730 likes | 956 Views
SOCS. Hoofdstuk 4 Besturingssystemen. Inhoud. Inleiding Programmatoestandswoord Programma-onderbrekingen Invoer en uitvoer Processortoestanden Multiprogrammatie Soorten Besturingssystemen Taken van een besturingssysteem Kosten en Baten. Inhoud. Inleiding Programmatoestandswoord
E N D
SOCS Hoofdstuk 4 Besturingssystemen
Inhoud • Inleiding • Programmatoestandswoord • Programma-onderbrekingen • Invoer en uitvoer • Processortoestanden • Multiprogrammatie • Soorten Besturingssystemen • Taken van een besturingssysteem • Kosten en Baten
Inhoud • Inleiding • Programmatoestandswoord • Programma-onderbrekingen • Invoer en uitvoer • Randapparaten • In- en uitvoer-organisatievormen • Randapparaat-besturingsroutines (stuurprogramma’s) • Processortoestanden • Multiprogrammatie • Soorten Besturingssystemen • Taken van een besturingssysteem • Kosten en Baten
Invoer en uitvoer • Besturingssysteem • Besturen van Randapparaten • Opdrachten geven, PO opvangen, fouten … • Gebruikersprogramma • Hoog-niveau opdrachten • LEZ (= complexe operatie) • Toetsaanslagen code • Blanko’s, return-toets, ‘–’, Backspace • Omzetten naar decimaal getal (ev. 10-complement) • Tonen op scherm (‘echo’)
Randapparaten • (Mechanisch gedeelte) • Elektronisch gedeelte • = Bestuurder (Controller, Adapter) • Insteekkaart • Vaak meerdere apparaten besturen
Buffer Speciale Registers Popdracht/geg. Ptoestand Poorten Randapparaten Schijfbestuurder Bestuurdervan drukker CVO Geheugen-bestuurder Geheugen Bus
Randapparaten • Toestandspoort (Pt) • Toestand v. (bestuurder) randapparaat (LEZEN) • Opdracht en gegevenspoort (Pog) • Opdracht aan bestuurder geven (SCHRIJVEN) • Gegevens van (bestuurder) apparaat ophalen (LEZEN)
Randapparaten • Lezen/schrijven uit/in “poorten”Twee methodes: • Speciale instructies • Twee verschillende adresruimtes: • Geheugenregisters • Poorten van randapparaten • Inpassing in het geheugen • Slechts 1 adresruimte
Randapparaten • Speciale instructies • INV Ri,Pxxxx (INVoer)Ri Pxxxx • UTV Rj,Pyyyy (UiTVoer)Pyyyy Rj • Pxxxx P0, P1, …, P9998, P9999 8199i9xxxx 8299j9yyyy • Afspraak: Pt : t = even, Pog = Pt+1
Randapparaten • Inpassing in het geheugen • Poorten hebben een geheugenadres (vb. 9900..9909) • Voordeel: geen speciale instructies nodig • HIA Ri,xxxx • BIG Rj,yyyy • Nadeel: minder geheugen beschikbaar
Geheugenregisters P0 P1 Poorten P9 Geheugenregisters Randapparaten • Lezen/Schrijven speciale registers (poorten) • Inpassing in het centrale geheugen 0000 … 9899 9900 9901 … 9909 9910 … 9999
Randapparaat • Toestandspoort (Pt) • Toestand van het randapparaat • Alleen uitlezen
PO-aanvraag Fout Fout Initialiseer Opdracht klaar(niet-invoer) Gegevensbeschikbaar Gegevensuitgelezen Opdracht Initialiseer Gegevens beschikbaar(zonder opdracht) Fout Laatste gegevensgelezen Randapparaat Fout Bezig Klaar Gegevens
Randapparaat • Fout: • Onbestaande/foutieve opdracht • Opdracht gegeven terwijl apparaat nog bezig is • Apparaat heeft nieuwe gegevens terwijl vorige nog niet uitgelezen zijn • Fout in het apparaat: • Vb. papierlade leeg, inktpatroon leeg, …
Begin-toestand Eind-toestand Verklaring Randapparaat • Sommige overgangen: PO-aanvraag • Interventie van het CVO gewenst ??? Fout CVO moet fout herstellen(herinitialisatie) Bezig Klaar CVO mag nieuwe opdracht geven Bezig Gegevens CVO moet gegevens inlezen (beschikbaar na opdracht) Klaar Gegevens CVO moet gegevens inlezen(beschikbaar zonder opdracht)
INV R0,P2 UTV R1,P3 INV R2,P1 UTV R3,P0 P0 0000000002 Pog Pt P1 0000000088 P2 0000000000 P3 0000000000 0000001000 R0 1000000020 R1 R2 0000000050 R3 9999999999 … Randapparaat INV R0,P2
INV R0,P2 UTV R1,P3 INV R2,P1 UTV R3,P0 P0 0000000002 P1 0000000088 P2 0000000000 P3 0000000000 0000001000 R0 1000000020 R1 R2 0000000050 R3 9999999999 … Randapparaat UTV R1,P3 0000000000
INV R0,P2 UTV R1,P3 INV R2,P1 UTV R3,P0 P0 0000000002 P1 0000000088 P2 0000000000 P3 1000000020 0000000000 R0 1000000020 R1 R2 0000000050 R3 9999999999 … Randapparaat 0000000001 INV R2,P1
INV R0,P2 UTV R1,P3 INV R2,P1 UTV R3,P0 P0 0000000002 P1 0000000088 P2 0000000001 P3 1000000020 0000000000 R0 1000000020 R1 R2 0000000050 R3 9999999999 … Randapparaat 0000000000 0000000000 UTV R3,P0 Niet toegelaten!(P0 = toestandspoort) 0000000088
Twee C-functies: int getPort(int poortnr) void putPort (int poortnr, int waarde) Voorbeeld: a = getPort(0); // lees poort P0 in putPort (1, b); // kopieer b in poort P1 Constanten: #define KLAAR 0 #define BEZIG 1 #define GEG 2 #define FOUT -1 C Lezen/Schrijven poorten
Niet te schrijven in C C PO-routine • PO-routine voorstellen als ( C): interrupt po_routine() { … } Bewaar accumulatoren Herstel accumulatoren KTO i.p.v. KTG
In- en uitvoer organisatievormen • Geprogrammeerd(met actief wachten) • M.b.v. programma-onderbrekingen • D.m.v. directe geheugentoegang • M.b.v. speciale invoer/uitvoer-processoren • M.b.v. satelliet-computers
Geprogrammeerde in/uitvoer • Alle gegevenstransport via de processor • Processor synchroniseert met randapparaat • Nieuwe opdracht mag slechts gegeven als toestand = KLAAR • Gegevens kunnen slechts uitgelezen worden als toestand = GEGEVENS • Wachten tot juiste toestand • Actief wachten = continu testen
int Pt, Pog, opdracht, geg; Pt = 6; Pog = 7; opdracht = …; /* geven van opdracht */ while (getPort(Pt) != KLAAR); putPort(Pog, opdracht); /* lezen van gegevens */ while (getPort(Pt) != GEG); geg = getPort(Pog); Geprogrammeerde in/uitvoer
int Pt, Pog, opdracht, geg; Pt = 6; Pog = 7; opdracht = …; /* geven van opdracht */ while (getPort(Pt) != KLAAR); putPort(Pog, opdracht); /* lezen van gegevens */ while (getPort(Pt) != GEG); geg = getPort(Pog); Actief wachten Actief wachten Geprogrammeerde in/uitvoer
Actief Wachten Actief Wachten Geprogrammeerde in/uitvoer Gegevens inlezen Opdracht geven CVORandapparaat klaar bezig gegevens Toestand uitlezen
int Pt, Pog, opdracht, geg; Pt = 6; Pog = 7; opdracht = …; /* geven van opdracht */ while (getPort(Pt) != KLAAR); putPort(Pog, opdracht); /* lezen van gegevens */ while (getPort(Pt) != GEG); geg = getPort(Pog); MEVA Pt,6 MEVA Pog,7 MEVA KLAAR,0 MEVA GEG,2 LUS1: INV R0,P<Pt> VGL.w R0,<KLAAR> VSP NGEL,LUS1 HIA R0,opd UTV R0,P<Pog> LUS2: INV R0,P<Pt> VGL.w R0,<GEG> VSP NGEL,LUS2 INV R0,P<Pog> … opd: … Geprogrammeerde in/uitvoer
MEVA Pt,6 MEVA Pog,7 MEVA KLAAR,0 MEVA GEG,2 LUS1: INV R0,P<Pt> VGL.w R0,<KLAAR> VSP NGEL,LUS1 HIA R0,opd UTV R0,P<Pog> LUS2: INV R0,P<Pt> VGL.w R0,<GEG> VSP NGEL,LUS2 INV R0,P<Pog> … opd: … Actief wachten Actief wachten Geprogrammeerde in/uitvoer
Geprogrammeerde in/uitvoer • Voorbeeld: • Scherm • Toestandspoort = P2; Opdrachtpoort = P3
char zone[100] = { ‘v’, … }; int n = 100; int idx = 0; int cmd; do { while (getPort(2) != KLAAR); cmd = 1000000000 + zone[idx++]; putPort (3, cmd); } while (idx < n); HIA.w R2,0 LUS: INV R0,P2 VGL.w R0,<KLAAR> VSP NGEL,LUS HIA R1,OPDR OPT R1,ZONE(R2+) UTV R1,P3 VGL R2,N VSP KL,LUS … OPDR: 1000000000 N: 100 ZONE: 0000000086 0000000111 … Geprogrammeerde in/uitvoer
HIA.w R2,0 LUS: INV R0,P2 VGL.w R0,<KLAAR> VSP NGEL,LUS HIA R1,OPDR OPT R1,ZONE(R2+) UTV R1,P3 VGL R2,N VSP KL,LUS … OPDR: 1000000000 N: 100 ZONE: 0000000086 0000000111 … Actief wachten Nuttige bevelen Geprogrammeerde in/uitvoer
5 s 1 ms Geprogrammeerde in/uitvoer • Performantie Actief wachten Actief wachten Actief wachten Derde letter Tweede letter Eerste letter Scherm: 1000 tekens/s Drama: 1 MIPS Nuttig: 5/1000 = 0,5 %
Geprogrammeerde in/uitvoer • 100 letters 100 ms • 1 MIPS computer: 0,5 % nuttig gebruik CVO • 10 MIPS computer: 0,05 % nuttig gebruik • 100 MIPS computer: 0,005% nuttig gebruik • …
Geprogrammeerde in/uitvoer • Voorbeeld 2: inlezen van toetsaanslagen • Geen opdracht nodig • Toetsaanslag: • Pt == GEGEVENS • Aanduiding toets in Pog • Performantie? • Gebruiker: 5 letters/s 1 letter / 200 ms • 1 MIPS machine • Inlezen van toetsaanslag + lus < 10 bevelen • Rendement < 0,005 %
Programma-onderbrekingen • CVO test niet voortdurend de toestandspoort • Bestuurder van randapparaat: • Meldt aan CVO wanneer klaar met opdracht, gegevens beschikbaar, fout, … • Geen actief wachten meer! • Toepassing: gegevensdebiet eerder laag • Zelfde voorbeeld: • Scherm • 100 letters afbeelden • 1ste letter via vorige methode
char zone[100] = { ‘v’, … }; int n = 100; int idx = 0; main () { /* eerste letter */ int cmd; while (getPort(2) != KLAAR); cmd = 1000000000 + zone[idx++]; putPort(3, cmd); /* doe iets anders */ … } /* volgende letters */ interrupt po_rout4 () { int cmd; /* bewaar accumulatoren */ if (getPort(2) == KLAAR) { if (idx < n) { cmd = 1000000000 + zone[idx++]; putPort (3, cmd); } } else { /* fout */ } /* herstel accumulatoren */ } Programma-onderbrekingen
interrupt po_rout4 () { int cmd; /* bewaar accumulatoren */ if (getPort(2) == KLAAR) { if (idx < n) { cmd = 1000000000 + zone[idx++]; putPort (3, cmd); } } else { /* fout */ } /* herstel accumulatoren */ } PO_R4: BIG R0,BEWAAR BIG R5,BEWAAR+1 BIG R6,BEWAAR+2 INV R0,P<Pt> VGL.w R0,<KLAAR> VSP NGEL,FOUT HIA R6,INDEX VGL R5,AANTAL VSP GEL,EINDE HIA R5,OPDR OPT R5,ZONE(R6+) UTV R5,P<Pog> BIG R6,INDEX EINDE: HIA R0,BEWAAR … KTO Programma-onderbrekingen
PO_R4: BIG R0,BEWAAR BIG R5,BEWAAR+1 BIG R6,BEWAAR+2 INV R0,P<Pt> VGL.w R0,<KLAAR> VSP NGEL,FOUT HIA R6,INDEX VGL R5,AANTAL VSP GEL,EINDE HIA R5,OPDR OPT R5,ZONE(R6+) UTV R5,P<Pog> BIG R6,INDEX EINDE: HIA R0,BEWAAR … KTO 17 bevelen / letter Programma-onderbrekingen
CVO en Bestuurderbeide bezig Programma-onderbrekingen Toestand uitlezen Nuttig werk CVO gebruikersprogr. POSchermbestuurder klaar bezig Opdracht geven Letter afbeelden
Programma-onderbrekingen • Performantie • Extra overhead door PO • Bewaar R0, R5, R6 … Herstel R0, R5, R6 • Index in geheugen bewaren • … • 17 instructies / letter 17 s • Scherm: 1 ms / letter • Overige tijd: 983 s besteden aan de uitvoering van een ander programma = ± 983 instructies!
Nuttig werk!!! 17 s 1 ms Geprogrammeerde in/uitvoer • Performantie Iets anders Iets anders Iets anders Derde letter Tweede letter Eerste letter Scherm: 1000 tekens/s Drama: 1 MIPS
Programma-onderbrekingen • Niet voor apparaten met hoog debiet • Na KTO, onmiddellijk een nieuwe PO • Geen tijd om iets anders te doen • Risico dat PO-routine te lang duurt en gegevens verloren gaan
Transport via CVO Schijfbestuurder Toestenbord-bestuurder CVO Geheugen-bestuurder Geheugen
Transport via CVO Schijfbestuurder Scherm-bestuurder CVO Geheugen-bestuurder Geheugen
Directe geheugentoegang • DGT • Engels: DMA (Direct Memory Access) • Optimisatie van vorige schema • CVO geeft opdracht aan bestuurder • Bestuurder zorgt zelf voor het transport van/naar het geheugen • Na transport: Bestuurder PO-aanvraag
Directe geheugentoegang Lezen … Schijfbestuurder Bestuurdervan drukker CVO Geheugen-bestuurder Geheugen Opdracht Transport
Directe geheugentoegang Schrijven … Schijfbestuurder Bestuurdervan drukker CVO Geheugen-bestuurder Geheugen Opdracht Transport
Directe geheugentoegang Schijf: Kam Spoor Sector Cilinder(= alle sporen voor bep. positie kam) • Lezen/Schrijven: 2 stappen • Positioneer kam (+ selecteer kop) • Lees/Schrijf # opeenvolgende sectoren
Directe geheugentoegang • Voorbeeld: • DRAMA-Schijf • Toestandspoort = P6; Opdrachtpoort = P7 • 300 cilinders • elke cilinder: 40 sporen (40 koppen) • elk spoor: 50 sectoren • elke sector: 100 getallen van 10 cijfers • Alfanumerische informatie (3 cijfers/letter) • Per sector 100 getallen 3 letters/getal 300 letters • 1000 letters inlezen 4 opeenvolgende sectoren
Directe geheugentoegang • Opdrachten voor de schijfbestuurder: