3. Počítačové systémy

Transkript

1 3. Počítačové systémy 3.1. Spolupráce s počítačem a řešení úloh 1. přímý přístup uživatele - neekonomické. Interakce při odlaďování programů (spusť., zastav.,krok, diagnostika) 2. dávkové zpracování (batch proc.) - shromažďování programů podle typu (ASM, PSC,..) a řešení stejných. a. vznik operačního systému - spouští dávky a obstarává styk s uživatelem (operátorem) b. vznik ladících programů - diagnostika chyb + výpisy 3. Fronty (job proc.) - požadavky se řadí do front, výběr požadavků z fronty se řídí: pořadím příchodu, důležitostí, nejdříve kratší progr. aj. Uživatel nemá přístup. 4. Sdílení času (time sharing) - požadavky řazené do front, operační systém přiřazuje podle kriteria důležitosti každému programu urč. čas. interval (dynamické přidělování). Při nedořešení zpět do fronty. Programy mohou běžet v interaktivním režimu. Musí se zajistit ochrana paměti uživatelů i oper. syst. Složitý operační systém. 84

2 3.2. Programové prostředky počítače Soubor základního programového vybavení: 1. absolutní zavaděč - (Loader) - základní styk s operátorem 2. programy pro obsluhu periferií (BIOS) - zákl. periferie většinou v ROM 3. Překladače - buď v ROM nebo ve vnější pam.- přesun do OP 4. Sestavovací program (Linker) - sestavení přeložených programů s knihovnou standardních podprogramů - vzniká relativní modul 5. Umístovací program (Loader) - přesné umístění v paměti pro spuštění - vzniká absolutní modul. Linker a loader bývají spojené. 6. Řídící program (SUPERVISOR - OS) - styk s operátorem, řízení periferií, zpracovává požadavky uživatelů - je to privilegovaný režim. Uživatelské programy jsou řešeny v uživatelském režimu. Paměť chráněna ochranou. OS - Řídící program může být realizován pro: 1. Monoprogramní režim - řešení uživ. programů v dávkách nebo jako fronty - vždy je řešen jeden program. 2. Multiprogramování - zpracovává se více programů proloženě a. spooling - simultánní činnost periferií, prostředníkem je disk b. sdílení času - supervizor uloží rozprac. program, data nahraje do OP nový - zmenšení výkonu. 85

3 3.3. Technické a organizační prostředky počítače Technické prostředky Přerušení - automatická reakce techn. prostředků na asynchronní událost mimo i uvnitř procesoru - žádost o přerušení Příjem přerušení - přechod na obslužný program - obsluha přerušení. Příčiny přerušení: 1. chyba v programu (přetečení, dělení 0, chybný oper. znak, privilegovaná instr., porušení ochrany paměti, I/O operace, TRAP, soft INT aj.) 2. vnější příčiny (reál. čas z časovače, oper. panel, komunikační linky aj.) 3. přerušení z I/O (ukončení I/O operace nebo chyba) 4. technické (kontrolní obvody systému - napájení, chyba procesoru nebo paměti, chyba perifer.) Přerušovací systém - technické i programové vybavení počítače obsluhující žádosti o přerušení. Zajišťuje jednotlivé fáze průběhu přerušení. Uvažují se: (lze programově měnit) masky přerušení - udávají pro každý z požadavků, jestli se má daný požadavek uvažovat nebo ne (povolení/zákaz obsluhy) priority přerušení - udávají závažnost jednotlivých požadavků. Požadavek s vyšší prioritou může přerušit obsluhu s nižší prior. EI/DI - celková maska přerušení - zákaz/povolení všech - lze programově měnit 86

4 Technické prostředky přerušovacího systému Zajišťuje řadič přerušení Průběh: záznam přerušení, porovnání s maskou, výběr požadavku s největší prioritou, porovnání s úrovní (prioritou) programu, porovnání s obsahem KO EI/DI, pokud vše povoluje příjem, přerušuje řadič na konci instrukce běžný program. O průběhu přípravy na obslužný program se ukládá stavový blok programu - PC, STAV, registry (někdy jen soft.). Zahájením obsluhy se nuluje požadavek a provádí se zákaz dalšího přerušení. Povolení EI buď po 1 inst. v obsluze přerušení nebo programově. 87

5 Programové prostředky přerušovacího systému Přijmutý požadavek způsobí přechod na obslužný program. Přípravu před obsuhou INT může provádět řadič přerušení (hard) nebo vše soft. INT PROGRAM OBSLUHA INT Nutné akce: 1. detekovat zdroj INT 2. uchovat stav procesu 3. předat řízení PRG obsluhy 4. zabezpečit návrat Obsluha přerušení: 88

6 Způsob obsluhy požadavku 1. Všechny úrovně (požadavek) mají jedinou počáteční adresu, základní stav procesu (PC, PSW) se ukládá do zásobníku, - vše ostatní soft. - pooling (vyhledání) 2. Každá úroveň má pevnou poč. adresu obsluhy, základní stav procesu (PC, PSW) se ukládá do zásobníku, v rámci obsluhy se vyhledává zdroj INT - modifikuje adresu obsluhy - nevektorové 3. vektorové přerušení - zdroj přerušení vysílá typ (čísla - implic. adresu) nebo adresu vektoru přerušení, který se zavádí do PC a PSW. Základní stav programu do zásobníku. U různých systémů různé způsoby obsluhy. Typy přerušení: RESET - základní nulování a nastavení NMI - nemaskované přerušení INT - maskované přerušení - vektorové - nevektorové (pevná adr.) TRAP - synchronní přerušení (krokový režim) - na konci každé instrukce Obvody reálného času a hlídací obvody generátor RT času - údaj o reálném (astronomickém) čase časovač - vytvářet periodický časový signál (časový INT) hlídací obvody - hlídání softwarových a hardwarových výpadků systému včetně výpadku zdroje (watchdog, power fail) 89

7 CTRL RT ČAS ADR DATA ČASOVAČ INT INT sběr HLÍD. OBVODY NMI soft RESET Hlídací obvod MAX 690A Organizační prostředky Přidělování a ochrana paměti V operační paměti jsou uloženy: supervizor (OS), aktivní programy, syst. tabulky, standardní podprogramy. Počátek paměti vyhrazen pro systémové prostředky. Od první volné adresy lze zbytek OP přidělovat uživatelům staticky/dynamicky. 90

8 1. Pevné přidělení paměti: každý uživatelský program má vyhraženu pevnou oblast OP. Jednoduché, ale část pam. nemusí být využita. 2. Dynamické přidělování paměti: - přiděluje prostor podle okamžité potřeby programu - tři způsoby (pro relativní moduly). a. Bázové registry - každý program má svoji bázovou adresu. Bázová adresa je v tabulce supervizoru. nevýhoda - spojitý blok paměti INSTRUKCE B Ar TAB Ab Ar Ab Σ ABS.ADR. b. Stránková organizace - v tab. má program vymezeny stránky, v instr. je číslo virtuální stránky a adresa uvnitř stránky. Převod na fyzickou adr. se provádí přes tabulku. INSTRUKCE virt.str. A TAB As A As As A ABS.ADR. Pro hledání se používá asociativní přístup. 91

9 c. segmentová organizace - v instrukci 3 pole: číslo segmentu, číslo stránky, adresa uvnitř stránky. pro složité programy INSTRUKCE Č. SEG Č. STR A TAB.SEG poč.adr TAB.STR Σ TAB.STR A fyz.adr. STR At As Σ ABS.ADR. Ochrana paměti: zabezpečuje informaci v paměti proti náhodnému přepsání. Charakter paměťových oblastí: 1. nepřístupné - systémové programy, řídící progr. 2. plně přístupné - i pro uživatele 3. s povoleným čtením - překladače, ladící programy Způsob ochrany: Kontrola adres v MMU - zajišťuje dělení paměti na systémovou a uživatelskou část. 1. ochrana mezními registry 2. příznakové bity buněk programu 3. ochrana zámek/klíč stránka obsahuje zámek program " klíč - > komparace 92