Hệ điều Hành Và Phần Cứng, Chúng Hoạt động Cùng Nhau Trên PC ...

Mỗi PC chỉ là một hệ thống phần cứng và phần mềm tích hợp trong đó hệ điều hành là cái mà chúng ta có thể gọi là chương trình quan trọng nhất bằng cách đóng vai trò là cầu nối giữa các chương trình và chính phần cứng. Nếu không có hệ điều hành, thì các chương trình không thể tương tác với phần cứng, vì chúng ta đang nói về hai thế giới khác nhau: thế giới thứ nhất, về cơ bản là vô hình và thế giới của các chương trình hoặc phần mềm, và thế giới thứ hai là của các bộ xử lý. và những kỷ niệm.

Trong thực tế, khi bất kỳ ai trong chúng ta sử dụng một ứng dụng trên máy tính, chúng ta không chỉ sử dụng ứng dụng đó, ứng dụng đó sử dụng hệ điều hành, mà ngược lại còn sử dụng phần cứng. Vì vậy, nếu ví dụ như bây giờ bạn đang viết một e-mail hoặc đọc bài viết này, thì bạn phải biết rằng những gì bạn đang thấy trên màn hình là sản phẩm của mối quan hệ này giữa phần mềm, hệ điều hành và phần cứng.

Các hệ điều hành đầu tiên rất đơn giản, nhưng khi sức mạnh của phần cứng tăng lên, chúng có thể làm được nhiều việc hơn, đồng thời hệ điều hành phải quản lý chúng. Chúng ta cũng không thể quên sự đa dạng của phần cứng dành cho PC ngày nay. Hầu hết là các sản phẩm chung chung, nhưng những sản phẩm khác yêu cầu giao tiếp cụ thể để hoạt động bình thường.

Hệ điều hành quyết định cái gì, ở đâu và khi nào mọi thứ chạy

Các chương trình chỉ là một chuỗi các hướng dẫn tuần tự mà CPU phải thực thi, đúng là một chương trình có các bước nhảy và vòng lặp, nếu chúng ta nghiêm túc thì một chương trình không hơn thế nữa. Trong mỗi chương trình có thể có một số chương trình con chạy song song hoặc nối tiếp. Có thể như vậy, chúng phải được thực thi trên CPU và có hàng tá quy trình và quy trình mà hệ điều hành phải quản lý mọi lúc.

Các chương trình không quyết định cái nào quy trình hoặc thói quen được thực hiện tại mỗi thời điểm, không ở đâu và ít hơn nhiều khi. Đây là công việc của hạt nhân của hệ điều hành quản lý các tiến trình khác nhau. Chắc chắn bạn đã từng đưa trình quản lý tác vụ, cụ thể là cho tab quy trình nền.

Tất cả đó là những gì hệ điều hành phải quản lý và nó phải làm theo cách mà mỗi chương trình nhận được thời gian xử lý từ CPU mà nó yêu cầu. Khi một chương trình hoặc PC chạy chậm, điều này là do hệ điều hành không có đủ sức mạnh (hoặc tối ưu hóa nếu cần thiết) từ CPU để thực hiện các tác vụ hàng ngày của nó.

Khách hàng VIP trên RAM và bộ xử lý

Hệ điều hành chạy giống như các chương trình còn lại trong RAM, nhưng để ngăn phần còn lại của các chương trình can thiệp vào hoạt động của nó và thậm chí sửa đổi dữ liệu và hướng dẫn do hệ điều hành xử lý, điều cần làm là dành một bộ nhớ RAM dành riêng cho hệ điều hành mà không chương trình nào khác có thể trong bất kỳ trường hợp nào trong điều kiện bình thường.

Bởi vì hệ điều hành là hệ điều hành giao tiếp với phần cứng, nó có một hệ thống phân cấp nằm trên phần còn lại của các chương trình, vì khi quản lý việc thực thi các quy trình, hệ điều hành cũng có quyền truy cập vào không gian RAM của các chương trình . Nói cách khác, hệ điều hành giống như một người quản gia có quyền truy cập vào tất cả các phòng trong dinh thự sẽ là bộ nhớ, trong khi các chương trình sẽ có quyền truy cập hạn chế. Trong trường hợp chúng ta đang chạy một hệ điều hành ảo hóa, thì hypervisor của hệ điều hành là người có quyền truy cập trực tiếp vào phần cứng.

Tuy nhiên, không có gì là hoàn hảo và đôi khi các lỗ hổng bảo mật có thể được tạo ra và được các chương trình nhất định khai thác để thực thi mã trong không gian hệ điều hành. Ví dụ, vi rút máy tính được gọi như vậy vì chúng quản lý để lây nhiễm phần bộ nhớ được gán cho hệ điều hành bằng mã của chúng, cho phép chúng thoát khỏi sự kiểm soát của nó.

Giao tiếp giữa hệ điều hành và phần cứng

Trong PC, quyền truy cập vào phần cứng được thực hiện bằng cách sử dụng địa chỉ bộ nhớ nhất định , mà khi gửi dữ liệu đến chúng không gây ra hiệu ứng đọc hoặc ghi giống nhau trong RAM, nhưng cuối cùng tạo ra một hành động cụ thể trên phần cứng được liên kết với địa chỉ bộ nhớ đó. Dù tự động hay không, dữ liệu đóng vai trò như một phương thức đầu vào cho chức năng đã nói. Ngày nay, do số lượng lớn các quy trình và quy trình được thực thi, các trình điều khiển được sử dụng để giao tiếp các chương trình với phần cứng.

Do đó, khi hệ điều hành yêu cầu quyền truy cập vào các chức năng phần cứng nhất định, nó làm cho các trình điều khiển làm việc. Một người lái xe không hơn gì một sự trừu tượng về cách phần cứng hoạt động. Trong máy tính, chúng ta gọi sự trừu tượng là một chương trình mô phỏng một phần tử càng nhiều càng tốt. Trong trường hợp cụ thể của trình điều khiển, nó không mô phỏng toàn bộ phần cứng, nhưng những gì nó làm là mô phỏng phương thức giao tiếp . Sau đó, chính trình điều khiển sẽ biến điều này thành các hướng dẫn mà phần cứng hiểu được để hệ điều hành có thể giao tiếp với các thành phần và thiết bị khác nhau trên PC.

Mặc dù thực tế là trong kiến ​​trúc x86, địa chỉ của bộ nhớ và I / O được thống nhất ở các cấp độ thực tế và ngày nay nó được tách biệt, vì truy cập nói chung mặc dù nó được thực hiện thông qua MMU , Đó là IOMMU đó là phụ trách giao tiếp với thiết bị ngoại vi, là cấp dưới của thiết bị đầu tiên.

Nói tóm lại, phần cứng và hệ điều hành rất cần thiết trong số đó, chúng không hoạt động đơn lẻ trong mọi trường hợp và chúng cần một tác nhân thứ ba như trình điều khiển, điều này làm phức tạp hơn toàn bộ khung trong tất cả các chức năng của nó.