Operační systémy Základní pojmy © Milan Keršláger Obsah: základní pojmy (počítač, hardware, software), schéma počítače (Von Neumannovo, Harvardské), multiprocesory, multipočítače, procesor (součásti, CISC, RISC, SISD, SIMD), rozdělení pamětí

Operační systémy ● dnes základní součástí počítače ● komerčně zajímavé ● Microsoft Windows – prodává se licence, snaha o omezení přenositelnosti – spolu s MS Office nejvýdělečnější produkt Microsoftu ● Red Hat Enterprise Linux – varianta zdarma, platí se za služby navíc – platí se za období bez ohledu na používanou verzi ● budoucnost nejistá ● někteří předpokládají, že hlavní budou aplikace ● např. Google Apps (webové aplikace)

Základní pojmy – počítač ● analogový ● výpočty pomocí fyzikálních jevů (el. proud) ● reostat, operační zesilovač, měření výchylky ručičky ● na počátku velmi výhodné (rychlejší na simulace) ● hybridní ● analogový je řízen číslicovým ● číslicový ● aritmetické a logické operace ● postupné výpočty diskrétních hodnot – omezená přesnost, ale dá se delším výpočtem zpřesnit

Základní pojmy – hardware ● technické vybavení počítače ● „všechno, na co si lze sáhnout“ ● skříň počítače – zdroj, základní deska, optická mechanika – procesor, paměti, chipset ● monitor, myš, klávesnice, tablet ● tiskárna, scanner, čtečka čárového kódu ● kabeláž a zařízení počítačové sítě, záložní zdroj ● atd.

Základní pojmy – software ● všechny programy, které jsou v počítači ● do software se zahrnují i data ● data mohou být program nebo naopak ● systematické rozdělení: ● systémový software – operační systém ● jádro operačního systému ● pomocné nástroje (utility, démoni) – firmware ● obsažen v hardware (BIOS, uvnitř optické mechaniky atd.) ● aplikační software – vše, s čím uživatel pracuje

Schéma počítače ● původně nebylo jasné, jak by měl počítač vypadat ● počítač je něco jiného, než mechanický stroj ● přesto existuje korelace ● Babbage (19. století): mlýnice (dnešní CPU) ● dva teoretické návrhy: ● Von Neumannovo schéma ● Harvardské schéma ● dnešní počítače někde mezi ● PC v zásadě Von Neumannovo, ale spousta výjimek ● jednočip v zásadě Harwardské, ale ne úplně

Von Neumannovo schéma poč. CPU (procesor) data program VstupVýstup

Harvardské schéma počítače CPU (procesor) data VstupVýstup program

Jiná schémata počítačů ● multiprocesory ● více CPU na základní desce, jedna paměť – NUMA (AMD) → každý CPU „vlastní“ paměť ● dříve více fyzických CPU, dnes více jader ● multipočítače ● více počítačů, CPU mají různou paměť ● vytvářejí se z nich clustery ● dnes nevyhraněné schéma ● řadič DMA (ISA), BusMaster (PCI) – přenosy mezi pamětí na I/O bez účasti CPU ● ochrana paměti, NX bit, logické členění prostoru

Procesor – CPU ● základní součást počítače ● několik základních částí: ● řadič – řídí činnost součástí procesoru ● dekodér instrukcí ● ALU – aritmeticko-logická jednotka – registr akumulátor (označení A) ● registry – uložení mezivýsledků, nejrychlejší paměť ● bitovost CPU typicky podle registru ALU ● 4, 8, 16, 32, 64bitový, ale GPU např. 512 bitů

Typy CPU ● CISC ● používaný v PC (Intel a kompatibilní: AMD, VIA,...) ● spousta instrukcí, umí i exotické operace ● jedna instrukce několik taktů, obtížná optimalizace ● současné CISC jsou interně RISC s mikrokódem ● RISC ● mobilní telefony, workstation (ARM, MIPS, Sparc,...) ● pouze základní minimální sada instrukcí ● vše ostatní pomocí základních instrukcí ● jeden takt – jedna instrukce, ale i paralelismus

Instrukční a datové proudy ● SISD (Single Instruction, Single Data) ● běžné CPU v počítačích PC ● SIMD (Single Instruction, Multiple Data) ● jedna instrukce zpracovává více dat – typicky paralelně ● superpočítače, GPU (procesor grafické karty) ● dnes mají SISD procesory SIMD instrukce – rozšíření Intel MMX (1997), AMD 3DNow! (1998) ● MISD – neexistují!

Paměť v počítači ● v současné době pro program i data ● RAM (Random Access Memory) ● s libovolným přístupem (přímo z libovolné adresy) ● typově RWM (Read-Write Memory) ● označení: hlavní (operační) paměť ● jiné typy, než RAM ● sekvenční – magnetická páska ● FIFO – fronta (buffer) ● LIFO – zásobník ● asociativní (CAM) – ptám se na obsah, získám adresu

Hierarchie pamětí v počítači ● vnitřní paměť ● registry – omezené množství uvnitř CPU (až stovky) ● cache – statická paměť ● RAM – dynamická paměť ● vnější paměť ● sekundární – pevný disk, SSD ● terciární – CD, DVD, magnetické pásky, floppy disk

Další rozdělení pamětí ● napájení ● volatilní, nevolatilní (nezávislé na napájení) ● konstrukce ● statické (klopný obvod), dynamické (kondenzátor) ● fyzikální princip ● polovodičové, magnetické, optické, feritové,... ● podle zápisu ● RWM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, flash