Глава 1 Обзор компьютерных систем

1.1. Основные элементы

1.2. Регистры процессора

1.3. Исполнение команд

1.4. Прерывания

1.5. Иерархия запоминающих устройств

1.6. Кэш

1.7. Технологии ввода-вывода

1.8. Рекомендуемая литература

1.9. Задачи

Приложение А. Характеристики производительности двухуровневой памяти

Приложение Б. Управление процедурами

Операционная система обслуживает пользователей, обращаясь при этом к ресурсам аппаратного обеспечения, в состав которых входит один или не­сколько процессоров. Кроме того, она управляет вторичной памятью и уст­ройствами ввода-вывода. Поэтому прежде чем приступить к исследованию опе­рационных систем, важно получить некоторое представление о компьютерных системах, на которых они работают.

В данной главе представлен обзор аппаратного обеспечения компьютерных систем. Большинство вопросов освещено кратко, так как предполагается, что читатель знаком с предметом. Однако некоторые из них раскрыты более подроб­но, исходя из важности этих тем для дальнейшего усвоения материала.

1.1. Основные элементы

На макроуровне компьютер состоит из процессора, памяти и устройств вво­да-вывода; при этом каждый компонент представлен одним или несколькими модулями. Чтобы компьютер мог выполнять свое основное предназначение, со­стоящее в выполнении программ, различные компоненты должны иметь воз­можность взаимодействовать между собой. Можно выделить четыре структурных компонента компьютера.

• Процессор. Осуществляет контроль за действиями компьютера, а также выполняет функцию обработки данных- Если в системе есть только один процессор, он часто называется центральным процессором (central process­ing unit — CPU),

• Основная память. Здесь хранятся данные и программы. Как правило, эта память является временной. Часто ее называют реальной, оперативной или первичной памятью.

• Устройства ввода-вывода. Служат для передачи данных между компьюте­ром и внешним окружением, состоящим из различных периферийных уст­ройств, в число которых входят вторичная память, коммуникационное обо­рудование и терминалы.

• Системная шина. Определенные структуры и механизмы, обеспечивающие взаимодействие между процессором, основной памятью и устройствами вво­да-вывода.

Упомянутые компоненты показаны на рис. 1.1. Одной из функций процессора является обмен данными с памятью. Для этого он обычно использует два внутренних (по отношению к процессору) регистра: регистр адреса памя­ти (memory address register — MAR), куда заносится адрес ячейки памяти, в которой будет производиться операция чтения-записи, и регистр буфера па­мяти (memory buffer register — MBR), куда заносятся данные, предназна­ченные для записи в память, или те, которые были прочитаны из нее. Ана­логично, номер устройства ввода-вывода задается в регистре адреса ввода-вывода (I/O address register — I/O AR). Регистр буфера ввода-вывода (I/O buffer register — I/O BR) служит для обмена данными между устройств— ввода-вывода и процессором.

Модуль памяти состоит из множества пронумерованных ячеек. В каждую ячейку может быть записано двоичное число, которое интерпретируется либо как команда, либо как данные- Модуль ввода-вывода служит для передачи дан­ных от внешних устройств как в процессор и память, так и в обратном направ­лении. Для временного хранения данных в нем есть свои внутренние буферы.