Вопрос 9. Система “Plug and Play” (“Включи и работай”). Актуальность создания и принцип работы.

При такой архитектуре компьютера (рис. 13) с почти 10 различными шинами операционная система должна уметь распознавать аппаратные средства и уметь их настраивать. Это требование привело компании Intel и Microsoft к разработке системы, называемой Plug and Play (“включи и работай”). В основу этой системы лежала концепция, близкая к той, что была впервые реализована компанией Apple Macintosh До появления Plug and Play каждая плата ввода-вывода имела фиксированные адреса регистров ввода-вывода и уровень запроса прерывания. Например, клавиатура использовала прерывание 1 и адреса в диапазоне от 0х60 до 0х64; контроллер гибкого диска использовал прерывание 6 и адреса от 0х3F0 до 0x3F7; принтер пользовался прерыванием 7 и адресами от 0x378 до 0x37A.

Все в это схеме было хорошо, пока хватало векторов прерываний. Но стали выпускать, например звуковую плату и модем, имеющих один и тот же вектор прерывания 4. При одновременном подключении их к компьютеру наступал конфликт. Первым выходом из такой ситуации стали встроенные в плату DIP-переключатели или джамперов (jamper – перемычка) и инструкция пользователя по настройке каждой платы таким образом, что бы адреса портов и номера прерываний не конфликтовали друг с другом (пример, перемычки на винчестере – Master, Slave и т.д.). Иногда с первой попытки не удавалось настроить плату. Возник парадокс: существовало много устройств ввода-вывода со всеми задействованными адресами прерываний, но в конкретной системе их было не более двух десятков

Стандарт Plug and Play позволяет системе автоматически собирать информацию об устройствах ввода-вывода, централизованно назначать уровни прерываний и адреса ввода-вывода, а затем сообщать каждой плате эту информацию. Такая система работает на компьютерах Pentium. Каждый компьютер с процессором Pentium содержит материнскую плату (правильное название – родительская плата). На материнской плате находится программа, называемая системой BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода). BIOS содержит программы ввода-вывода низкого уровня, включая процедуры для чтения с клавиатуры, вывода информации на монитор, ввода-вывода данных с диска и т.д. В настоящее время эти функции хранятся во флэш-ОЗУ, которая является неизменяемой, но если в BIOS нашлись какие-либо ошибки, ее (т.е. BIOS) может изменить операционная система.

Вопрос 10. Алгоритм начальной загрузки операционной системы

При начальной загрузке компьютера стартует система BIOS. Система BIOS начинает проверку устройств с шин ISA и PCI. Сначала она проверяет количество установленной в системе оперативной памяти, подключены ли клавиатура и другие основные устройства и корректно ли отзываются? Некоторые из этих устройств являются традиционными, их называют унаследованными (legancy), то есть созданными до изобретения Plug and Play. Они имеют фиксированные уровни прерывания и адрес порта ввода-вывода (например, заданные с помощью перемычек на плате ввода-вывода без возможности из изменения операционной системой). Эти устройства регистрируются. Устройства Plug and Play тоже регистрируются. Если присутствующие устройства отличаются от тех, что были во время последней загрузки, конфигурируются новые устройства.

Затем BIOS определяет устройства, с которого будет происходить загрузка ОС, по очереди пробуя каждое из списка, хранящегося в CMOS-памяти. Пользователь может изменить этот список, войдя в конфигурационную программу BIOS сразу после загрузки. Обычно сначала делается попытка загрузиться с гибкого диска. Если это не удается, пробует компакт-диск. Если в компьютере отсутствует и гибкий диск, и компактный диск, система загружается с жесткого диска. С загрузочного устройства (FD, CD или HD) считывается в память и выполняется первый сектор. В этом секторе находится программа, проверяющая таблицу разделов, чтобы определить, какой из разделов является активным. Затем из этого раздела считывается вторичный загрузчик. Он считывает из активного раздела операционную систему и запускает ее.

После этого ОС опрашивает BIOS, чтобы получить информацию о конфигурации компьютера. Для каждого устройства она проверяет наличие драйвера. Если драйвер отсутствует, ОС просит Пользователя вставить гибкий диск или компакт-диск, содержащий драйвер (эти диски обычно поставляются производителем устройства). Если все драйверы на месте, ОС загружает их в ядро. Затем ОС инициализирует таблицы драйверов, создает все фоновые процессы и запускает программу ввода пароля или графический интерфейс на каждом терминале.

По крайней мере, предполагается, что ОС должна работать таким образом.

В реальной жизни система Plug and Play часто бывает настолько ненадежна, что многие пользователи называют ее Plug and Pray (“Включи и Молись”).