3)Основные элементы пк. Регистры процессора. Схема и пример исполнения команд.
На макроуровне компьютер состоит из процессора, оперативной памяти и устройств ввода/вывода, при этом каждый из этих объектов может быть представлен одним или несколькими модулями. Для взаимодействия между собой они используют системную шину [3]. Можно выделить четыре структурных компоненты компьютера (рис.5):
процессор – осуществляет контроль за действиями компьютера, а так же выполняет функции обработки данных;
основная память – здесь хранятся данные и код программы, как правило она является временной, часто её называют реальной, оперативной или первичной памятью;
устройства ввода/вывода – служат для передачи данных между ВС и внешним миром, они состоят из различных переферийных устройств (ПУ) (вторичная память, коммуникационное оборудование, терминалы, принтеры, сканеры, клавиатуры, звуковая карта и т. д.);
системная шина – определяет структуры и механизмы, обеспечивающие взаимодействие между процессором, ОП и устройствами ввода/вывода.
Для выполнения команд процессор использует два регистра: PC – программный счётчик (из него считывается адрес следующей команды для выполнения на процессоре) и IR – регистр команды (в него помещается из памяти код выбранной на исполнение команды). В состав всех процессоров входит регистр флагов, устанавливаемых и сбрасываемых в зависимости от результата выполнения команд на процессоре.
Регистры процессора представляют собой область памяти быстрого доступа внутри процессора и делятся на 2 группы:
1) доступные пользователю – они позволяют программисту сократить число обращений к памяти и этим повысить быстродействие программы. Существуют оптимизирующие компиляторы, распределяющие данные между памятью и регистрами, к этим регистрам имеют доступ все программы, как приложения пользователя, так и системные, к этим регистрам относят регистры данных, адресные регистры (индексный, сегментный, стековый) и регистр кода условия (флага).
2) управляющие регистры и регистры состояния – они используются в процессоре для контроля над выполняемыми операциями, с их помощью привилегированные программы ОС могут контролировать ход выполнения других программ, к ним относят: PC, IR, MAR, MBR, IOAR, IOBR, RSW (слово состояния), который управляет режимом прерывания и режимами «системный» и «пользовательский», регистр флагов, регистр управления прерываниями, регистр аппаратного управления памятью, регистры управления операциями ввода/вывода.
.
4)Прерывания. Аппаратные, программные пользовательские и системные. Схема обработки прерывания
Прерывание представляет собой механизм, позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных устройств ВС и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора, таким образом, прерывание – это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе, происходящее при возникновении определённого события.
Механизм прерывания реализуется аппаратно-программными средствами и включает в себя следующие этапы:
установка факта прерывания и его идентификация;
запоминание контекста (состояния) прерванного процесса; состояние процесса определяют: счетчик команд (PС), содержимое регистров процессора (АС), а также может включать спецификацию режима (пользовательский или привилегированный) и др. информацию хранящуюся в регистре флага;
управление аппаратно передаётся подпрограмме обработки идентифицированного прерывания, в простейшем случае в регистр счетчика команд заносится начальный адрес обработки, а в соответствующие регистры - информация словосостояния;
сохраняется информация о прерванной программе, если это не было сделано аппаратно;
обработка прерывания может быть выполнена обработчиком аппаратного прерывания, но чаще используется обработчик ОС;
восстанавливается информация, относящаяся к прерванному процессу;
возврат управления прерванной программы.
При этом этапы 1-3 реализуются аппаратно, а 4-7 программно.
При возникновении запроса на прерывание естественный ход вычислений нарушается, и управление передаётся программе обработчика возникшего прерывания. При этом средствами аппаратуры (с помощью механизмов стековой памяти) сохраняется адрес той команды, с которой следует продолжить выполнение прерванной программы. После выполнения программы обработки прерывания управление возвращается прерванной ранее программе посредством занесения в указатель команд сохранённого адреса команды из стека
Таким образом, главными функциями механизма прерываний являются:
распознавание или классификация прерываний;
передача управления соответствующему обработчику прерываний;
корректное возвращение к прерванной программе.
Существуют программные прерывания, которые возникают при выполнении процессором соответствующей команды (INT). По этой команде процессор осуществляет те же действия, что и при обработке внутренних прерываний (рис.10). Этот механизм введён для переключения на системные программные модули по правилам прерываний, а не подпрограмм, это обеспечивает автоматическое переключение процессора в привилегированный режим с возможностью выполнения любых команд [3].
5)Структура микроядра. ОС на различных уровнях АСУ.
Достоинством архитектуры микроядра является [3]:
единообразный интерфейс;
расширяемость;
гибкость;
переносимость;
надёжность;
поддержка распределённых вычислительных систем;
поддержка объектно-ориентированных систем на основе использования компонентов
Для поддержания внешних ССОП и системы управления виртуальной памятью микроядру достаточно трех операций.
Предоставление. Владелец адресного пространства может предоставить некоторые свои страницы другим процессам.
Отображение. Процесс может отображать любые свои страницы в адресном пространстве другого процесса, после чего оба процесса будут иметь доступ к этим страницам. При этом создается общая область памяти, совместно используемая двумя процессами.
Восстановление. Процесс может восстановить любые страницы, предоставленные другим процессам или отображенные в их адресном пространстве.