IT1101 Informatikk basisfag, dobbeltime 18/9. Kommunikasjon med perifere enheter. Kontrollere. Kontrollere (2) I/O-instruksjoner

Transkript

1 IT1101 Informatikk basisfag, dobbeltime 18/9 I dag: Kommunikasjon med perifere enheter (på maskinspråknivå) Kommunikasjonsrater Kommunikasjonsfeil Feildetektering Feilkorrigering (Hammingdistanse) Operativsystemer (OS) Hva er det? Historisk bakgrunn/utvikling Hovedkomponenter (ulike arboppg) I dag: 2.5, 1.9 og Kommunikasjon med perifere enheter Hovedminnet og CPU en utgjør kjernen i datamaskinen Andre enheter som harddisk, printer, tastatur, mus, skjerm kalles perifere enheter (I/O) Hvorfor ikke slik? En prosessor måtte forholde seg til alle typer (og merker) perifere enheter som finnes... I/O = Input/Output Kontrollere Kontrollere (2) En kontroller oversetter meldinger og data mellom prosessor og periferenhet Frikobler prosessor og periferenhetene Slik trenger ikke prosessoren forholde seg til alle slags periferenheter, men til en oversetter som snakker prosessorens språk Og de kan jobbe i ulike hastigheter periferenheter jobber normalt mye tregere enn prosessor/hovedminne Hva er nå en kontroller? Kretskort koblet på hovedkortet (eng: motherboard) i maskinen. Ofte en liten datamaskin i seg selv (med prosessor og minne) Utgang bak på PC (parallellport, serieport, USB, FireWire, skjerm, lyd etc) Alternativ måte uten egne I/O instruksjoner: Memory-mapped I/O Les om i boka side 94! I/O-instruksjoner Datakommunikasjonsrater Dataoverføringsinstruksjoner: LOAD fra hovedminne STORE fra hovedminne Hver kontroller har sin(e) adresse(r) ( porter ) I/O-instruksjoner til periferenheter (i realieteten til kontrollere som videreformidler ) Input-instruksjoner: tilsvarende LOAD. Hent melding/data fra periferenhet (feks mus) Output-instruksjoner: tilsvarende STORE. Send melding/data til periferenhet (feks skjerm eller printer) Hastigheten bits overføres mellom enheter (eller maskiner) måles i bits per sekund (bps) Kilo-bps (Kbps) = 1000 bits per sek Mega-bps (Mbps) = 1 mill bits per sek Giga-bps (Gbps) = 1 milliard bits per sek Maks hastighet (båndbredde) avh av Kommunikasjonslinje (parallell eller seriell) Teknologi

2 CD-lyd 32 bit per sample samples per sekund Hvor stor plass tar 1 sekund lyd? Vi regner ut: 1. 32*44100 = bps /8 = bytes / KB Parallell vs seriell kommunikasjonslinjer ( busser ) Parallell overføring: Flere bits samtidig (tenk motorvei) Feks bussen inne i datamaskinen er av parallell type Seriell overføring En og en bit etter hverandre (tenk landevei) Feks kommunikasjon over telefonnettet Mer komplekst Enkelt og billig Kommunikasjonsfeil Illustrasjon Når data sendes mellom enheter, datamaskiner eller lagres i en enhet kan en bit feilaktig skifte verdi fra 1 til 0 eller motsatt! Vi har teknikker for å Oppdage at feil har skjedd - feildetekterende koder Og rette opp feil som har skjedd - feilkorrigerende koder En avsender skal sende informasjon til en mottaker. Over nettverket sendes dette selvfølgelig binært. La oss si La oss si at feilaktig blir til Hvordan kan mottaker vite at det som er mottatt er feil? Odde antall 1 ere Avsender og mottaker kan bli enig om at ALLE bitmønstre har odde antall 1 ere Eks: blir til Feildetekterende kode: egen paritetsbit Vi legger til en egen paritetsbit 5 1 ere 4 1 ere Hva nå om vi ønsker å sende ? Mottaker: dette er ikke gyldig bitmønster, noe må ha skjedd Hva om 2 bit forandres? En hel checkbyte!

3 Feilkorrigerende koder Feildetekterende koder: når feil oppdages må mottaker be avsender sende på nytt Men vi har faktisk koder som lar oss gjette (kvalifisert) hva som egentlig ble sendt av avsenderen Forklaring. 6-bits per tegn 2 6 = Feildetekt: halvparten av bitmønsterene gyldige Feilkorrig: Begrenser antall gyldige bitmønstre enda mer! Kun de grønne gyldige! Hammingdistanse Hammingdistanse (2) Hammingdistanse: antall bit mellom to bitmønstre som er forskjellig Hvis vi studerer hammingdistansen mellom alle de gyldige bitmønstrene finner vi ut at for alle kombinasjoner er hammingdistanse >= 3 Eks: Så her er hammingdistansen 4 For at et gyldig bitmønster skal korruptes til et annet gyldig må minst 3 bit forandres! Hvis bare èn bit forandres kan vi da gjette oss frem til hva som mest sannsynlig ble sent fra avsender Hammingdistanse 1 fra avsendt bitmønster Minst 2 fra alle andre gyldige bitmønster Oppgave! De gyldige: Løsning! Mottaker mottar (ugyldig bitmønster) Dersom vi vet at maks èn bit er feil, hva ble sendt fra avsender? Tips: sjekk hammingdistanse mellom mottatt bitmønster og alle gyldige bitmønster! Symbol A B C D E F G Hammingavstand mellom mottatt bitmønster (000011)og dette bitmønsteret for dette symbolet Avsenderen sendte ! H 4

4 Men vi kan vel bruke dette til detektering og? Med en Hammingdistanse på >=3 vil vi korrigere opptil 1 bits feil Men hvor mange feil kan vi detektere? Opp til 2! Fordi minst 3 bit må forandres før vi får et annet gyldig bitmønster Operativsystemer (kap 3) Historisk bakgrunn/utvikling Hovedkomponentene i et OS Prosess vs program Formål med et OS OS: historisk bakgrunn Hittil: latt som om ett program kjører av gangen. Slik var det faktisk i årene. Program og data representert i hullkort sign-up sheets computer operator skille brukerne fra maskinen Batchprosessering Batch = gruppe Operativ system Ulemper med batchprosessering Interaktiv prosessering OK med batch for feks lønnskjøring, regnskapsregistrering etc (data og program klare på forhånd). Interaksjon med bruker underveis? Flybestillingssystem Tekstbehandling Spill etc. Interaktiv prosessering! Operativsystemene fikk et grensesnitt mot bruker! Utfordring: interaksjon må skje i sanntid Ikke akseptabelt at bruker må vente feks 5 sekund for å få tilbakemelding fra OS Operativsystemet må gi respons i sanntid Dette er jo greit dersom maskinen kjører ett program om gangen! Men man så for seg at man kunne kjøre flere programmer samtidig, og da ble ikke respons i sanntid like trivielt Tidsdeling Operativsystemer kunne roterere mellom programmene La de kjører litt og litt hver: Tidsdeling! Dette kan skje veldig fort slik at brukerne ikke merker det Skaper illusjon om at programmene kjører samtidig! Multitasking Multitasking innebærer mye plunder for operativsystemet Holde orden på konteksten til hvert program. Kontekst: data og program, programteller. Men faktisk får man utnyttet datamaskinen mye bedre!

5 Utnytte datamskinen Dersom ett program kjører om gangen ble prosessor stort sett stående og vente på I/O Når et program venter på I/O kan et annet få kjøretid Hva er egentlig et operativsystem? Jo det er et program! Som også kjører på prosessor og har tildelt plass i hovedminnet Hovedkomponenter i et OS: Grensesnitt : tekstlig eller grafisk (GUI) Window manager File manager Device drivers Memory manager Scheduler/dispatcher ( Prosessadministrasjon ) Window manager ( vinduhåndterer ) Holder orden på programmene på skjermen. Hvor de ligger, hvilket som er aktivt Ved aktivitet (feks museklikk) sendes en melding til programmet (koordinater etc.) Programmet har så ansvaret for å respondere fornuftig File manager ( filsystem ) Koordinerer bruk av harddisk Holder oversikt over hvor filene fysisk ligger på harddisk Slik at programmene ikke trenger å forholde seg til organisering på harddisk fysisk men til filsystemet Filsystemet organiserer filer i kataloger. Får et hierarkisk system Sti angir hvor fila abstrakt ligger på harddisk Filsystemet holder og orden på hvilke filer som er åpne, hvem som har rettigheter til å åpne filene (lese, skrive, kjøre) UNIX: -rwxr--r-- 1 karlmort users 7256 Sep 4 09:17 index.html Systemkall OS tilbyr tjenester til programmene som systemkall. Programmene kan kalle disse system kallene. Noen vanlig systemkall relatert til filer: CREATE, DELETE, OPEN, CLOSE, READ, WRITE, APPEND, GET ATTRIBUTES, SET ATTRIBUTES, RENAME Device drivers ( driverhåndterer ) Samlingen av programmer som kommuniserer med kontrollerne Da trenger ikke vanlige programmer forholde seg til hva slags kontroller (eller printer) som er koblet på maskinen

6 Memory manager ( minnehåndterer ) Koordinerer programmenes bruk av hovedminne (de skal jo ha data og programmer der) Hvor programmenes data og programmer ligger Sørge for at ikke andre programmer ødelegger for et programs data Frigjøre plass når programmer avslutter Memory manager (2) : Virtuellt minne Av og til kjører man så mange programmer samtidig at ikke alle får fysisk plass i hovedminnet Da lager OS et virtuellt minne som er stort nok, og så legger det noen av programmene (eller deler av dem) på harddisk OS må hente inn og lagre ut jevnlig Utfordring: hva er lurt å ha i minnet? Program vs prosess Et program er en samling instruksjoner som utgjør fremgangsmåten for programmet En prosess er et program som kjører Prosessen har satt av plass i hovedminnet Samme program kan startes to ganger To prosesser med hvert sitt minneområde Scheduler og dispatcher ( Prosessadministrasjon ) Scheduler (bokholder) holder orden på hvilke prosesser som er aktuelle for kjøring Dispatcher (fordeler) allokerer tid til disse prosessene. I utgpkt får hver prosess kjøretid dersom den er klar for kjøring (f eks 50 millisekund om gangen) Når en prosess feks skal hente noe fra harddisk slipper en annen prosess til med en gang Advarsel: Process adm s.120 i Brookshear om dette er veldig detaljert, les kun kursorisk Formål med OS Koordinere tilgang til ressurser Forhindre feil Utnytte ressursene best mulig Gi alle tilgang innen rimelig tid Ta seg av detaljene. Gi programmereren bekvemmelighet. Ikke plage programmeren med detaljer OS et fungerer som et grensesnitt mot hardware for programmereren og brukeren. Programmereren kan forholde seg til en abstrakt maskin istedenfor fysisk hardware. Oppsummering Kommunikasjon med perifere enheter (på maskinspråknivå) Kommunikasjonsrater Kommunikasjonsfeil Feildetektering Mandag: Feilkorrigering (Hammingdistanse) -Mer om OS Operativsystemer (OS) Hva er det? - Nettverk Historisk bakgrunn/utvikling Hovedkomponenter (ulike arboppg)