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ハードウェア

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講義:オペレーティングシステム
補足資料
ーハードウェアの概要(おさらい)ー
1
ハードウェアの概要
パソコンのハードウェア構成図(図 参照)
•
•
•
•
プロセッサ
メモリ(キャッシュ,メモリ,ディスク)
入出力デバイス
バス
2
モニタ
MPU
メモリ
ビデオ
コントローラ
キーボード
キーボード
コントローラ
フロッピ
ディスク
ドライブ
ハード
ディスク
ドライブ
フロッピ
ディスク
コントローラ
ハード
ディスク
コントローラ
バス
パーソナルコンピュータの構成図(単純な場合)
3
プロセッサ概要
・MPU(Micro Processor Unit), CPU(Central
Processor Unit)
• 構成: 演算装置,レジスタ
• 処理の高速化手法:
– パイプライン方式,スーパスカラ方式
• レジスタの種類
– 汎用レジスタ
– 特殊レジスタ:プログラムカウンタ(PC),スタックポインタ,
PSW(Program Status Word,プログラム状態語),..
4
メモリの概要
・メモリ階層(図 参照)
レジスタ,キャッシュ,主記憶(メモリ),ディス
ク,磁気テープ
• キャッシュ: 連想記憶
• 主記憶(メモリ)の保護(図 参照)
• ディスクの構成(図 参照)
5
アクセス時間
1nsec
サイズ
レジスタ
<1KB
2nsec
キャッシュ
1MB
10nsec
主記憶
10msec
磁気ディスク
100sec
磁気テープ
64-512MB
5-50GB
20-100GB
メモリ階層
注:上記の数値は若干古い.
6
プログラム(1)走行時
ユーザプログラム,
データ(2)
リミット
ベース
データ(2)
リミット(2)
ユーザプログラム,
データ(1)
プログラム(2)走行時
ベース(2)
データ(1)
プログラム1
リミット(1)
リミット(2)
ベース(2)
リミット(1)
ベース(1)
ベース(1)
OS
(a)プログラム1走行時
OS
(b)2組のベース/リミットレジスタによる
プログラム1の共有
図 ベース/リミットのレジスタによるメモリ保護
(昔の計算機の場合)
注:現在では上記の機構は用いておらず,後で講義する仮想メモリ機構を用いている.7
面5
読み書きヘッド
面4
面3
面2
面1
アームの動作
面0
ディスクの構造
8
入出力(I/O)デバイス
・入出力装置:ディスク,キーボード,ディスプレ
イ,ネットワークボード,...
• 入出力からの受け付け方法:
– ポーリング(CPUが調べる):CPUの浪費,繁忙
待機(busy waiting)
– 割込み: 現在は割込みで行う.
• デバイスドライバ: デバイスを制御するプロ
グラム
9
入出力処理概要
ディスク入出力の例(図 参照)
1)CPUがディスクコントローラに処理(入出力)を依頼する.
・コントローラ内のレジスタへ必要情報を書き込む.
・コントローラがディスクドライブを起動する.
2)ディスクが依頼された処理を完了すると,割込みコントローラ
にその旨を通知する.
3)割込みコントローラは,CPUに割り込みをかける.
・CPUへの特定のピンへ信号を送る.
4)割込みに関する詳細情報をバス経由でCPUに送る.
・詳細情報:デバイス番号,割込みの種類(内容:入力なの
か,出力なのか,またはその他なのか?)
・詳細情報は,デバイスごとに異なる.
10
ディスク
ドライブ
現在の命令
次の命令
MPU
(3) 割り込み
コントローラ
(4)
ディスク
コントローラ
(2)
(1)割込み
(3)リターン
(2)ハンドラへの
ディスパッチ 割込み
(1)
ハンドラ
図 割込みの概要
11
バス
• バスとは?
– ハードウェアの部品(CPU,メモリ,..)をつなぐ
ハードウェアの線
• 昔
– 単純な構成
• 最近
– 複雑な構成:図 参照
– バスの種類が多い
12
キャッシュバス
レベル2
キャッシュ
メモリバス
ローカルバス
PCI
ブリッジ
MPU
主記憶
PCIバス
PCIスロット
SCSI
ISA
ブリッジ
USBI
マウス
IDE
ディスク
キーボード
グラフィック
アダプタュ
モニタ
ISAバス
モデム
サウンド
カード
ISAスロット
プリンタ
Pentiumシステムのバス構成
13
ファイルシステム(追加資料)
・ファイルの階層構造:図 参照
• ファイルシステムのマウント
– あるファイルシステムを別のファイルシステムに
のせる(組み込む,マウントする)
14
ルートディレクトリ
職員
学生
ファイル
ファイル
ファイル
ファイルの階層構造
15
ルート
b
a
c
ルート
フロッピィ
x
d
y
b
a
c
(1)マウント前
d
x
y
(2)マウント後
ファイルのマウント
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