GEF 435 Principes des systèmes d’exploitation Le matériel des ordinateurs Revue Pt I (Tanenbaum 1.4)

Revue Quelle sont les deux vues des SE? Nommez des types de SE:

Synopsis Les composantes d’ordinateur Processeurs Types de mémoire Parties d’un processeur Types de processeur Modes d’opération Types de mémoire

Composantes Monitor This is an abstracted view...modern PC are much more complicated with multiple busses Bus Un SE est lié intimement avec le matériel sur lequel il opère

Processeurs Le cerveau de l’ordinateur Fonction du CPU: Extraire un instruction de la mémoire (fetch) Décode l’instruction et opérants Exécute l’instruction Répète En pratique c’est plus compliqué...

Processeurs (parties) Le cœur du CPU est l’ALU (unité arithmétique et logique) Autres ressources a l’intérieur du CPU: Registres génériques Utilisés pour garder les variables durant les calculs Compteur ordinal (Program counter) Pointe à la prochaine instruction à extraire de la mémoire Arithmetic Logic Unit

Processeurs (parties) Autres ressources à l’intérieur du CPU: Pointeur de pile (stack pointer) Pointe sur le dessus de la pile du processus courrant Mot d’état (Program Status Word (PSW)) Contient les bits de conditions, la priorité du CPU, le mode, et des bits de contrôles Stack Pointer: Points to the top of the current stack in memory One frame for each stack that has been entered but not exited What does a stack hold? Input parameters, local variables, etc... Program status word: Bits are set by comparison instructions (see upcoming Assembly example), CPU priority, mode(user; kernel), etc...

Processeurs (types) Un CPU Pipeline MOVEQ #5, R1 MOVEQ #0, R2 LOOP ADDI #1,R2 CMP R1, R2 BNE LOOP . Quand une instruction est dans le tuyau (pipe) elle sort à l’autre bout et est exécuté même si elle doit être ignorée! Rend la constructions des compilateurs et SE compliqué. A pipeline CPU allows for concurrent activity on many instructions -Fetching -Decoding -Execution Can be longer and more involved than this. Once an instruction is in the pipe, it comes out, even if it has to be ignored! (Draw example of instruction patch)

Processeurs (types) CPU Superscalaire Unités d’exécution multiple Extraction d’instructions multiple Le matériel remet les instructions en ordre (majoritairement) Les deux modèles expose les dessinateurs de SE et de compilateurs à l’architecture et la complexité!!!

Processeurs (modes) Deux modes: Noyau (Kernel) Usager (User) Toutes les micro instructions sont disponible Le SE travail dans ce mode Les programmes peuvent entrer dans ce mode pour faire exécuter une instruction réservée en utilisant une trap (déroutement) Usager (User) Programmes voient seulement une région restreinte de la mémoire Seulement certaines instructions sont disponible pour accès Normalement les E/S et les fonctions de la mémoire ne sont pas permis Make sure they realize that I am talking about machine language instructions being disallowed. Just because they can use the malloc() function doesn’t mean that they have access to supervisory mode. The compiler will add the necessary instructions to trap to kernel mode so that the instruction may be executed. The information that the user program wants executed will be provided to the kernel

NON! Mémoire La mémoire idéale: Extrêmement vite (plus vite que le temps d’exécution du CPU) Large Peu coûteuse Est-ce que nous pouvons faire cela avec la technologie d’aujourd’hui? NON!

Types de Mémoires (et Hiérarchie) A Memory Hierarchy Coût What do I mean by hierarchy? Les types de mémoire multiple donne une balance de vitesse, grosseur et coût mais… …ajoute de la complexité

Types de Mémoires Registres Sont embarqués dans le CPU et sont en général rapides Les Registres sont gérés par le programme Même si le compilateur a la décision finale

Types de Mémoires Cache Très vite mais c’est une mémoire dispendieuse Potentiellement il y a plusieurs niveaux de cache Vit prés du CPU Habituellement contrôlé par le matériel Main memory is divided into cache lines (eg: 0-63; 64-127; etc) Draw an example When a program needs a bit of memory it looks to the cache first If there, a cache hit! If not, a miss-> Go to main memory

Types de Mémoires Mémoire principale (RAM) Le cheval de travail Grandit rapidement Le coût par Meg descend aussi rapidement Au début des années 1990 $200 vous achetais 1-4Meg Maintenant $200 achète 2GB

Types de Mémoires Disques magnétiques Deux ordres de grandeur moins dispendieux que RAM Trois ordres de grandeurs plus lent This is one cylinder Cylinder is divided into tracks, the concentric circles for any given arm position Each track is divided into a number of sectors (such as 512 Bytes per sector) Much longer wait times: 1ms to move to a sequential cylinder, up to 10ms otherwise 5-10ms to wait for the correct track

Types de Mémoires Rubans magnétiques Pour sauvegarde et entreposage de large quantités de données Normalement entreposés les rubans doivent être mont être monter dans un lecteur avant l’accès Très lent mais extrêmement peu coûteux! More types than this such as ROM, EEPROM, Flash, etc... Fred, le gars du ruban. Il n’aime pas sa job

Autres types d’ordi et composantes to radar and other ADATS Interface Elec Unit TEU TAU LEU SEU ECU MV PS CMP Mount Servo Elect Unit Serial Interface & Auto Scanner Discrete I/O 24/24 Bits CEU Clock and interrupts 16 channel DPU R/D Converter 16 Channels A/D Converter 16 Channels D/A Converter 24 Channels Main Memory Resolvers GBA, LOSSA Analog I/P GBA, LOSSA Analog O/P SEU

Autres types d’ordi et composantes F18

Quiz Time! Questions? Question: A computer has a four-stage pipeline. Each stage takes 1ns to do its work. How many instructions per second can it execute? One billion. Why? One instruction emerging each ns, no matter how many stages. Memory types: Registers, Cache, Main Memory, Magnetic Disk, Magnetic Tape