1	Luento 9 Järjestelmän ulkoinen muisti Muistihierarkia Kiintolevyt Muut pyörivät levyt I/O:n toteutus
2	Muistihierarkia (4) Ulkoinen muisti on halvempaa toteuttaa per tavu Ulkoinen muisti on hyvin paljon hitaampaa kuin sisäinen muisti Aika/tila optimointi suuret tietomäärät täytyy (kannattaa) kustannussyistä pitää ulkoisessa muistissa pienet tietomäärät täytyy (kannattaa) tehokkuussyistä pitää sisäisessä muistissa Kaiken viitatun tiedot tulee suoritusaikana olla sisäisessä muistissa!
3	Virtuaalimuisti Osa muistihierarkiaa Vastaus ongelmaan miten tehdä suoritusaikaisesta muistista ”yhtä suuri” kuin levymuisti ja ”yhtä nopea” kuin keskusmuisti? Kaksitasoinen: keskusmuistissa kulloinkin käytössä olevat alueet levyllä kaikki tiedot kopiointi tarvittaessa
4	Virtuaalimuistin toteutus (4) Toteutustavat kanta- ja rajarekisterit sivutus (segmentointi ja sivuttava segmentointi) Pääosa toteutuksesta ohjelmistotasolla Laitteistotuki MMU – muistinhallintayksikkö nopeuttaa viitatun muistipaikan todellisen osoitteen laskentaa osoitetta ei tarvitse laskea usealla konekäskyllä, kun MMU tekee sen laitteistotasolla rakenne ja toiminta vaihtelee virtuaalimuistin toteutustavan mukaan
5
6	Tiedostojärjestelmä (5) KJ:n osa, hallitsee kaikkia tiedostoja Valvoo oikeuksia tiedostoa avattaessa Muuntaa tiedostonimet fyysisiksi osoitteiksi Ylläpitää taulukoita, joista näkee mitä kohtaa mistäkin tiedostosta kukin prosessi on käsittelemässä Tiedostojärjestelmä lukee ja kirjoittaa tiedostoja suurina kerralla käsiteltävinä lohkoina (0.5-8 KB?) käyttäjätason prosessit käsittelevät tiedostoja tavuittain eikä niiden tarvitse tietää tiedoston todellista fyysistä rakennetta (KJ:n laiteajuri huolehtii siitä)
7	Levymuisti (2) Levykkö pyörii nopeasti (koko ajan?) luku/kirjoituspäät liikkuvat kaikki yhtä aikaa? monta levyä Levypinta 2 per levy (tai 1) ura sektori: pienin kerralla osoitettavissa oleva alue sylinteri: päällekkäin olevat urat, luku/kirj. pää samalla kohtaa
8	Levymuistin saantiaika (2) Tiedon osoite: levypinta + ura + sektori laiteajuri etsii KJ-taulukoista loogisen osoitteen perusteella Saantiaika: hakuvarren siirtoaika Esim: aver 6.3 ms, min-max 2-15 ms? odota kunnes sektori kohdalla Esim: pyörähdysviive kun 3600 rpm: 8.33 ms (keskim. puolen kierroksen aika) siirrä sektorin verran tietoa Esim: pyör.aika / sekt. lkm = 0.42 ms
9	Tiedoston talletus levylle (2) Tiedosto koostuu useista lohkoista lohko per sektori (lohko per usea sektori?) Levyn hakemistossa on tieto kunkin tiedoston käyttämistä lohkoista luetaan lohkot annetussa järjestyksessä
10	Levyn käyttö
11	DOS-levykkeen rakenne (2) FAT – File Allocation Table kertoo, mitkä sektorit ovat vapaana kertoo, mitkä sektorit ovat käytössä millekin tiedostolle kiinteä paikka levykkeellä, 2 kopiota Hakemisto erikoistyyppinen tiedosto sisältää hakemistoalkion joka tiedostolle nimi, tyyppi, koko, muutos pvm ja kellonaika attribuutit (invisible, read-only, ...) linkki ensimmäiseen sektoriin (FAT ja itse tiedosto)
12	FAT - File Allocation Table (DOS)
13	Mikä on hyvä levylohkon koko? Mihin käyttöön? Videokuvan talletus/playback? 1 minuutti 12.3 MB lohko 4KB? osoitetaulu? epäsuorat viittaukset? riittääkö levyn/väylän/ohjaimien nopeus? entä jos 1 tunti? riittääkö levyn kapasiteetti?
14
15	Laitteiden liittäminen järjestelmään
16	Laiteohjain (I/O Moduuli)
17	Laitteiden käytön toteutus (5) Käyttäjäohjelma kutsuu käyttöjärjestelmän laiteajuria tekemään I/O:n. Laiteajuri suoritetaan samalla suorittimella kuin käyttäjäohjelmakin. Laiteajuri ohjaa laitteen toimintaa laitteen laiteohjaimella olevien kontrollirekisterien (muistialue ”c”) avulla Laiteajuri voi lukea laitteen tilatietoa laiteohjaimella olevien statusrekisterien (muistialue ”s”) avulla Laiteajuri voi lukea (kirjoittaa) laitteen lukemaa (laitteelle kirjoitettavaa) tietoa laiteohjaimella olevien datarekistereiden (muistialue ”data”) avulla Kontrolli-, status- ja datarekisteri kolmikko muodostaa ”I/O portin” suorittimen näkökulmasta
18	Laiteohjaimen rekistereihin viittaaminen (5) Ongelma: miten suorittimella suorittavan laiteajuri viittaa eri kortilla oleviin rekistereihin? Ratkaisu 1: omat I/O-konekäskyt tätä tarkoitusta varten käskyssä annetaan laiteohjaimen identifikaatio ja laiterekisterin nro (oma I/O osoiteavaruus) vaikea laajentaa käyttöä uusiin laitteisiin, joilla ”laiterekisterit” voivat olla hyvinkin erilaisia suorittimen konekäskyjä ei voi muuttaa
19	Ratkaisu 2: muistiinkuvattu I/O (5) Laiteajuri lukee/kirjoittaa laiteohjaimella olevia rekistereitä (data, status/kontrolli) tavallisilla muistin luku/kirjoitus käskyillä ei tarvita erillisiä I/O-konekäskyjä! laiteohjaimella olevat ”laiterekisterit” ovat samanlaista viitattavaa muistia kuin ”normaali muisti” muistisoitteen ensimmäiset bitit valitsevat, mille laitteelle (vai tavallisen muistiin) viittaus kohdistuu voidaan käyttää rinnan I/O käskyjen kanssa (laiterekistereihin voi siis viitata sekä I/O-käskyillä että muistiinkuvatun I/O:n avulla)
20	I/O tyypit (2) Suora I/O: laiteajuri odottaa tiukassa silmukassa, kunnes laiteohjaimen statusrekisteri ilmoittaa I/O-pyynnön valmistuneen laiteajuri siirtää tietoa muistin ja datarekisterin välillä Epäsuora I/O: I/O:n odotusaikana suorittimella suoritetaan jotain muuta ohjelmaa Kun I/O-pyyntö valmistuu, laiteohjain antaa keskeytyksen (laitekeskeytys, I/O interrupt) suorittimelle, joka (jonkin ajan kuluttua) jatkaa kesken jäänyttä I/O-pyynnön esittänyttä ohjelmaa. laiteajuri siirtää tietoa muistin ja datarekisterin välillä
21	I/O tyypit (jatkoa) (4) DMA - Direct Memory Access älykkäämpi laiteohjain laiteohjain voi suoraan kopioida tiedot keskusmuistiin laiteajurin ei tarvitse laiterekistereitä käyttäen siirtää tietoa muistin ja datarekisterin välillä laiteohjain tekee paljon suuremman määrän työtä itsenäisesti (kuin epäsuorassa I/O:ssa) ennen suorittimelle annettavaa laitekeskeytystä
22	Tiedostopalvelin (Lähi)verkossa oleva palvelin Käytettäessä tiedoston (osien) kopio on muistissa (ja ehkä myös paikallisella levyllä)
23	Tiedostopalvelin (4) Käytetään kuten paikallista levyä oman systeemin KJ:n liitospalikan avulla Paljon hitaampi kuin paikallinen levy Tiedostovälimuistit (muistipuskurit tai levypuskurit) nopeuttavat toimintaa käytännössä omassa järjestelmässä palvelimella 50% oman järjestelmän keskusmuistista voi olla varattu tiedostovälimuistille tiedon päivitys tiedoston kirjoituksen yhteydessä?
24
25	Esimerkki: kirjoittimen laiteajuri ttk-91 koneelle (5) Laitteella voi tulostaa kokonaislukuja yksi kerrallaan Muistiinkuvattu I/O, suora I/O Laiteportti kontrollirekisteri muistipaikka 1048576 = 0x80000 tilarekisteri muistipaikka 1048577 = 0x80001 datarekisteri muistipaikka 1048578 = 0x80002 Laiteajuri Print toimii etuoikeutetussa tilassa Kutsu:
26	Esim: laiteajurin toteutus (12)
27
28	Erilaisia levyjä Kiintolevy ZIP levyke Levyke CD-ROM, CD-R, CD-RW DVD ...?...
29	Kiintolevy Kiinteä, ei vaihdettavissa oleva levy Tila: 0.150-181 GB (v. 2000) Hakuaika: 5-15 ms 1-10 levyä Pyörimisnopeus: 4500-10800 rpm Siirtonopeus: 5-50 MB/sec
30	Zip & Jaz levykeasemat Vaihdettava levyke Tila: 0.1-2 GB Hakuaika: 10-30 ms Pyörimisnopeus: 3000-5400 rpm Siirtonopeus: 1-6 MB/sec
31	Levykeasema Vaihdettava levyke Tila: 1.44 MB Hakuaika 90 ms Pyörimisnopeus 300 rpm Siirtonopeus 0.05 MB/sec
32	CD - Compact Disc Vaihdettava levyke CD-R (Recordable) CD-RW (Rewritable) Yksi pitkä spiraalimainen ”ura” Tila: 650 MB Hakuaika 90 ms Pyörimisnopeus 200-9000 rpm Siirtonopeus 0.1-2 MB/sec
33	DVD - Digital Versatile Disk Vaihdettava levyke DVD-ROM DVD-R (Recordable) DVD-RAM kuten tavallinen kovalevy Tila: 4.7-17 GB Hakuaika 100-180 ms Pyörimisnopeus 2000-8000 rpm Siirtonopeus 2-8 MB/sec hitaampi kuin kovalevy
34