SYSTEMYOPERACYJNE

WYKŁAD 1 INTEGRACJA ZE SPRZĘTEM

Marcin Tomana marcin@tomana.net

SKRÓT WYKŁADU

Zastosowania systemów operacyjnych

Architektury sprzętowe i mikroprocesory

Integracja systemu operacyjnego ze sprzętem

Komponenty komputera

CO TO JEST SYSTEM OPERACYJNY ?

Oprogramowanie zarządzające zasobami komputerabędące środowiskiem dla innych

aplikacji

ZASTOSOWANIA SO

Komputery biurkoweGłównie Windows ale również Mac OS X i Linux

Serwery siecioweGłównie Linux i odmiany Unix ale również Windows Server

Urządzenia mobilneSymbian, Windows Mobile, BlackBerry, iPhone, Android

ARCHITEKTURY MIKROPROCESORÓW

2 główne typy procesorów (CPU):

CISC (Complex Instruction Set Computers)Złożone specjalistyczne instrukcje maszynowe

Instrukcje mogą operować bezpośrednio na pamięci

Rozbudowane metody adresacji

RISC (Reduced Instruction Set Computers)Mała liczba prostych instrukcji maszynowych

Instrukcje operują na rejestrach

Duża liczba rejestrów mikroprocesora

MIKROPROCESORY CISC

Procesory serii Motorola 68000Komputery Amiga, Atari ST, początkowo Apple

Seria Intel x86 i kompatybilne np. AMDAktualnie procesory te wewnętrznie mają architekturę RISC

MIKROPROCESORY RISC (1)

Produkcji IBMPierwsze IBM 801 (1970)

IBM Power (1990)– pierwsze komputery RS/6000, IBM Power5 – System operacyjny IBM-AIX, aktualnie również Linux

RS64 (1997) – zoptymalizowane pod obliczenia na liczbach całkowitych, serwery RS/6000, AS/400

Produkcji HPProcesory PA-RISC (1986) - Seria HP/PA - System operacyjny HP-UX

Produkcji MIPSProcesory MIPS (1989) - głównie komputery SGI, seria R4000 - 64 bitowa (1991)

MIKROPROCESORY RISC (2)

Produkcji SUNProcesory Sparc (1989), Aktualnia Sparc T2 8 rdzeni (32 wątki) - System operacyjny Solaris

Produkcji DECProcesory Alpha (1992) - Komputery VAX - System VMS, technologia kupiona przez Compaq, potem HP

Produkcji AIM = Apple+IBM+MotorolaProcesory PowerPC - System MacOS (z emulacją 680x0), OS/2 (nie wyszedł), IBM-AIX

Architektura ARM (Advanced Risc Machine)Sprzęt o niskim poborze prądu - telefony, routery, kalkulatory. Ok. 75% rynku CPU

SYSTEMY 32 I 64 BITOWE

Jakie to ma znaczenie ?

Praktyczne - aktualnie niewielkie (brak aplikacji)

Teoretyczne - bardzo duże w zastosowaniach obliczeniowych

Liczby całkowite32 bitowe - 1 liczba to ok. 4 miliardy kombinacji64 bitowe - 1 liczba to ok. 18 trylionów kombinacji

Liczby rzeczywiste (zmienno-przecinkowe) - IEEE 75432 bitowe - 1 liczba ma ok 7 cyfr znaczących i wykładnik od -38 do 3864 bitowe - 1 liczba ma ok 15 cyfr znaczących i wykładnik od -308 do 308

MIKROPROCESORY INTEL X86

Powszechnie nazywana platformą Intel

8086, 80286, 386, 486 (<100Mhz)

Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Celeron (<1GHz)

Pentium 4 (2000r., 0.18 mikrona), Pentium 4 Northwood (0.13 mikrona, do 3.2GHz) – technologia Hyper Threading (2 wątki)

Pentium D (65nm, 64bit, 2005), Core Duo, Core 2 Duo Conroe, Core 2 Quad Kensfield– 2-4 osobne rdzenie jedno-wątkowe

Core 2 Duo Wolfdale (E7xxx,E8xxx), Core 2 Quad Yorkfield (45nm)

Core i7– 4 rdzenie (do nawet 8), znów Hyper Threading. Ograniczone serie core i5, i3

Dla serwerów rodzina procesorów Xeon

MIKROPROCESORY AMD

Procesory kompatybilne z Intel x86

Am286,Am386,Am486,AMDK5, K6

Seria K7 – Athlon, Duron, Sempron

Seria K8 – Opteron (serwery, własna architektura 64bitowa AMD64 do której dostosowywał się potem Intel – 2003), własny kontroler pamięci (w Intelu dopiero Core i7)

Seria K9 - Athlon X2

Seria K10 – Phenom X2, X4, Athlon X2, X4, Athlon II, Phenom II

ZASTOSOWANIE CHIPSET’U

Chipset wspomaga działanie procesora

Układy zintegrowane z płytą główną

Mostek północny (obsługa RAM i kart PCI Ekspress i AGP) Procesory AMD (0d serii K8) oraz Intel Core i7 mają te funkcje zintegrowane w CPU

Mostek południowy (urządzenia wejścia wyjścia, kontroler dysków)

Czasami zintegrowana grafika

rys. www.wikipedia.pl

ZASTOSOWANIE PAMIĘCI RAM

Pamięć ulotna (bez prądu traci zawartość), szybka, dla bieżącego działania systemu i aplikacji

Różne typy gniazd: SIM, DIMM, SO-DIMM (notebooki)

Rodzaje pamięci:SIM (72 pin)

DIMM - SDRAM (168 pin)

DIMM - DDR SDRAM (184 pin)

DIMM - DDR2 SDRAM (240 pin)

DIMM - DDR3 SDRAM (240 pin)

Ważna jest częstotliwość taktowania FSB!

OBSŁUGA KART ROZSZERZEŃ

PCI-Express bardzo szybkie karty (najczęściej graficzne)

komunikacja z mostkiem północnym lub procesorem w trybie Point-To-Point (nie magistrala)

aktualnie PCI-E x16 v.2 - transfer 8GB/s

PCIkomunikacja magistrali, transfer ponad 500MB/s

rys. www.wikipedia.pl

OPROGRAMOWANIE BIOS

Oprogramowanie płyty głównej z możliwością aktualizacji (najczęściej w pamięci Flash)

Główne funkcjeRozruch komputera i test sprzętu (Power On Self Test)

Wstępna obsługa urządzeń

Kontrola zasilania (ACPI)

Monitorowanie sprzętu (np. temperaturę)

Ustalanie trybu pracy procesora i magistral

W rozwiązaniach serwerowych wejście bezpośrednio przez sieć

Aktualnie ewolucja do EFI - zabezpieczanie sprzętu

OBSŁUGA PRZERWAŃ SYSTEMU

Zewnętrzne mikroprocesory (np. kart rozszerzeń) buforują zewnętrzną komunikację (np. z siecią, portami)

W momencie gdy chcą przekazać dane do systemu operacyjnego generują przerwanie sprzętowe

Procesor przerywa swoją pracę i uruchamia procedurę obsługi przerwania

Przerwania programowe wykorzystywane są do wywoływania funkcji systemowych