Bài giảng Kỹ thuật Máy tính - Chương 2: Hệ thống máy tính - Nguyễn Thanh Sơn

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật Máy tính - Chương 2: Hệ thống máy tính - Nguyễn Thanh Sơn

1. Kiến trúc cơ bản PC Keyboard Disks Display Mouse Printer Disk Controller USB Controller Graphic Adapter CPU Đệ ữ ệ MEMORY m d li u (local buffer BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 2
2. Ngắt quãng  Phân loại: ngắt quãng do  Program: tràn số học, chia cho 0, truy cập bộ nhớ bất hợp pháp  Timer: cho phép CPU thực thi một tác vụ nào đó theo định kỳ  I/O: kết thúc tác vụ I/O, xảy ra lỗi trong I/O  Hardware failure: Hư hỏng nguồn, lỗi memory parity,  Trap (software interrupt): yêu cầu dịch vụ hệ thống (gọi system call), BK Lược đồ thời gian khi process có yêu cầu các tác vụ I/O TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 4
3. Quá trình xử lý ngắt quãng I/O interrupts Không có ngắt quãng Có ngắt quãng BK TP.HCM (Hình chỉ minh họa I/O interupt) Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 6
4. Các kỹ thuật thực hiện I/O  Polling, ví dụ CPU đọc dữ liệu:  Để đọc dữ liệu từ một thiết bị I/O (thông qua I/O port), CPU thiết lập một bit (bit  1) của thanh ghi điều khiển (control register) để báo hiệu lệnh đọc cho I/O controller.  I/O controller đọc word dữ liệu từ thiết bị I/O, xóa bit điều khiển (bit  0)  I/O controller không gây ra ngắt mỗi khi xong việc. CPU phải đọc status bit (polling) để kiểm tra trạng thái thiết bị I/O  Khi I/O controller sẵn sàng, CPU đọc word dữ liệu từ thanh ghi dữ liệu (data register); CPU gửi lệnh đọc word kế. BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 8
5. Các kỹ thuật thực hiện I/O (tt.)  Direct Memory Access (DMA)  CPU gửi yêu cầu đến module DMA (= DMA controller)  Module DMA chuyển một khối dữ liệu giữa bộ nhớ và thiết bị I/O mà không cần CPU can thiệp.  Khi xong một tác vụ gửi / nhận thì phát khởi một ngắt quãng.  CPU chỉ tham gia vào giai đoạn khởi đầu và kết thúc của việc truyền / nhận dữ liệu  Trong khi đang truyền / nhận dữ liệu, CPU có thể thực thi công việc khác  Thích hợp cho các thiết bị có tốc độ cao (đĩa) BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 10
6. Hệ thống lưu trữ  Lưu trữ là một trong những dạng thức I/O quan trọng  Bộ nhớ chính (main memory, primary memory)  CPU chỉ có thể truy cập trực tiếp thanh ghi (registers) và bộ nhớ ROM, RAM  Bộ nhớ phụ (secondary storage)  Hệ thống lưu trữ thông tin bền vững (nonvolatile storage)  Đĩa từ (magnetic disk): đĩa mềm, đĩa cứng, băng từ  Đĩa quang (optical disk): CD-ROM, DVD-ROM  Flash ROM: USB disk BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 12
7. Dual mode  Mục đích: bảo vệ hệ điều hành và chương trình ứng dụng  Giải pháp • Kỹ thuật dual mode: cần có phần cứng hỗ trợ  User mode – thực thi với quyền hạn của user bình thường  Kernel mode (còn gọi là supervisor mode, system mode, monitor mode) – có toàn quyền truy xuất tài nguyên hệ thống BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 14
8. Bảo vệ phần cứng – Lệnh I/O  Giải pháp: lệnh I/O đều là privileged instruction  User mode program không thực thi được lệnh I/O ( trap), phải thông qua lời gọi system call System call  Là phương thức duy nhất để process yêu cầu các dịch vụ của hệ điều hành.  System call sẽ gây ra ngắt mềm (trap), quyền điều khiển được chuyển đến trình phục vụ ngắt tương ứng, đồng thời thiết lập mode = 0 (kernel mode).  Hệ điều hành kiểm tra tính hợp lệ, đúng đắn của các đối số, thực hiện yêu cầu rồi trả quyền điều khiển về lệnh kế tiếp ngay sau lời gọi system call, mode = 1. BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 16
9. Bảo vệ phần cứng – CPU  Bảo vệ CPU  Bảo đảm OS duy trì được quyền điều khiển  Tránh trường hợp CPU bị kẹt trong các vòng lặp vô hạn Cơ chế thực hiện là dùng timer để kích khởi các ngắt quãng định kỳ  Bộ đếm timer sẽ giảm dần sau mỗi xung clock.  Khi bộ đếm timer bằng 0 thì ngắt timer được kích hoạt hệ điều hành sẽ nắm quyền điều khiển.  Lệnh nạp giá trị bộ đếm timer là một privileged instruction. BK TP.HCM Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính 18