????? 2 ??????????????????????????? ((COMPUTER SYSTEM STRUCTURES ))

1
????? 2???????????????????????????((COMPUTER
SYSTEM STRUCTURES ))
2

• Computer-System Operation

3

• ??????????????????????????
• CPU, devicecontroller
• ???????????????????? common bus
• ???? share memory ???????
• ??????

4
(No Transcript)
5

• Device controller ????????????????? device
• ?????????
• CPU ??? device controller
• ???????????????????
• ?? memory controller
• ???????????????? share memory

6

• ????????????????????? running
  ???????????? ???????????????
• ???? reboot ?????????????????
  run ???????????????
• (initial program) ???? boot strap
  program ????????????? register ??? CPU ??? device
  controller ?????????????????? bootstrap
  program ??????? load ??????? kernel
  ????????????????? ????????????????????????
  execute ?????????? ???? init ????????????
  ?????????????????????????????? ???????????????????
  ???? ????????????????????????????????????????
  system bus ????? CPU ??????????
  ?????????????????????????????????????????????????
  system call ???? monitor call

7

• ????? CPU ???????????? ???????????????????????????
  ?????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ?????????????????????????????? (interrupt service
  routine) ??????????????????? CPU
  ?????????????????????????????

8

• ??????????????????????????????????

9

• ?????????????????????????????????? interrupt
  service routine ??????? ????????????????????
  (interrupt vector) (array ??? address ??? service
  routine ???? ?)
• ????????????????????????????? ????????????????????
  ?????????????????????????????
• ?????????????????????????????????? disable
  ??????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????? (lost
  interrupt)

10

• ??????????????????????????????????????????????? ?
  ???????????????????????(Priority)
  ??????????????????????????????????????????????????
  ?????????? ??????????????????????????? interrupt
  ??????????????
• ????????????????????? ??? ?????????????????????
  (interrupt driver) ??????????? process ,
  ???????????????????????????????????
  ????????????????????? ????????????????????????????
  ? ???????????????????????????? interrupt ????
  trap (??????)
• trap ??? software-generated interrupt
  (?????????????????????????????) ???????? error
  ???????????????? ????????????????????????????

11
????????????????????????
12

• ???????????????????????????? (state) ??? CPU
  ??????????? registers ??? program counter ???
• 2. ??????????????????????????????????????
• ??????? polling (???????????????????????????????
  )
• ???? vectored interrupt system (??????????????
  (address) ???)
• 3.  ?????????? code ?????????????????????????????
  ????????
• ????????????????

13

• I/O Structure

14

• I/O Interrupts
• ????? I/O ?????????? CPU ?? load register
  ???????????????? device controller ???? device
  controller ?????????????? register ?????????
  ???????????????????????? ???? ????????????????????
  ???? controller ??????????????????????? device
  ???????? local buffer ???????????????????????
  device controller ????? CPU ?????????????????
  ????????????????????????????????????????????????

15

• Synchronous I/O
• ?????????-??????????????????

16

• ?????????????????????????????
  ???????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????
• ???????????????????????? ?? 2 ????
• 1. ???????????????????????????????? wait ?????
  ?????????
• ??? CPU ???? ????????????????????????????????
  ?
• 2. ???????????????????????????????????????????
  wait loop

17

• loop jmp loop
• 
  
• loop ?????????????????? ? ?????????????????????
  ????????????????????????????????????? ?
  ?????????????????

18

• ??? CPU ?????????????????????????????????????
  ????????????????????????? I/O ????????????????????
  ??????????? ??????????????????????????????????????
  ??????????? ??????????????????????????? device
  ????????????????? ???????????????????? I/O device
  ???? ? ??????????????
• ????????????????????? ?????????????? MS-DOS
  ????????????? ????????????????????????????????????
  

19
(No Transcript)
20
Asynchronous I/O?????????-?????????????????????

21

• ??????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ??????????
• System call (?????????????????????????)
  ??????????????????????????????????????????????????
  
• ??????????????????????????????????????????????????
  ??????????????? ??? device-status table
  ????????????????????????? ???????(address) ???
  ???????(state) (???? , ?????????? ????????)
  ??????

22
(No Transcript)
23

• ???????????????????????? ?????????????????????????
  ????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ???????????????????????? ?????????????????????????
  ?????????????????????????????? ???????????????????
  ??? ????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ?? ???? ??????????????????????????????????????????
  ?????????????????????????

24

• ????? ??? asynchronous I/O
• ??? ??????????????????????????
• ?????????????????? ???? Windows ?????????????????
  ???????????????????????????????????????

25

• DMA Structure

26

• ?????????????????????????????????????????????????
  9600 baud (9600 ???????????????) ??????????? 1
  ?????????????????? 1 ??????????? ???? 1000
  ??????????? ??????????????????????????????????????
  ?? (interrupt service routine) ???????????????????
  ???????????????? (buffer) ????????????????????? 2
  ???????????/???????? ?????????????????????????????
  ???????????????????????????????????????????????
  1000 2 998 ??????????? ?????? ? 1000
  ??????????? (???????????????????????
• ???? ? ??????????????????????????????)

27

• ??????????????????????????????????????????????????
  ????????????????? (priority) ???
  ????????????????????????????????????????
  ?????????????????????????????????????????
  (high-speed device) ???? ??? , ??????????? (disk)
  ???? ?????????????? (communication network)
  ??????????????????????????????????????????????????
  ?????????????? CPU ?????????????? 2
  ??????????????????????????????????????????? 1
  ????? ?????????????????????????????? 4
  ???????????????????????? ??????????????????????

28

• ??????????? Direct Memory Access
  (???????????????????????????) ????????????????????
  ??????????????????????????? ??????????????????????
  ???????? buffer ??????????????????????????????????
  ???? (?????????? 1 ?????) ????????????????????????
  ?????????? ???????????????????????? 1 ???????????
  ??????????????????????????????????????? 1
  ?????/?????

29

• ???????????????????? ??? ?????????????????????????
  ??????????????????????????????????? ???????????
  buffer (??????? empty buffer ????????? input
  ???????? full buffer ???????????????? output)
  ??????? buffer ?????????????????????? 128 4096
  ???? ???????????????????????????????????? ?

30

• ??????????????????????????????????????? device
  driver ?? set ???????????????????? (DAM
  controller) ??????????????????????? , ???
  ????????????????????? register ?????
  ??????????????????????????????????????? register
  ?????? (??????????????? (control bit))
  ??????????????????????????? buffer ?????
  ?????????????????????????????????????????????????
  ????????????????????????????? ????????????????????
  ??????????????????????

31
Storage Structures
32

• ????????? ????????????????????????????????????????
  main memory ????????? ????????????????????? 2
  ??????
• 1.Main Memory ????????????????????????????????????
  ????????????????????????
• 2.Main Memory ????????????????????????????????????
  ? ???????????????????????????????
• ??????????????????????????? secondary storage
  (????????????????????) ?????????????????? ?
  ????????????
• ???????? storage structures ??????????? main
  memory, ??????????? (magnetic disk) ??? magnetic
  tape

33
Main Memory
34
- ????????????????????????????????????????? CPU
???? CPU ???????????????????????? -
????????????????????????? memory ??????????????
?????????????????? memory ???????????????????????
CPU ????????????????????????????? -
Memory-mapped I/O (???????????????????????????????
??? I/O device) ?????????????????(address) ???
memory ?????? map ????? device register -
???????/????? address ??? memory
?????????????????????????????/??????? device
register ?????????????????????????????????????????
???? ???? video controller
35
Magnetic Disks

• ??????????????? ????????????? (platter)
  ?????????????????????????? (???????????)

36

37

• - ?????????????????????????????????????? CD
  ??????????????????????? 1.8 5.25 ????
  ??????????? 2 ???? ???????????????????????
  ????????????????? (magnetic tape)
• ???????????????????? (Information) ???????????
  platter
• - ???????-???????????????????????????????? ?
  platter ??? ???????-??????????? disk arm
• - ????????????????? platter ?????????????????
  track ???????????????? ? ???????? sector
• - ???? (?????) ??? track ????????????????? arm
  ???????? ???????? cylinder
• - ?????????????? disk drive ??? gigabyte
• - 1 kilobyte 1024 bytes
• - 1 megabyte 10242 bytes
• - 1 gigabyte 10243 bytes

38

• ????????????????????????????? 1 megabyte 1
  ???????? 1 gigabyte 1 ???????????
• ??????????????????????? 60 150 ???/??????
• ??????????? disk ?? 2 ????
• transfer rate ??? ???????????????????????????
  drive ??? ???????????
• positioning time (????????????????????)
  ???????????????? random access time
  (???????????????????????????????)
• ???????????????????????????? disk arm ?????
  cylinder ?????????? ???????????? seek time
  ?????????????????????? sector ????????????????????
  ??-????? ???????? rotational latency
• head crash ??? ???????????????????????????-???????
  ????????????? disk
• disk controller ???????????????????? device
  ??????????????

39
Magnetic Tapes
40

• ???????????????? ????
• ?????????????????????????????????????????????
  main memory ???
• random access time ??????? magnetic disk
• ?????? back up information ?????????????????
• ??????????????????? disk 20 ????
• ????????????????????????? ??? 4 , 8 , 9 ?????????
  ??? ¼ , ½ ????

41
Storage Hierarchy (???????????????????????????)
42

• ??????? speed ???? ??? Volatility
  (??????????????????????) ?????????????????????????
  ???????? ?????????????????????????????????
  (volatile storage) ??????????????????????
• main memory , cache ??? registers ??? volatile
  storage ??? magnetic disk , optical disk
  ,magnetic tapes ???? nonvolatile storage
  (??????????????????????)
• ???? electronic disk ?????????????????????
• ??????????????????? electronic disk
  ?????????????? array ??? DRAM ??????????????????
  ??? electronic disk device ???? magnetic hard
  disk ????????????? battery ?????? backup power
  ???????? disk controller ????????????????? RAM
  ??????? magnetic disk ????????? controller
  ??????????????????????? RAM

43
(No Transcript)
44
Caching
45

• ???? information ?????????????? storage (????
  main memory) ???????????????? ????????????????????
  ? storage ??????????? ??????? cache
  ??????????????? information ???????
  ?????????????????? cache ?????????????????????????
  ??? cache ????????? ??????????? main storage
  ?????????????????? cache ????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????
• Main memory ???????????? cache ???????????????????
  ???????????? ?????????????????????????????????????
  ??????????????? main memory ????????
  ??????????????????? main memory
  ???????????????????????????????????????????????

46
Coherency and Consistency (????????????)
47

• ????????????????????? A ?????????????? B ??? 1
  ???????? B ????????????????? ?????????????????????
  ????????????????????????? I/O ???????? disk block
  ??? A ??????????? main memory ????????????? A
  ????? cache ??????????? internal register ???
  ??????? ???????? A ???????????????
  ???????????????? A ?? internal register ?????? A
  ??????????????????????? ? ??? ?????? A
  ?????????????????????????????? A
  ????????????????? magnetic disk

48

• ?????????????????? 1 ??? ???????????
  ???????????????? ??????????????? A
  ??????????????????????????????????????? hierarchy
  ??????????????????? multitasking ???? CPU ????
  switch ?? switch ?? 4 ??? ????????? ??????? ?
  ??????????????????????????? A ????????? process
  ?????????????? A ??? update ??????
  ???????????????? multiprocessor ???????? A
  ??????????? ? cache ???? CPU ?????????????????????
  ???????? ????????????????????? ?????? A ???
  update ?? 1 cache ????????????? ? caches ??? A
  ?????????????? ???????????????? cache coherency

49

• ???????????????? distributed ?????????????????????
  ?????????????????????????? ? ????????????????????
  access ??? update ?????????????????
  ????????????????????????????????? update
  ?????????? ????????? ? ????????????? update ????
  ???????

50

• Hardware Protection
• ??????????????????????????????????????????????
  ???????????????????????????????????? ????
  ???????????????????????????????????????????????
  ????????????????????????????? ????????????????????
  ????????????? ????????????????????????????????????
  ????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ??? ????????????????????????????
  ???????????????????? ? ??????????????????
  ????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ?

51

• Dual-Mode Operation
• (??????????? 2 ????)
• ????????????????????????????????????
  ?????????????????????????????????? ?
  ???????????????????? ?????????????????????????????
  ???????????????????????????? ???????????? (mode
  of operation) ??????? 2 ???? ??? user mode ???
  monitor mode (????????????? supervisor mode,
  system mode ???? privileged mode (????????))
  ????????????????? 1 ??? ???????? ???????????
  (mode bit) ??????????? ???????????????????????????
  ???????? mode ?? monitor (bit0) ???? user
  (bit1) ?????????? boot ???????
  ???????????????????? monitor mode
  ??????????????????? load ?? ??????????????????????
  ????? user mode ??????????????? interrupt
  ??????????? switch ??? user mode ?????? monitor
  mode (bit ??? 1 ???? 0)

52

• ??????????????????????????????????????????????????
  ???? ??????????? monitor mode ????????????????????
  ??????????????????????????? ??????????????????????
  ????????????? user mode (bit ???? 1)
• ??????????? Dual-Mode ??? ????????????????????????
  ???? ? ???????????????????????????????
  ????????????????????????????? (machine
  instruction) ??????????????????????? (privileged
  instruction) ?????????????????????????????????????
  ???????? ??????????? monitor mode ????????
  ?????????????????????????? user mode
  ?????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  ?????

53

• I/O Protection
• ??????????????????????????????????????????????????
  ????????????????? ? ???? ?????????????????????????
  ???????????????????????????????? ????
  ?????????????????? CPU ?????????
• ????????????????? ????????????????????????????????
  ? monitor mode ??? ???????????????????????????????
  ?? user mode ??????????????????? ????????????????
  ???? monitor mode ?????????????????? ?
  ????????????????????????????? (interrupt vector)
  ??????????????????????????????????????????????????
  ???????????? ???????????????????????????
  ?????????????????????????? ???????????????????????
  monitor mode ?????????????????? ? ??????????????
  (??????????????????????????????????)
  ?????????????????????????????????????? monitor
  mode ???

54

• Memory Protection
• ????????????????????????? (interrupt vector)
  ?????????????????????????? ???????????????????????
  ???????? (interrupt service routine)
  ??????????????????????
• ????????????????????????? ??? ????????????????????
  ??????????????????? ??????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????
  ????????????????????? register 2 ??? ???????? ???
  (base) ??? ?????? (limit)

55

• ????????????
• Base register ???????????????????????????????????
  ????? memory

56

• General System Architecture
• ??????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????
  ?????????????????????? ???????????????????????????
  ????????????????????????? ????????????????????????
  ?????????????????? ???????????????????????????????
  ?? ??????????????? ???????? ???????????????
  (system call) (???? ???????????????????? (monitor
  call)) ???????????????????????????? (system call)
  ????????????????????????????????????????????????
  ??????????????????????????????????????????????????
  (interrupt vector) ??????????????????????????????
  ? (mode bit) ???? monitor mode ???????????????????
  ??????????????? (system-call service routine)

57
???????????
58

• ??????????????? monitor mode ???????????????????
  ???????????????? ????????????????????????
  ?????????????????????????????????????