Számítógép architektúrák I. gyakorlat

1. Számítógép architektúrák I.gyakorlat Nagyváradi Anett anettn@morpheus.pte.hu http://morpheus.pte.hu/~anettn Rókus 320.

2. Operációs rendszer ismertetés, hálózati ismeretek

3. Operációs rendszer International Organization for Standardization Nemzetközi Szabványügyi Szerveze • ISO definíciója: „Olyan programrendszer, amely a számítógépes rendszerben a programok végrehajtását vezérli: így például ütemezi a programok végrehajtását, elosztja az erőforrásokat, biztosítja a felhasználó és a számítógépes rendszer közötti kommunikációt.”

4. Operációs rendszer • Program – közvetítő a felhasználó és a gép között • Célja: • Egységes környezet biztosítása a felhasználó felé • Szg. hardverjének hatékony kihasználása • Számítási erőforrások: • CPU • Memória • I/O egységek

5. Operációs rendszer részei • Kernel (mag) • Közvetlenül a gépet vezérlő program • Állandóan fut • HW védelem – felhasználó nem fér hozzá • Rendszerprogramok • Szg tevékenységeit irányítja • Felügyeli az összes erőforrást • Biztosítja az alkalmazói progra- mok futásának környezetét • Alkalmazói programok • Felhasználói alkalmazások

6. Neumann elv • Neumann János 1946. számítógépek ideális működése • Gép 5 alapvető funkcionális egységből áll: • Bemeneti egység • Memória • Aritmetikai egység • Vezérlőegység • Kimeneti egység • A gép működését a tárolt program elvére kell alapozni • A gép a program utasításait az adatokkal együtt a központi memóriában, bináris ábrázolásban tárolja, műveleteit ezek sorrendjében hajtja végre

7. Neumann-elvek 1. soros utasítás végrehajtás (az utasítások végrehajtása időben egymás után történik. Ellentéte a párhuzamos utasítás végrehajtás, amikor több utasítás egyidejűleg is végrehajtható) 2. kettes (bináris) számrendszer használata 3. belső memória (operatív tár) használata a program és az adatok tárolására 4. teljesen elektronikus működés 5. széles körű felhasználhatóság, alkalmasság bármilyen adatfeldolgozási feladatra (a számítógép univerzális Turing-gépként működik) 6. központi vezérlőegység alkalmazása

8. BIOS – Basic Input Output System • Számítógép „idegrendszere” • EEPROM memóriába égetett programok • PC problémamentes működéséhez • Feladatai: • Hardverek ellenőrzése (POST – Power-On Self Test) • Hardverek vezérlőinek betöltése • Rendszerkonfiguráció • Az adott operációs rendszer betöltése • BIOS interfész biztosítása az operációs rendszer számára • Áramfelvétel szabályozása

9. BIOS beállítások - setup • DEL / ESC billentyűkkel rendszerindításkor • Dátum • Merevlemez adatok • Floppy, billentyűzet, kijelző • Boot sorrend • Memória • Órajel frekvencia • Stb.

10. Bootolás folyamata • PC bekapcsolása • Videokártya betöltése • BIOS, POST • Tényleges rendszerindítás • Lemezmeghajtó kiválasztása • Kiválasztott lemez első szekrotának – boot sector - beolvasása

11. Bootolás folyamata Boot sector • Merevlemez esetén: MBR - master boot record • 1 merevlemez több partíciót is tartalmazhat saját boot sectorral • A boot sector kis programot tartalmaz, melynek feladata az aktuális operációs rendszer beolvasása, elindítása

12. Bootolás folyamata folyt. • Ha merevlemezről bootolunk: • Az MBR beli kód megvizsgálja a partíciós táblát, hogy azonosítsa az aktív partíciót • Beolvassa annak boot sectorát • Elindítja az ottani kódot • Ez a kód beolvassa a kernelt és elindítja • Az op.rsz. a háttértárolóról betölti részeit – rendszerfájlok

13. Merevlemez címzése • A merevlemez címzése • Cilinder/Fej/Szektor • Mely cilinder / melyik fejjel írva,olvasva / a sáv hányadik szektorában • Számozás: C 0-tól / F 0-tól / S 1-től • A lemezek ilyen C/F/S egységben megadott méretét a lemez geometriájának nevezzük • Pl.: MBR címe 0/0/1

14. Bootolási infromáció • Merevlemezen két helyen tárolható : • MBR • Boot sector • A fő boot sector – MBR - 0/0/1 címen • 512 byte-os szektor • Gépi kódú betöltőprogramot és • 4 x 16 byte-os táblázatot tartalmaz – partíciós tábla

15. Partíciós tábla 4 x 16 byte • A 16 byte bejegyzései: • F [1 byte] boot flag (bootolható-e a partíció) • B [3 byte] partíció első szektora C/F/S • T [1 byte] partíció típuskódja (op.rsz. kódja) • E [3 byte] partíció utosló szektora C/F/S • R [4 byte] partíció első szektora a partíciós tábla címéhez képest, szektorban • S [4 byte] partíció mérete szektorban

16. Partícionálás • A merevlemezek részekre - partíciókra szabdalásának folyamata • A partíció a merevlemez egy önálló logikai egysége, amely fájlrendszer tárolására alkalmas • Primary/elsődleges partíció • Azon partíciók, melyeket az MBR partíciós táblája ír le • A partíciós tábla méretei miatt 4 partíciónak biztosít helyet • Közülük egy lehet extended partíció • Extended/kiterjesztett partíció • Segítségével 4-nél több partíció hozható létre

17. Extended/ kiterjesztett partíció • Erre helyezhetők el a logikai/secondary partíciók • A logikai partíciókat a másodlagos partíciós táblák írják le

18. Partícionálás • Partícionáláskor meg kell adni az aktív (boot) partíciót - hogy a rendszer bootolásra képes legyen • Partícionáló programok • Fdisk • Cfdisk • PartitionMagic • QtParted • GParted • GNU Parted • Ghost

19. Fájlrendszerek • Olyan struktúrák, amelyek a számítógép merevlemezeken tárolt adatainak rendszere-zésére szolgálnak • A lemez kezelése diszkrét részekben történik – cluster (klaszter) • Egy klaszter a lemez fizikai szektorának egész számú töbszöröséből állhat • Klaszter – legkisebb kezelhető lemezegység • A különböző fájlrendszerek különböző méretű indexeket használnak a klaszterek kiválasztásához

20. Fájlrendszerek • FAT12 (File Allocation Table) • FAT16 • FAT32 • NTFS (New Technology File System) • HPFS • Ext2, Ext3 • CDFS • Floppy • Általános • Win9x • WinNT • OS/2 • Linux • CD

21. FAT12, FAT16, FAt32 • 12, 16, 32 bites indexeket használ a klaszterek kiválasztásához - helypazarlás • Fájlkiosztási tábla (FAT), amely a kötet legfelső szintjén elhelyezkedő adattáblázat • Lemezek fürtökre vannak felosztva, amelyek mérete a kötet méretének függvénye • Fájlrendszer adatai egyetlen szektorban • Vele létrehozható max. logikai lemez 2GB/ 4GB • Gyökérkönyvtár max bejegyzés száma 512 • Nincs hibatűrés • FAT-partíciót képező fájlokhoz jogosultságokat nem lehet beállítani • Adminisztrációs célokra kevés helyet foglal

22. NTFS • Fő irányvonal: • Helyreállíthatóság - rögzíti a fájlrendszerben végrehajtott tranzakciókat - naplófájl • Súlyos szektorhibák eltávolíthatósága - nem használ speciális objektumokat a lemezen, a tárolt összes objektumot nyomon követi és védi • A gyorsjavítás támogatása • Felhasználók saját maguk által definiált attribútumokat rendelhetnek a fájlokhoz • Egyedi hozzáférési jogok • Hosszú fájlnevek támogatása • Nagyobb partíciók kezelése – 64 bites index – 256 TB • Kis és nagybetűérzékeny

23. Hálózati tudnivalók • Több egymáshoz kapcsolt számítógépből áll, amelyek között lehetőség van információcserére és erőforrásmegosztásra • Hálózatba kapcsolt gépek hostok • Hálózattípusok: • LAN - helyi hálózat (átviteli sebessége nagy, több megabit/sec) • WAN - nagytávolságú hálózatokat (9600 bit/sec) • Az internet (vagy internetwork) több ilyen egymással összekapcsolt LAN-ból illetve WAN-ból áll

24. Hálózati kommunikáció • A számítógépek közötti kommunikáció szigorú szabályok – protokollok - szerint zajlik • Rétegek – a kommunikációs rendszer egymástól jól elkülöníthető, független részei, melyek szabványos interfésszel kapcsolódnak egymáshoz • ISO OSI (International Standard Organisation, Open System Interconnect )

25. ISO OSI rétegei • Az OSI modell hétréteget határoz meg • az alsó három réteg jellemzően a számítógép hardverével kapcsolatos, • a felsőbb négy réteg megvalósítása szoftver feladat

26. Adatátvitel • Ha egy küldő folyamat a vevő folyamatnak adatokat akar küldeni : • az adatokat az alatta lévő rétegnek átadja, amely az adatok elé un. fejrészt(headert) illeszt • az így kapott egységet továbbadja a következő rétegnek • folyamat egészen addig ismétlődik, amíg az adatok el nem jutnak a fizikai rétegig, ahol aztán valóban továbbítódnak a vevő géphez • vevő oldali gépen, ahogy az üzenet az egyre magasabb rétegekhez kerül, az egyes rétegekben a különböző fejrészek leválasztódnak róla • végül megérkezik az üzenet a vevő folyamathoz

27. TCP/IP • A mai egyik legnagyobb hálózat a DARPA Internet (70,80-as évek) • A DARPA Internetbe kapcsolt gépek egyTCP/IP protokollcsaládsegítségével kommunikálnak egymással • Transmission Control Protocol/ Internet Protocol

28. TCP/IP • a fizikai és az adatkapcsolati szintet egy Ethernet hálózati csatlakozó biztosítja • minden egyes Ethernet csatlakozó-nak van egy egyedi címe (fizikai cím, hardvercím, MAC-rétegbeli cím) • A címet 12 darab hexadecimális számjegy formájában szokták megadni. Az első hat hexadecimális számjegy kiosztását az IEEE felügyeli, ezek a gyártót vagy az eladót azonosítják. • Az egyes Ethernet csatlakozó csak azokat az csomagokat veszi le a kábelről, amelynek ő a címzettje (vagy az üzenet egy ún. broadcast üzenet volt, amit mindenkinek meg kell kapnia) • egy host akár több Ethernet csatlakozóval is rendelkezhet, amelyek más-más LAN-okon vannak • ekkor ez a host képes lesz routing-feladatokat ellátni

29. IP - Internet Protocol • TCP/IP hálózati szintű protokollja • ez végzi az csomagoknak a forráshosttól célhostig irányítását • Feladat: • Hálózat képes legyen meghatározott mennyiségű bájtot egyszerre átvinni – csomag • Képes legyen egy eszköz fizikai címét leképezni logikai - IP - címre • Az IP állapotmentes protokoll, nem garantálja a csomagok megérkezését, sem a sorrendet

30. TCP – Transmission Control Protocol • Gondoskodik a csomagok sorrendbe állításáról és • Az esetlegesen elvesző csomagok újraküldéséről • A TCP egy garantált csatornát biztosít

31. IP cím • Minden egyes Ethernet csatlakozónak van egy ún. Internet címe (IP-címe) • 4 db egymástól ponttal elválasztott 1 byteos szám decimálisan megadva • Ez a cím teljesen független az Ethernet címektől • A hálózatokat is azonosítják IP címmel • Egy IP szegmenst a network címe azonosít • Host IP címe áll: network cím + host cím • A netmask adja meg, hogy a 4 byteból mennyi jelöli a hálózatot és mennyi a hostot • A címnek azon bitjei, amiken a netmask bitjei 1-et tartalmaznak, a network címet határozzák meg,a maradék a hostot jelöli

32. IP cím példa IP cím: 192.168.2.1 NM: 255.255.255.0 • 192.168.2.0 a hálózati cím • a 192.168.2.1-nek az utolsó byte-ja a host cím :1 • ebben az IP szegmensben 256 különböző cím szerepelhet • 192.168.2.0 - 192.168.2.255-ig • Ebből két címet fenntart magának a protokoll: • a 192.168.2.0 ez a network cím, • a 192.168.2.255 ez pedig a broadcast cím

33. Network cím • az alhálózat azonosítására szolgál • az alhálózatban lévő host címek helyén a nulla szerepel • pl.: 192.168.2.0

34. Broadcast cím • ezzel címezhető az összes helyi gép • mindig az adott hálózaton megcímezhető legnagyobb cím • körüzenetet küldhetünk ide, melyet az összes állomás venni fog • pl.: 192.168.2.255

35. Címosztályok • A osztályú cím • az 1.0.0.0 - 126.255.255.255 címeket foglalja magába és netmaszkja 255.0.0.0 • tehát egy IP szegmensben 2^24 (=16 millió) hostot képes megcímezni. • B osztályú címek • 128.0.0.0 - 191.255.255.255 terjednek, és netmaskjuk 255.255.0.0 (2^16 = 65536 host). • C osztályú címek • 192.0.0.0 - 223.255.255.255 címtartományban vannak, és netmaskjuk 255.255.255.0. • A fennmaradó címtartomány foglalt későbbi fejlesztésekre

36. DNS Domain Name System/Server • A host-ok IP címekkel címzik egymást • Ezen nevek nehezen megjegyezhetőek • Ezért a host-okat általában "közönséges" nevekkel illetik • Az alkalmazás feladata, hogy megtalálja az ehhez a névhez tartozó IP címet • Ezt a folyamatot (host)névfeloldásnak nevezzük • Szerverek, melyeken nyilvántartják az egyes IP címhez tartozó számítógép neveket, biztosítják az oda-vissza konverziót

37. DNS domainek • A DNS a hostneveket domain-nek hierarchiájába szervezi • Egy domain olyan helyek gyűjteménye, amelyek valamilyen értelemben kapcsolatban vannak • Pl.: a magyar gépek nagy része a .hu domainbe vannak gyűjtve pl.: Szolgáltatás név. intézmény/szolgáltató neve .ország/intézmény azonosító www. pte. hu

38. Névfeloldás Pl.: www.ttk.pte.hu • Kérés a root felé, hogy adja vissza a .hu nevekért felelős szerver címét • .hu neveket feloldó szervertől kérik a .pte.hu nevekért felelős szerver nevét • .pte.hu feloldásáért felelős szerve visszaadja a ttk.pte.hu címért felelős name server címét • Az utolsó name server elvégzi a név feloldását

39. Címkiosztás • Statikus IP kiostás • Dinamikus IP kiosztás • DHCP : Dynamic Host Configuration Protocol • Szg-ek beállítására szolgáló protokol • Kliensek legfontosabb hálózati beállításainak vezérlésére szolgál a szerver segítségével • TCP/IP hálózatokon a csomópontok hálózati önkonfigurációját lehetővé tevő protokoll

40. DHCP működése • A kliens hálózati beállításait egy központi szerveren tárolja el • Innét bekapcsolásukat követően letölthetik azokat és ezek alapján működhet tovább • Lehetővé teszi: a hálózatra kapcsolódó gépek a rendelkezésre álló címtartományból dinamikusan allokáljanak maguknak címeket • Így biztosítják az optimális címkihasználást, az ütközések elkerülése mellett • Előnye: • A rendszergazdáknak nem kell egyesével beállítani a gépeket • Megkönnyíti az IP címekkel kapcsolatos adminisztrációt

41. Kommunikáció a hálózaton • Az Internet lokális hálózatokból épül fel, amelyeket routerek kapcsolnak össze 1. Lokális hálózaton: • Koax/optikai kábellel vagy hub-okkal, vagy switch-ekkel összekapcsolt koaxra vagy UTP kábelre kapcsolódó számítógépek • Szegmens / alhálózat 2. Globális hálózat • A router (gateway, útválasztó) egy kitüntetett számítógép a szegmensen, amely egyszerre több lokális hálózathoz is kapcsolódik

42. Lokális hálózati kommunikáció • Ha valamelyik gép adni szeretne, akkor megvizsgálja, hogy szabad-e a kábel • Ha igen, akkor használni kezdi • Előfordulhat, hogy többen egyszerre kezdik használni a kábelt, ilyenkor ütközésnek lépnek fel • Ezt az interface-ek (hálózati kártyák) felismerik • Beszüntetik a forgalmazást • Véletlen ideig várnak • Újra próbálkoznak

43. Globális hálózati kommunikáció • Ha egy számítógép egy másik szegmensben lévő géppel akar kommunikálni • Ekkor nem közvetlenül a címzettel kezdeményez kapcsolatot, hanem az alapértelmezett útválasztóval • Elküldi az adat csomagot, azzal az utasítással, hogy juttassa el az XY IP címre • Ha a címzett egyik a routerhez kapcsolódó szegmenshez sem tartozik, akkor a router is egy másik routerrel veszi fel a kapcsolatot, és annak küldi tovább a csomagot

44. Hálózati topológiák • Busz, csillag, gyűrű