Operativni sistem je deo sistemskog softvera

Operativni sistem je skup programa koji

upravljaju resursima računarskog sistema i

obezbeđuju interfejs ka korisniku

Operativni sistem upravlja

Programima

Podacima

Memorijom

Resursima računarskog sistema

Operativni sistem obezbeđuje pogodno radno okruženje za krajnjeg korisnika, koji umesto da upravlja bitima i bajtovima upravlja datotekama i procesima

Operativni sistem je veza (interface) između samog hardvera računarskog sistema i korisnika kojima omogućava da lakše:

Kreiraju programe

Testiraju programe

Izvode i održavaju programe

Kontrolišu međusobno deljenje resursa računarskog sistema u cilju efikasnog rada

Uloga operativnog sistema je da:

Upravlja poslovima i interpretira komandni jezik

Rukuje ulazom-izlazom

Upravlja greškama i prekidima

Upravlja resursima i prati korišćenje računarskih resursa

Omogućava višestruki pristup

Štiti resurse od raznih grešaka i zlonamernih akcija

Obezbeđuje interfejs za korisnika

Većina operativnih sistema ne može da stane u operativnu memoriju

Jezgro (nukleus) je deo operativnog sistema koji mora uvek da bude prisutan u operativnoj memoriji

U memoriji se nalaze samo najvažniji delovi operativnog sistema, rezidentni deo koji:

Aktivira i završava korisničke programe

Vrši dodelu memorije i datoteka

Obavlja operaciju ulaza i izlaza

Podržava mehanizam prekida

Jezgro operativnog sistema obezbeđuje

realizaciju sledećih funkcija:

Upravljanje prekidnim sistemom računara i obradu prekida

Planiranje i evidenciju izvršavanja procesa

Proces je program koji je unet u računar i nalazi se u fazi izvršavanja

Manipulaciju nad programima i komunikaciju između programa

Digitalna logička kola koja obezbeđuju izvršavanje funkcije jezgra operativnog sistema podržavaju realizaciju:

Mehanizma prekida

Dodela zajedničkih resursa procesora različitim procesima

Privilegovanog skupa instrukcija

Privilegovane instrukcije se izvršavaju kada je sistem u kontrolnom ili privilegovanom stanju

Neprivilegovane instrukcije se izvršavaju u problemskom ili korisničkom stanju

Zaštitnog mehanizma adresiranja memorije

Zaštita od pogrešnog adresiranja i uticaja jednog procesa na drugi na nedozvoljen način

Real-time satnog mehanizma

Brojač vremena koji služi za kontrolu i evidenciju korišćenja resursa za svaki proces

Jezgro je realizovano delimično hardverski, a delimično softverski

Hardverski deo obezbeđuje potrebnu brzinu

Softverski deo obezbeđuje fleksibilnost

Jezgro može da se podeli na tri osnovna dela:

Prvi nivo obrade prekida (First Level Interrupt Handler)

Sadrži analizator i servisne rutine za obradu prekida

Dispečer

Odlučuje da li se prekinuti program nastavlja ili ne

Prebacuje procesor između programa po prioritetu (daje ga programu sa najvećim prioritetom)

Rutine za komunikacije među procesima

Operativni sistem sačinjavaju četiri grupe programa:

Upravljanje procesorom

Nivo neposredne dodele procesora nekom procesu (programu)

Nivo odlučivanja koji program ima najviši prioritet

Upravljanje memorijom

Redosled statičkog/dinamičkog dodeljivanja memorije poslovima

Izbor početne lokacije segmenta koji se dodeljuje

Oslobađanje delova memorije, obrada zahteva za dodelu, ...

Upravljanje ulazno/izlaznim uređajima

Nezavisnost programa od tipa uređaja za U/I operacije

Efikasan rad uređaja, dodeljivanje uređaja, kontrolnih jedinica i kanala poslovima

Oslobađanje uređaja

Upravljane podacima

Formiranje, brisanje, čitanje datoteka i upis u datoteku preko imena

Zaštita podataka od uništenja, neovlašćenog pristupa

Deoba datoteka između poslova, ...

Većina operativnih sistema upravlja procesima (process) ili zadacima (tasks)

U sistemu sa jednim CPU u jednom vremenskom trenutku može da se izvršava samo jedna instrukcija

Operativni sistem vodi računa da svi korisnici dobiju pristup do CPU

Sam operativni sistem se sastoji od niza procesa

Proces je dinamičkog karaktera i čini niz aktivnosti koje se odvijaju unutar računarskog sistema

Program je statičkog karaktera i sastoji se od niza instrukcija

Osnovne definicije

RAČUNAR: Uređaj koji samostalno obavlja obradu podataka izvršavajući digitalne logičke operacije na osnovu unetog programa.

PODATAK: Diskretna informacija o stanju i procesima oko nas (25, R, boja, ton, ...).

Svaki podatak odgovara nekoj veličini, vrednosti.

Vrednost je apstraktna, postoji samo u mislima i može se predstaviti na mnogo načina

(12, dvanaest, twelve, XII, 1100, ...)

Registri

Registar je element koji služi za čuvanje proizvoljnog binarnog broja ograničene dužine

Za binarni broj od n cifara potrebno je n memorijskih ćelija

Binarni broj u registru je sadržaj registra

Primena registara

Veza između blokova sa različitim brzinama

Pri realizovanju aritmetičkih operacija

Pretvaranje serijskog u paralelni kod i obrnuto...

Brojaci

Brojači su registri koji imaju mogućnost jednostavnog uvećanja ili umanjenja vrednosti za 1

Brojač se realizuje kao sekvencijalna mreža u čijoj se konstrukciji koriste flip-flop elementi

Vrednost brojača se uvećava ili umanjuje po modulu jednakom kapacitetu registra

Uvećanje vrednosti brojača je brojanje unapred, a smanjenje brojanje unazad

Maksimalna vrednost koju može da registruje brojač od n flip-flipova je 2n-1

Nakon dostizanja maksimalne vrednosti, brojač koji broji unapred nastavlja brojanje od svoje početne vrednosti (0)

Postoje asinhroni i sinhroni brojači

Asinhroni brojači su znatno sporiji, jer izlaz jednog flip-flop elementa utiče na promenu stanja narednog

Kod sinhronih brojača se stanja svih flip-flop elemenata koji ih sačinjavaju istovremeno menjaju

Uvećanje ili umanjenje se izvršava znatno brže nego kod asinhronih brojača

U procesoru se koriste uglavnom sinhroni brojači

Nedostatak asinhronih brojača je kašnjenje zbog promene vrednosti u flip-flopu

Kašnjenje je proporcionalno broju flip-flopova (dužini brojača)

Kod sinhronih brojača takt se dovodi na svaki flip-flop

Izlazi flip-flopova od kojih je napravljen brojač menjaju se istovremeno

Memorije

Pojam arhitekture računara označava glavne sastavne delove računara i njihovu povezanost u jednu funkcionalnu celinu.

Glavne komponente tipične arhitekture računara su:

memorija

procesor

periferije (komunikacioni sistem)

U okviru CPU nalaze se primarne memorije RAM i ROM tipa i registri

Sekundarne memorije (za čuvanje velike količine podataka) nalaze se izvan CPU

Pristup memoriji (memory access) je čitanje ili upis podataka

Što je kraće vreme pristupa memorija je brža

Prema vremenu pristupa razlikuju se :

Sekvencijalne memorije ( magnetne trake, CCD, ... )

Memorije sa direktnim pristupom

( RAM, ROM )

Po uključenju napajanja:

Računar učitava podatke iz ROM memorije i vrši početno testiranje rada osnovnih delova sistema

Iz ROM memorije se učitava BIOS (Basic Input/Output System)

Operativni sistem se učitava sa hard diska u RAM

Sve aplikacije i fajlovi koji se koriste u aplikaciji nalaze se u RAM-u

Nakon zatvaranja aplikacije, rezultat obrade može da se sačuva na hard disku, a aplikacija se briše iz RAM-a

Virtuelna memorija je deo hard diska koji čuva kopiju sadržaja RAM memorije koji se ređe koristi i tako oslobađa RAM za nove aplikacije

Keš memorija ubrzava rad CPU sa RAM memorijom (keš L1, L2 i L3)

Operativna memorija je RAM (random access) tipa

Podaci u toku rada mogu da se upisuju u memoriju i da se čitaju iz nje sa proizvoljnih adresa

Poluprovodnička RAM memorija gubi sadržaj po isključenju napajanja

SRAM (statički RAM) su nedestruktivne

Zadržavaju svoj sadržaj i posle čitanja

Realizuju se pomoću FF-ova

DRAM (dinamički RAM) su destruktivne

Posle čitanja se gubi podatak

podatak posle čitanja mora da se ponovo upiše

Realizuju se kao kapacitivnost MOS tranzistora

sadržaj memorije mora povremeno da se osvežava

Tipovi DRAM memorije:

SDRAM (Synchronous DRAM)

Takt memorijskih čipova i CPU-a su uzajamno sinhronisani

DDR1 SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

Podaci se prenose duplo većom brzinom u odnosu na SDRAM, jer je pristup na uzlaznoj i silaznoj ivici takta

DDR2, DDR3 SDRAM

Rade na većim učestanostima takta od DDR1 SDRAM-a

Memorije ROM (read only) tipa

Neizbrisive (non - volatile)

Nedestruktivne (non - destructive)

Koriste se za čuvanje stalnih programa

ROM

Sadržaj je upisan u toku izrade čipa

Isplativo za količinu preko 1000 komada

Vreme pristupa 500 - 850ns

PROM

Korisnik može da programira samo jednom pomoću uređaja za programiranje

Konfiguracija sa bipolarnim poljem dioda ili sa bipolarnim tranzistorima

Programiranje impulsima koji tope pregorljive metalizovane veze u PN-spoju (u polju dioda) ili vezu B-E (u tranzistoru)

Vreme pristupa < 100ns

EPROM

Može da se programira i briše više puta

Briše se UV zracima (RPROM se briše električno)

Izrađuju se primenom MOS tehnologije

Kapacitet reda 64, 128, 256, 512KB

Vreme pristupa reda 150 - 1200ns

EEPROM

Moguće je čitanje i upis

Operacija upisa je reda ms

Kapacitet nekoliko desetina KB

Operacije čitanja su reda ms

STEK memorija

Sastoji se od niza registara koji su složeni jedan na drugi

Podaci mogu da se upisuju ili čitaju samo po nekom definisanom redu

Može da bude realizovana kao:

Softverski stek

Hardverski stek

PROCESOR je funkcionalna jedinica računara

koja interpretira i izvršava instrukcije (naredbe)

PROCESOR se naziva i Centralnom Procesorskom

Jedinicom (Central Processing Unit – CPU)

Svaki PROCESOR ima jedinstven set instrukcija

PROCESOR izvršava sledeće aktivnosti:

...

pribavlja instrukciju (naredbu) iz memorije

pribavlja podatke (operande) iz memorije

izvršava operaciju nad operandima

smešta rezultat u memoriju

pribavlja sledeću instrukciju

...