Embed Size (px)
Citation preview
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
ผลการเรยนรทคาดหวง
นกเรยนสามารถบอกโครงสรางของระบบปฏบตการได
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
วตถประสงคการเรยนร
เพอท าความเขาใจเกยวกบโครงสรางของระบบปฏบตการ โดยศกษาถงโครงสรางพนฐานของระบบคอมพวเตอร และโครงสรางของระบบปฏบตการ
เพอใหรเกยวกบสถาปตยกรรมพนฐานของระบบคอมพวเตอร โครงสรางสรางหนวยรบเขา/สงออก โครงสรางหนวยเกบ ล าดบชนของหนวยเกบ และการปองกนระดบฮารดแวร และสถาปตยกรรมของระบบทวไป
เพอใหรเกยวกบโครงสรางระบบปฏบตการ โปรแกรมระบบ โครงสรางระบบ และเครองเสมอน
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
Agenda
Computer System Operation
I/O Structure
Storage Structure
Storage Hierarchy ล าดบขนของหนวยเกบขอมล
Hardware Protection
General System Architecture
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
ความสมพนธขององคประกอบคอมฯ
www.satriwit3.ac.th Logo
หนวยรบเขา
หนวยความจ าหลก
หนวยความจ ารอง
หนวยสงออก
หนวยประมวลผล
แทนบสขอมล
แทนบสทอย
แทนบสควบคม
Arithmetic Logic
Unit
Control Unit
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”ปฏบตการของระบบคอมพวเตอร(computer-system operation)
ระบบคอมพวเตอรขนาดใหญปจจบนประกอบดวย ซพย และกลมของตวควบคมอปกรณ (device controller) ซงเชอมตอเพอเขาถงหนวยความจ าผานทางบสระบบ (system bus)
อปกรณแตละชนดจะมตวควบคมอปกรณเฉพาะแยกจากกน โดยม local buffer
ซพยและตวควบคมอปกรณทงหมดสามารถท างานไปพรอมๆ กนได ซพยจะยายขอมลเขา/ออกระหวางหนวยความจ าหลกกบ local buffer ตวควบคมอปกรณจะบอกซพยวาอปกรณท างานเสรจแลวหรอยงโดยวธ
ขดจงหวะ (interrupt) เพอประกนวาล าดบการเขาถงหนวยความจ านเปนไปอยางถกตอง จะเปน
หนาทของตวควบคมหนวยความจ าทจะเปนผคอยจดจงหวะ
ภาพท 2.1 ระบบคอมพวเตอรสมยใหม
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
เมอเปดเครองหรอรบต (reboot) จะมโปรแกรมเลกๆ ถกโหลดเขาหนวยความจ าหลกเพอใชในการเรมระบบ เรยกวา โปรแกรมปลกเครอง หรอโปรแกรมบต (bootstrap program)
เมอ os ถกบรรจ (load) เขามาไวในหนวยความจ าแลวจงเรมกระบวนการเรมตน (init process) หรอ UPP (Universal Progenitor Process) และพรอมทท างานโดยการรอคอยเหตการณบางอยาง
เหตการณจะเกดขนโดยอาศยสญญาณการขดจงหวะ (interrupt) ซงถกสงมาโดยฮารดแวรหรอซอฟตแวร
Computer-System Operation (cont.)
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”หนาทของการขดจงหวะCommon Functions of Interrupts
ฮารดแวรอนเทอรรพทจะถกสงไปยงซพยผานทางระบบบส
ซอฟตแวรอนเทอรรพทจะอาศยค าสงปฏบตการพเศษทเรยกวา การเรยกระบบ (system call หรอ monitor call)
การขดจงหวะแตละชนดจะไดรบการตอบสนองดวย service routine ทเหมาะสมกบการขดจงหวะนนๆ
เมอซพยถกขดจงหวะมนจะหยดท างานชวคราวเพอใหอปกรณท าการถายขอมลจนแลวเสรจ เพอปองการสญเสยการขดจงหวะ (lost interrupt) จากนน ซพยจงจะกลบไปท างานทคางอยตอไป
OS จะรกษาสถานะของซพยปจจบนไวโดยเกบเรจสเตอรและตวนบโปรแกรมขณะนน (program counter)
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
การขดจงหวะจะสงมอบการควบคมไปยง รทนบรการขดจงหวะ (interrupt service routine) ผานทาง อนเทอรรพตเวกเตอร (interrupt vector) ซงบรรจทอยของรทนบรการทงหมดไว
สถาปตยกรรมการขดจงหวะจะตองจดเกบทอยของค าสงทถกขดจงหวะ
แทรบ (Trap) คอการขดจงหวะโดยซอฟตแวรทอาจเกดโดยขอผดพลาด หรอผใชรองขอ
ในฐานะน OS จงเปน interrupt driven.
Common Functions of Interrupts (cont.)
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
ภาพท 2.2 ชวงเวลาของการขดจงหวะส าหรบกระบวนการเดยวทก าลงแสดงผลลพธ
ชวงเวลาการขดจงหวะส าหรบกระบวนการเดยว
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
I/O Structure
หลงจาก i/o เรมตน, การควบคมจะถกสงกลบไปยงโปรแกรมผใชเมอปฏบตการของ i/o สนเสรจลง (I/O completion) เทานนรอค าสงวางของซพย (CPU idle) จนกวาจะถงการขดจงหวะถดไป
รอลป (Wait loop) เพอใชหนวยความจ าอยางนอยการรองขอ i/o หนงครงเสรจสนลงและไมตองท างานตอไป
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
I/O Structure (cont.)
หลง i/o เรมตน, การควบคมจะถกสงกลบไปยงโปรแกรมผใชโดยไมตองรอให i/o ปฏบตการเสรจสน (I/O completion) การเรยกระบบ (System call) – การรองขอไปยง OS เพอขอใหผใชรอจนกวาปฏบตการของ i/o จะเสรจสน
ตารางสถานะอปกรณ (Device-status table) บรรจรายการเกยวกบการขอใชอปกรณ เชน ชนด ทอย และสถานะ เปนตน
OS จะสรางดชนชไปยงตารางอปกรณ i/o เพอดสถานะของอปกรณ และแกไขรายการในตาราง รวมทงการขดจงหวะ
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
I/O Structure (cont.)
วธทซพยตองรอใหการเสรจสนไอ/โอ เสยกอนน เรยกวา ประสานเวลา หรอซงโครนส (synchronous)
สวนวธทตรงกนขามเรยกวา ไมประสานเวลา หรออะซงโครนส (asynchronous)
ในกรณทเปนประสานเวลา ซง ซพยตองรอใหการเสรจสนไอ/โอ นน ในระหวางทซพยรอ จ าเปนตองมค าสงพเศษ เรยกวา ค าสงรอ (wait instruction) ไปเรอยๆ จนกวาจะไดรบการขดจงหวะใหม
Two I/O Methods
Synchronous Asynchronous
Device-Status Table
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”
I/O Structure (cont.)
ในกรณของอะซงโครนส i/o จะเพมประสทธภาพของระบบ ในระหวางท i/o ก าลงท างานอย ซพยสามารถด าเนนการงานอน หรอเรมท าi/o ของอปกรณตวอนไปพรอมๆ กนได
แตการเหลอมการท างานในลกษณะนกยงมขอจ ากดเนองจากความแตกตางกนระหวางความเรวของ i/oกบซพยมมาก
ตองใช DMA เขามาชวย
“ ง30202 ระบบปฏบตการ”โครงสราง DMA(DMA Structure)
DMA (Direct Memory Access) จะใชในอปกรณไอ/โอ ทมความเรวสง เชน เทป ดสก เครอขายสอสาร เปนตน
ถาโปรแกรมผใชหรอ OS ตองการรบ-สงขอมล, OS จะหา บฟเฟอรทตองการ (บฟเฟอรวาง ส าหรบน าเขา, บฟเฟอรเตมส าหรบสงออก) จากอาณาบรเวณของบฟเฟอร
จากนน ตวขบอปกรณจะเซตคาเรจสเตอรของตวควบคม DMA เพอระบตนทาง ปลายทาง และขนาดทจะสง
หลงจากนน DMA จะควบคมและด าเนนการสงขอมลระหวาง i/o กบหนวยความจ า
ในระหวางนน ซพยกเปนอสระทท างานอยางอนได จนกระทงการสงขอมลเสรจสน DMA จะสงสญญาณขดจงหวะซพย อกครงหนง
simple DMA Structure
MAR (memory address register)
MDR (memory data register)
CU (Control Unit)
PC (Program Counter)
IR (Instruction Register)
DMA Structure
