1.5.Состав ос
Чаще всего ОС состоит из относительно компактного ядра (монитора) и набора системных программ и данных (рис. 4).
Рис. 4. Состав ОС (ВНИ - внешние носители информации)
Ядро включает те функции ОС, которые нужны постоянно. Возможности ядра изменяются от выполнения небольшого числа простых команд, вводимых пользователем с дисплея, до управления в реальном времени различными устройствами.
Типичными функциями ядра являются:
- организация взаимодействия пользователя с компьютером;
- управление распределением ресурсов;
- обеспечение требуемого режима функционирования ЭВМ;
- запуск и контроль выполнения системных и прочих программ;
- слежение за выполнением операций обмена данными;
- управление файлами.
Все ядро или некоторая его часть, называемая резидентным монитором, постоянно находится в ПЗУ от момента загрузки ОС до завершения ее работы. Алгоритм работы простейшего монитора приведен на рис. 5. Другие, нерезидентные части загружаются в оперативную память из внешней памяти по мере необходимости. После выполнения оперативная память освобождается.
Рис. 5. Схема работы простейшего монитора
Программы обслуживания внешних носителей информации позволяют копировать и сравнивать содержимое носителей, а также выполнять другие операции с носителями и отдельными файлами.
Сервисные программы (утилиты) облегчают подготовку исходной информации, организацию хранения и использования программ.
Библиотеки программ содержат наиболее часто используемые программы. Программы компонуются в библиотеки по назначению.
2.Управление памятью
2.1. Основная память
Память - важнейший ресурс вычислительной системы. В памяти располагается как сама операционная система, так и те задачи, которые должны быть выполнены. Различают:
1. Реальную память.
2. Виртуальную память. При этом основная память моделируется на НМД. Виртуальная память может во много раз превышать реальную.
Существует следующая иерархия видов памяти (рис. 6):
Рис. 6. Виды памяти
2.2.Регистровая память
Регистры используются для хранения исходных данных или операндов и результатов машинных команд. Регистры являются основным элементом процессора вычислительной системы, за счет этого достигается высокая производительность работы с регистрами.
Регистры процессора Intel
В состав процессора Intel входят:
- регистры общего назначения;
- регистры-указатели;
- сегментные регистры;
- регистр флагов;
- отладочные регистры;
- управляющие регистры;
- рабочие регистры.
Регистры общего назначения в современных процессорах Intel 32-хразрядные и имеют имена EAX, EBX, ECX и EDX. Их младшие 16 разрядов именуются соответственно AX, BX, CX и DX.
Регистры-указатели:
- программный счетчик EIP служит для хранения адреса следующей машинной команды. Полный логический адрес задается в сочетании с сегментным регистром CS;
- индексные регистры ESI, EDI используются в цепочечных примитивах, т.е. в командах, которые позволяют выполнить обработку последовательности или цепочки байт (например, команда копирования блока памяти). Особенность: их значение меняется автоматически, без участия программы. Адрес источника цепочки команд задается в виде: DS:ESI, а адрес результата: ES:EDI;
- указатель вершины стека ESP. Полный адрес вершины стека формируется с участием сегментного регистра SS (SS:ESP);
- указатель дна стека EBP.
Сегментные регистры служат для формирования логических адресов. Разрядность 2 байта (16 разрядов):
- сегмент кода CS;
- сегмент данных DS:
- дополнительные сегменты данных ES, FS, GS:
- сегмент стека SS.
Регистр флагов EFLAGS (рис. 7) показывает состояния процессора после выполнения очередного машинного цикла. Через регистр флагов можно оказать воздействие на выполнение машинного цикла, т.е. установить флаги управлений. Имеет 32 разряда, биты этого регистра закреплены за отдельными флагами.
Рис. 7. Структура регистра флагов
Флаги управления:
- флаг трассировки TF. TF=1 - позволяет переключить процессор в пошаговый режим;
- флаг разрешения прерываний IF: 1 - разрешение прерывания, 0- запрет;
- флаг направления DF управляет направлением изменения индексных регистров в цепочке команд: 1- декремент (уменьшение адреса), 0 - инкремент (увеличение адреса).
- уровень привилегий ввода/вывода IOPL позволяет отследить уровень защиты, установленный для операций ввода-вывода;
- флаг вложенной задачи NT применяется в мультизадачных режимах;
- флаг возобновления RF позволяет инициировать процедуру рестарта;
- флаг режима виртуального процессора 8086 VM. С помощью этого флага выполняется перевод процессора в данный виртуальный режим;
- флаг проверки выравнивания AC добавлен в процессорах начиная с 80486.
Флаги условий:
- флаг переноса (Carry Flag) CF устанавливается в 1, если при выполнении команды возникает перенос из старшего разряда результата;
- флаг четности (паритета) PF устанавливается в 1, когда младшие 8 бит результата содержат четное число единиц;
- флаг дополнительного переноса AF используется в операциях двоично-десятичной арифметики и устанавливается в 1 при переносе из третьего разряда;
- флаг нуля ZF устанавливается в 1 при получении нулевого результата;
- флаг знака SF: 1 - результат отрицательный, 0 - результат положительный;
- флаг переполнения OF устанавливается в 1 при возникновении переполнения;
Остальные разряды регистра флагов зарезервированы.
Отладочные регистры DRi. Их число изменяется от 4 до 8 в зависимости от модификации процессора. Отладочные регистры используются утилитами тестирования аппаратуры и средствами отладки систем программирования.
Управляющие регистры CRi (i=1..3) используются системой управления памятью процессора, хранят структуры, которые позволяют переключать режим процессора, устанавливать вид грануляции памяти (оперирование отдельными байтами или страницами памяти), переключать механизм трансляции страниц. С помощью одного из управляющих регистров задается адрес каталога таблиц страниц процессора.
Рабочие регистры программно недоступны, используются процессором для организации выполнения потока команд. Например, в процессоре Pentium Pro - 40 рабочих регистров.