Билет 11.

Многие ОС успешно работают на различных платформах без существенных изменений. Часто это объясняется тем, что несмотря на различия в деталях, средства аппаратной поддержки ОС большинства вычислительных систем приобрели много типовых черт. В результате в ОС можно выделить достаточно компактный слой машинно-зависимых компонентов ядра.

Четкой границы между программой и аппаратной реализацией функций ОС не существует - решение о том какие функции ОС будут выполняться программно, а какие аппаратно, принимается разработчиками. Однако почти все современные аппаратные платформы имеют некоторый типовой набор средств аппаратной поддержки ОС.

Средства поддержки привилегированного режима обычно основаны на системном регистре процессора. Этот регистр содержит признаки, определяющие режимы работы процессора, в том числе текущий уровень привилегий. Число градаций привилегированности может быть разным у разных процессоров, наиболее часто используется два уровня (ядро-пользователь) или четыре. В обязанности средств поддержки привилегированного режима входит выполнение проверки допустимости выполнения программой инструкции процессора.

Средства трансляции адресов выполняют операции преобразования виртуальных адресов в физические. Таблицы преобразования обычно имеют большой объем, поэтому для их хранения используется оперативная память, а аппаратура процессора содержит только указатели на это области. Средства трансляции адресов используют данные указатели для доступа к элементам таблиц и аппаратного выполнения алгоритма преобразования адреса.

Средства переключения процессов предназначены для быстрого сохранения контекста приостанавливаемого процесса и восстановления контекста восстанавливаемого процесса. Содержимое контекста обычно включает содержимое всех регистров общего назначения, регистра флагов операций, и системных регистров и указателей которые связаны с данным процессом.

Переключение контекста выполняется по определенным командам процессора.

Система прерываний позволяет компьютеру реагировать на внешние события, синхронизовать выполнение процессов и работу устройств в/в.

Прерывания играют важную роль в работе ОС. Большая часть действий ОС инициируется прерываниями различного типа. Даже системные вызовы на многих платформах выполняются с помощью специальной инструкции прерывания, вызывающей переход к выполнению соответствующих процедур ядра.

Системный таймер, часто реализуемый в виде быстродействующего регистра-слетчика, необходим ОС для выдержки интервалов времени. Частота пиков таймера, связана частой тактового генератора процессора. При достижении нулевого значения счетчика таймер инициирует прерывание, которое обрабатывается процедурой ОС. Например в системе разделения времени при обработке очередного прерывания от таймера планировщик процессов может принудительно передать управление другому процессу, если данный процесс исчерпал выделенный ему квант времени.

Средства защиты областей памяти обеспечивают на аппаратном уровне проверку возможности программного кода осуществлять с данными определенной области памяти такие операции, как чтение, запись или выполнение. Если аппаратура компьютера поддерживает механизм трансляции адресов, то средства защиты областей памяти встраиваются в этот механизм. Функции аппаратуры по защите памяти обычно состоят в сравнении уровней привилегий текущего кода процессора и сегмента памяти, к которому производится обращение.