Einleitung und Grundlagen Flashcards
(38 cards)
Definiere “Betriebssystem”
eine Sammlung von Hardwaremechanismen und Softwareroutinen, die in ihrer Gesamtheit die korrekte Funktionsweise des gesamten Rechners ermöglichen.
Wie wird ein Betriebssystem realisiert?
NICHT als ein monolithischer Block sondern als Menge unabh. funktionaler Blöcke für bestimmte Aufgaben.
Jedes Gerät kann sein eigenen Treiber mit sich bringen.
Das BS sorgt für eine abstrahierte, homogene Sichtweise auf die Hardware.
Definiere ‘System und Anwendungsprograme’
Sie stellen die Schnittstelle zum Benutzer dar.
Die Benutzerprogramme müssen nicht wissen welche Hardware konkret im Rechner installiert sind.
In welchen Bereichen wird der Computer eingeteilt?
1) Computer Hardware
2) Betriebssystem
3) System- und Anwendungsprogramme
4) Benutzer
Wie ist ein CPU aufgebaut?
Ein CPU verfügt über Register zur Ausführung von Operationen:
- Datenregister
- Adressregister
- Spezialregister
Zusätzlich: Caches als schneller pufferspeicher
Was ist der Vorteil von Caches?
Schnellerer Zugriff als auf den Hauptspeicher
Je kleiner desto geringere zugriffszeiten
Welche Aufgabe hat das Datenregister der CPU?
Datenregister sind da um Operanden von Berechnungen(ALU) sowie deren Resultate aufzunehmen.
Die Grösse klassifiziert oft ob ein 32Bit oder 64Bit Prozessor verwendet wird.
Welche Aufgabe hat das Adressregister der CPU?
wird verwendet um Speicheradressen eines Operanden oder eines Befehls zu berechnen
Wozu benötigt die CPU die Spezialregister?
z.B. als Programmzähler (die Speicheradresse des nächsten zu auszuführenden Befehls)
Befehlsregister (auszuführende Operation)
Status (bestimmte Zustände nach Ausführung eines Befehls)
Interrupt-Steuerregister (auf welche Interrupts soll mit welcher Priorität reagiert werden)
Wie sehen die Speicherstrukturen inkl. Zugriffszeiten aus?
1) Register {8-64Bit} 1GiB} ca. 60ns
6) Festplatte {>100GiB} ca. 5.000.000 ns
wobei SSD nur 250.000ns
Wieso ist es oft sinnvoller in mehr Hauptspeicher statt einer schnelleren CPU zu investieren?
müssten alle Anweisungen einzeln von der Festplatte geholt werden, wären unsere Computer um einige Grössenordnungen langsamer.
Vergleich: Zugriff auf Festplatte 5Mio ns und auf Hauptspeicher 60ns
Definiere “Caching”
temporäre Verschiebung von Daten in einen schneller zugreiffbaren Speicher
Wie sieht die grobe Architektur bei Verwendung mehrere Prozessorkerne aus?
Der kleinste Cache (L1) ist direkt mit dem Prozessor verbunden, der L2-Cache ist noch mit auf dem Chip enthalten. Der L3-Cache ist separiert, da man heutzutage oft mehrere Prozessorkerne parallel laufen hat, der L3-Cache dient also für schnelleres verschieben von Daten zwischen Kernen (Konsistenzsicherung der Daten in den integrierten Caches der Kerne) §Skizze 1.1
Wozu wird der CPU benötigt?
zur Ausführung aller Operationen auf einem Rechner. Will ein Benutzer/Benutzerprogramme auf ein Gerät zugreifen, wird eine Operation auf diesem Gerät ausgeführt. Die CPU verschiebt die Daten, die dazu benötigt werden, in lokale Caches der Geräte-Controller. Die Caches haben kürzere Zugriffszeiten als der Hauptspeicher und beschleunigen somit die Ausführung einer Operation.
Was versteht man unter DMA?
Direct Memory Access, lässt Geräte ohne ‘Umweg’ über die CPU direkt auf den Hauptspeicher zugreifen.
Was ist der Vorteil von DMA?
Ohne DMA müsste die CPU erst alle Informationen eines Geräts in ihren eigenen Buffer schreiben, diese dann in den Hauptspeicher, die nächsten Daten vom Gerät in ihren Buffer holen, sie in den Hauptspeicher schreiben usw.
DMA entlastet also die CPU und sorgt insgesamt zu einer Beschleunigung aller Abläufe.
Was sind die wesentlichen Komponenten des Rechnersystems?
Die Prozessorkerne verfügen über:
- Register
- (*Leit-)/Steuerwerk (CONTROL UNIT: steuert den Ablauf der Befehlsverarbeitung und lädt somit Befehle)
- L1/L2 Caches
- Memory Management Unit (MMU) (Verwaltet Zugriff auf den Hauptspeicher)
Was sind Betriebsmittel?
BM könnnen sowohl Hardware- als auch Softwareressourcen sein:
zB.
- Prozessoren, Prozesse, Threads
- Speicher (Hauptspeicher, Caches)
- Dateisystem (Verzeichnisse, Dateien)
- I/O-Gerät (Grafikkarte, Netzwerkkarte, Festplatte, Tastatur, Maus)
- Klassifikation (exklusive oder geteilte Nutzung)
Was sind die wichtigen Aufgaben eines Betriebssystem?
Verwaltung aktiver Programme (Prozesse)
Laden der Prozesse in den Hauptspeicher
Steuerung der Abarbeitungsreihenfolge der Prozesse auf der CPU
Interrupt-Bearbeitung: Verdrängen von Prozessen von der CPU
Kommunikation zwischen Prozessen
Zuteilung von Betriebsmitteln (z.B. I/O Geräte) zu Prozessen
Auflösung von Konflikten bei Betriebsmittelanfragen
Verwaltung des Hauptspeichers
Dateiverwaltung
Was ist ein Prozess?
Ein in Ausführung befindliches Programm.
Warum muss ein Prozess in den Hauptspeicher geladen werden?
Damit die Anweisungen des Programms durch die CPU abgearbeitet werden können.
Was ist ein PCB und Wie ist ein PCB augebaut?
Prozesskontrollblöcke beschreiben die Repräsentation eines Prozesses im Speicher.
1) Prozesszustand
2) Prozessnummer
3) Programmzähler
4) Registerwerte
5) Speicherbereiche
6) Liste offener Dateien
Was versteht man unter dem “Kernel”
Der Kernel ist Teil des Betriebssystems, der die Organisation der Hardware regelt. Zugriff auf den Kernel zur Ausführung von Systemfunktionen ist über definierte Schnittstellen möglich.
Der Kernel umfasst wesentliche Dienste des Betriebssystems.
Er sollte möglichst immer im Hauptspeicher sein, da ständiger Zugriff nötig ist.
Welche Kernel implementierungen gibt es?
Monolithtisch
Mikrokernel
Hybridkernel
Man unterscheidet generell zwischen Kernel-Mod und User-Mode
