Контрольные вопросы
Что такое операционная система? Перечислите основные функции операционных систем.
Каковы две основные функции операционной системы?
Какими ресурсами управляет операционная система?
Организация компьютерной системы
Операционная система тесно связана с аппаратурой компьютера, на котором она должна работать. Аппаратное обеспечение влияет на набор команд операционной системы и управление его ресурсами. Поэтому нам необходим определенный набор знаний о компьютере, по крайней мере, нужно представлять, в каком виде оборудование предстает перед программистом.
Архитектура компьютера с общей шиной
Современный компьютер общего назначения состоит из одного или нескольких процессоров и множества контроллеров, связанных общей шиной, которая обеспечивает доступ к блоку памяти (см. рис 2.1).
Архитектура компьютера с общей шиной
Рисунок 2.2 -Архитектура компьютера с общей шиной
Центральный процессор и контроллеры периферийного оборудования могут работать параллельно, взаимодействуя не непосредственно, а через основную (оперативную) память (ОП). Для обеспечения корректного доступа к памяти используется соответствующий контроллер.
Функционирование компьютера после включения питания начинается с запуска программы первоначальной загрузки (bootstrap), которая инициализирует основные аппаратные блоки компьютера (регистры центрального процессора, контроллеры периферийного оборудования, накопители памяти), а затем загружает ядро ОС (operating system kernel) и передает ему управление. Обычно эта программа располагается в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ – Read Only Memory, ROM), возможно, электрически стираемом и перепрограммируемом (ЭСППЗУ – Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM).
Дальнейшее функционирование ОС осуществляется как реакция на события, происходящие в компьютере. Наступление того или иного события сигнализируется прерыванием (interrupt). Источниками прерываний могут быть как аппаратура, так и программы. Аппаратура «сообщает» о прерывании асинхронно (в любой момент времени) путем пересылки в центральный процессор через общую шину сигнала прерывания. Программа «сообщает» о прерывании путем выполнения операции, называемой системным вызовом (system call).
Примеры событий, вызывающих прерывания:
деление на ноль;
переполнение;
неправильное обращение к памяти;
запрос на системное обслуживание;
завершение операции ввода-вывода.
Каждое прерывание обрабатывается соответствующим обработчиком прерывания (interrupt handler), входящим в состав операционной системы.
Механизмы индикации и обработки прерывания являются важной частью архитектуры компьютера. Хотя эти механизмы и отличаются в различных компьютерах, но главные их функции являются общими для всех типов компьютеров.
Главные функции механизма прерываний:
распознавание/классификация прерывания;
передача управления соответствующему обработчику прерывания;
корректное возвращение к прерванной программе.
Переход от прерываемой программы к обработчику прерывания и обратно должен выполняться как можно быстрее, чтобы существенно не уменьшать производительность системы. Одним из быстрых методов распознавания прерывания (определения адреса требуемого обработчика) является использование вектора прерываний (interrupt vector). Вектор прерываний обычно хранится в начале адресного пространства основной (оперативной) памяти.
Обычно запрещается прерывание обработчика прерывания. Однако в некоторых операционных системах прерывания снабжаются приоритетами. Таким образом, работа обработчика прерывания с более низким приоритетом может быть прервана, если произошло прерывание с более высоким приоритетом.