được bảo vệ.Operating System ConceptsSử dụng thanh ghi cơ sở và thanh ghi giớI hạnOperating System ConceptsBảo vệ việc truy xuất địa chỉ Operating System Concepts