2015-10-22
271
Аппаратная часть вычислительной системы состоит из устройств с четко определенными функциями и назначениями. Процессоры, памяти, каналы, накопители на магнитных, лазерных дисках, линии телеобработки, УСО, принтеры и т.д. в совокупности образуют функциональную систему.
Степень совмещения работы процессоров и каналов определяют системную поддержку операции ввода-вывода, взаимодействие блоков памяти и устройств ввода-вывода влияют на стратегию распределения памяти.
Таким образом, от возможностей аппаратной части зависит сложность тех или иных частей ОС. Например, с развитием технологии центральный процессор постепенно разгружается, и все большее число функций возлагается на ранее пассивные устройства.
Несмотря на то, что при создании ОС стоимость вычислительной мощности (средняя скорость выполнения одной команды) становится все меньше, свойства используемых процессоров по-прежнему определяют основные черты идеологии системы в целом.
С точки зрения ОС основные характеристики ЦП следующие:
· структура адресации;
· структура прерываний;
· система команд;
· механизмы защиты.
Структура адресации. Различают следующие виды адресации:
· неявная адресация (источник и (или) приемник информации неявно заданы в команде);
· непосредственная;
· прямая (адрес операнда указывается в командном слове);
· косвенная;
· относительная, или базовая, адресации (используется регистр базового адреса);
· двойная индексация.
Иногда применяется аппаратура, поддерживающая сегментную двумерную адресацию, в условиях которой программы представляют собой систему логических сегментов, связанных друг с другом в процессе выполнения с помощью ссылок. Есть машины, образующие из блоков, содержащих последовательные адресные участки, рамочные структуры. В таких машинах любой блок может динамически связываться с различными физическими адресами, не требуя изменения адресации непосредственно в программах. Каждый из перечисленных механизмов предполагает свою стратегию управления памятью со стороны ОС.
Структура прерываний. Прерывания представляют собой механизм, позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных устройств вычислительной системы и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора. Структуры прерываний в зависимости от аппаратной архитектуры могут быть самыми разными, но все они имеют одну общую особенность - прерывание непременно влечет за собой изменение порядка выполнения команд процессором.
Вектор состояния (state vector) отражает состояние программы выполняющейся процессором. Он служит для определения той информации, которая должна быть помещена в регистр процессора и отдельные ячейки памяти в момент прерывания для обеспечения возможности возобновления приостановленной программы.
Типы прерываний:
· от схем контроля процессора;
· из-за ошибки адресации;
· от нарушения питания;
· от устройств ввода-вывода;
· программное прерывание.
Прерывания связаны между собой системой приоритетов (какое прерывание надо обрабатывать при возникновении нескольких прерываний одновременно). Общая схема обработки прерываний представлена на рис.2.1.
Применяется так называемая система масок прерываний, разрешения (запрещения) обработки прерываний.
Система команд - влияет на структуры и функциональные характеристики механизмов ввода-вывода, на способы реализации системных функций.
Вся система команд может делиться на две группы: привилегированные команды и непривилегированные. Привилегированные команды могут выполняться в режиме управления, а непривилегированные - в режиме задачи. Переход в режим управления в некоторых системах выполняется автоматически, при прерывании, в других системах прерывание может вызвать, а может и не вызвать переход в этот режим.
Переход из режима задачи в режим управления обычно осуществляется в результате выполнения специальной команды, инициирующей прерывание, например, SVC (Supervisor Call - вызов супервизора).
Механизмы защиты. Назначение механизма защиты, встроенного в процессор - запретить какой-либо программе обращения к не принадлежащему ей участку памяти. Различают следующие механизмы защиты:
а) с использованием регистров-ограничителей, куда заносится минимальное и максимальное значение адресов.
б) с использованием ключа защиты, области памяти, доступные данной программе, помечаются тем же ключом. Ключ представляет собой несколько битов информации и помещается в регистры или ячейки, не доступные программам, работающим в режиме задачи. По завершению формирования адреса ключ выполняющейся программы сравнивается с ключом адресуемой области.
в) механизм защиты совмещен с механизмом адресации (комплексный механизм с использованием ассоциативных MAP-таблиц).
Кроме выше указанных характеристик ЦП, на общую структуру ОС оказывают влияние: система микрокоманд (если она имеется); иерархия и организация памяти (наличие основной и промежуточной (кэш) памяти), а также других видов - ROM (read only memory); структура оборудования ЭВМ в целом.
