(NB) Phần 2 Giáo trình Kiến trúc máy tính và hệ điều hành tiếp tục giới thiệu đến bạn đọc nội dung từ chương 8 đến chương 14. Phần này cung cấp cho bạn đọc các nội dung như: Bộ nhớ máy tính - hệ thống vào ra (I/O), tổng quan về hệ điều hành, quản lý tiến trình, quản lý bộ nhớ, hệ thống quản lý tập tin, hệ thống quản lý nhập/xuất, bảo vệ và an toàn hệ thống.
Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành CHƯƠNG VIII BỘ NHỚ MÁY TÍNH – HỆ THỐNG VÀO - RA (I/O) Tổng quan hệ thống nhớ máy tính 1.1 Các đặc trưng hệ thống nhớ Vị trí Bên CPU: tập ghi Bộ nhớ trong: nhớ nhớ cache Bộ nhớ ngồi: thiết bị nhớ Dung lượng Độ dài từ nhớ (tính bit) Số lượng từ nhớ Đơn vị truyền Từ nhớ Khối nhớ Phương pháp truy nhập Truy nhập (băng từ) Truy nhập trực tiếp (các loại đĩa) Truy nhập ngẫu nhiên (bộ nhớ bán dẫn) Truy nhập liên kết (cache) Hiệu (performance) Thời gian truy nhập Chu kỳ nhớ Tốc độ truyền Kiểu vật lý Bộ nhớ bán dẫn Bộ nhớ từ Bộ nhớ quang Các đặc tính vật lý Khả biến / Không khả biến (volatile / nonvolatile) Xố / khơng xố Tổ chức 1.2 Phân cấp hệ thống nhớ Nguyễn Thanh Trường - Khoa Cơng nghệ thơng tin Trang 119 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành Từ trái sang phải: dung lượng tăng dần tốc độ giảm dần giá thành/1bit giảm dần 1.3 Phát hiệu chỉnh lỗi nhớ Nguyên tắc chung: cần tạo lưu trữ thêm thông tin dư thừa Từ liệu cần ghi vào nhớ: m bit Cần tạo lưu trữ từ mã: k bit Lưu trữ (m+k) bit Khi đọc có khả sau: Không phát thấy liệu lỗi Phát thấy liệu lỗi hiệu chỉnh liệu thành Phát thấy lỗi khơng có khả hiệu chỉnh Ỉ cần phát tín hiệu báo lỗi Sơ đồ phát hiệu chỉnh lỗi Ví dụ mã sửa lỗi Hamming (m=4, k=3) Bộ nhớ bán dẫn Phân loại Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 120 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Kiểu nhớ Read Only Memory (ROM) Programmable ROM (PROM) Erasable PROM (EPROM) Electrically Erasable PROM (EEPROM) Tiêu chuẩn Khả xoá Bộ nhớ đọc Khơng xố Bộ nhớ đọc Flash memory Random Access Memory (RAM) Bộ nhớ đọc-ghi Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành Cơ chế ghi Mặt nạ tia cực tím, chip điện, mức byte Tính khả biến Bằng điện Không khả biến điện, khối điện, mức byte Bằng điện Khả biến ROM (Read Only Memory) Bộ nhớ không khả biến Lưu trữ thông tin sau: Thư viện chương trình Các chương trình điều khiển hệ thống (BIOS) Các bảng chức Vi chương trình Các kiểu ROM ROM mặt nạ: thơng tin ghi sản xuất đắt PROM (Programmable ROM) Cần thiết bị chuyên dụng để ghi chương trình ghi lần EPROM (Erasable PROM) Cần thiết bị chuyên dụng để ghi chương trình -> ghi nhiều lần Trước ghi lại, xóa tia cực tím EEPROM (Electrically Erasable PROM) Có thể ghi theo byte Xóa điện Flash memory (Bộ nhớ cực nhanh) Ghi theo khối Xóa điện RAM (Random Access Memory) Bộ nhớ đọc-ghi (Read/Write Memory) Khả biến Lưu trữ thơng tin tạm thời Có hai loại: SRAM DRAM (Static and Dynamic) SRAM (Static) – RAM tĩnh Các bit lưu trữ Flip-Flop thông tin ổn định Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 121 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Cấu trúc phức tạp Dung lượng chip nhỏ Tốc độ nhanh Đắt tiền Dùng làm nhớ cache DRAM (Dynamic) – RAM động Các bit lưu trữ tụ điện Cấu trúc đơn giản Dung lượng lớn Tốc độ chậm Rẻ tiền Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành cần phải có mạch làm tươi Dùng làm nhớ Các DRAM tiên tiến Enhanced DRAM Cache DRAM Synchronous DRAM (SDRAM): làm việc đồng xung clock DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM) Rambus DRAM (RDRAM) Bộ nhớ 3.1 Các đặc trưng Chứa chương trình thực liệu sử dụng Tồn hệ thống máy tính Bao gồm ngăn nhớ đánh địa trực tiếp CPU Dung lượng nhớ nhỏ khơng gian địa nhớ mà CPU quản lý Việc quản lý logic nhớ tuỳ thuộc vào hệ điều hành 3.2 Tổ chức nhớ đan xen (interleaved memory) Độ rộng bus liệu để trao đổi với nhớ: m = 8, 16, 32, 64,128 bit Các ngăn nhớ tổ chức theo byte tổ chức nhớ vật lý khác Bộ nhớ cache (Bộ nhớ đệm nhanh) 4.1 Nguyên tắc chung cache Nguyên lý cục hoá tham chiếu nhớ: Trong khoảng thời gian đủ nhỏ CPU thường tham chiếu thông tin khối nhớ cục Ví dụ: Cấu trúc chương trình Vòng lặp có thân nhỏ Cấu trúc liệu mảng Cache có tốc độ nhanh nhớ Nguyễn Thanh Trường - Khoa Cơng nghệ thơng tin Trang 122 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành Cache đặt CPU nhớ nhằm tăng tốc độ CPU truy cập nhớ Cache đặt chip CPU Ví dụ thao tác cache CPU yêu cầu nội dung ngăn nhớ CPU kiểm tra cache với liệu Nếu có, CPU nhận liệu từ cache (nhanh) Nếu khơng có, đọc Block nhớ chứa liệu từ nhớ vào cache Tiếp chuyển liệu từ cache vào CPU Cấu trúc chung cache / nhớ Bộ nhớ có 2N byte nhớ Bộ nhớ cache chia thành khối có kích thước Bộ nhớ chính: B0, B1, B2, , Bp-1 (p Blocks) Bộ nhớ cache: L0, L1, L2, , Lm-1 (m Lines) Kích thước Block = 8,16,32,64,128 byte Một số Block nhớ nạp vào Line cache Nội dung Tag (thẻ nhớ) cho biết Block nhớ chứa Line Khi CPU truy nhập (đọc/ghi) từ nhớ, có hai khả xảy ra: Từ nhớ có cache (cache hit) Từ nhớ khơng có cache (cache miss) 4.2 Các phương pháp ánh xạ (Chính phương pháp tổ chức nhớ cache) Ánh xạ trực tiếp (Direct mapping) Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 123 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành Ánh xạ liên kết toàn phần (Fully associative mapping) Ánh xạ liên kết tập hợp (Set associative mapping) 4.3 Phương pháp ghi liệu cache hit Ghi xuyên qua (Write-through): ghi cache nhớ tốc độ chậm Ghi trả sau (Write-back): ghi cache tốc độ nhanh Block cache bị thay cần phải ghi trả Block nhớ 4.4 Cache xử lý Intel 80486: 8KB cache L1 chip Pentium: có hai cache L1 chip Cache lệnh = 8KB Cache liệu = 8KB Pentium (2000): hai mức cache L1 L2 chip Cache L1: cache 8KB Kích thước Line = 64 byte ánh xạ liên kết tập hợp đường cache L2 256KB Kích thước Line = 128 byte ánh xạ liên kết tập hợp đường Bộ nhớ 5.1 Các kiểu nhớ Băng từ Đĩa từ Đĩa quang Flash Disk Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 124 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 5.2 Đĩa từ Các đặc tính đĩa từ Đầu từ cố định hay đầu từ di động Đĩa cố định hay thay đổi Một mặt hay hai mặt Một đĩa hay nhiều đĩa Cơ chế đầu từ Tiếp xúc (đĩa mềm) Không tiếp xúc Nhiều đĩa Cylinders Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 125 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành Đĩa mềm 8”, 5.25”, 3.5” Dung lượng nhỏ: tới 1.44Mbyte Tốc độ chậm Thông dụng Rẻ tiền Tương lai khơng dùng ? Đĩa cứng Một nhiều đĩa Thông dụng Dung lượng tăng lên nhanh 1993: 200MB 2004: 30GB, 40GB Tốc độ đọc/ghi nhanh Rẻ tiền RAID Redundant Array of Inexpensive Disks Redundant Array of Independent Disks Hệ thống nhớ dung lượng lớn Đặc điểm RAID Tập đĩa cứng vật lý OS coi ổ logic dung lượng lớn Dữ liệu lưu trữ phân tán ổ đĩa vật lý truy cập song song (nhanh) Có thể sử dụng dung lượng dư thừa để lưu trữ thông tin kiểm tra chẵn lẻ, cho phép khôi phục lại thông tin trường hợp đĩa bị hỏng an tồn thơng tin loại phổ biến (RAID – 6) 5.3 Đĩa quang CD-ROM (Compact Disk ROM) Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 126 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành CD-R (Recordable CD) CD-RW (Rewriteable CD) Dung lượng thông dụng 650MB Ổ đĩa CD: Ổ CD-ROM Ổ CD-Writer: Ghi phiên ghi nhiều phiên Ổ CD-RW Tốc độ đọc sở 150KByte/s Tốc độ bội, ví dụ: 48x, 52x, DVD Digital Video Disk: dùng ổ đĩa xem video Digital Versatile Disk: ổ máy tính Ghi hai mặt Một hai lớp mặt Thông dụng: 4,7GB/lớp 5.4 Flash Disk Thường kết nối qua cổng USB Không phải dạng đĩa Bộ nhớ bán dẫn cực nhanh (flash memory) Dung lượng tăng nhanh Thuận tiện Bộ nhớ ảo (Virtual Memory) Khái niệm nhớ ảo: gồm nhớ nhớ ngồi mà CPU coi nhớ (bộ nhớ chính) Các kỹ thuật thực nhớ ảo: Kỹ thuật phân trang: Chia không gian địa nhớ thành trang nhớ có kích thước nằm liền kề Thơng dụng: kích thước trang = 4KBytes Kỹ thuật phân đoạn: Chia không gian nhớ thành đoạn nhớ có kích thước thay đổi, đoạn nhớ gối lên Hệ thống nhớ PC Bộ nhớ cache: tích hợp chip vi xử lý Bộ nhớ chính: Tồn dạng mô-đun nhớ RAM SIMM – Single Inline Memory Module 30 chân: đường liệu 72 chân: 32 đường liệu DIMM – Dual Inline Memory Module 64 đường liệu RIMM – Rambus DRAM ROM BIOS chứa chương trình sau: Chương trình POST (Power On Self Test) Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 127 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành Chương trình CMOS Setup Chương trình Bootstrap loader Các trình điều khiển vào-ra (BIOS) CMOS RAM: Chứa thông tin cấu hình hệ thống Đồng hồ hệ thống Có pin nuôi riêng Video RAM: quản lý thông tin hình Các loại nhớ ngồi Tổng quan hệ thống vào-ra 8.1 Giới thiệu chung Chức hệ thống vào-ra: Trao đổi thơng tin máy tính với giới bên Các thao tác bản: Vào liệu (Input) Ra liệu (Output) Các thành phần chính: Các thiết bị ngoại vi Các mơ-đun vào-ra Cấu trúc hệ thống vào-ra Đặc điểm vào-ra Tồn đa dạng thiết bị ngoại vi khác về: Nguyên tắc hoạt động Tốc độ Khuôn dạng liệu Tất thiết bị ngoại vi chậm CPU RAM Cần có mô-đun vào-ra để nối ghép thiết bị ngoại vi với CPU nhớ 8.2 Thiết bị ngoại vi Chức năng: chuyển đổi liệu bên bên ngồi máy tính Nguyễn Thanh Trường - Khoa Cơng nghệ thơng tin Trang 128 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành phần mềm khởi động lại Thứ hai square-wave, đến giá trị 0, gây ngắt, ghi lưu trữ tự động nạp lại giá trị vào đếm, tiến trình lập lại Những ngắt phát sinh định kỳ gọi clock tick Ưu điểm đồng hồ lập trình ngắt định kỳ điều khiển phần mềm Nếu sử dụng tin thể thạch anh có tần số MHz, đếm có nhịp micro giây Với ghi 16 bit, ngắt lập trình để xảy khoảng từ đến 65535 msec Phần mềm đồng hồ: Tất việc mà phần cứng đồng hồ thực tạo ngắt theo khoảng thời gian đặn Mọi điều khác thực phần mềm đồng hồ, driver đồng hồ Công việc driver đồng hồ hệ điều hành khác nhau, thường bao gồm chức sau : Quản lý thời gian ngày Không cho phép tiến trình chạy lâu thời gian mà phép Kế tốn việc sử dụng CPU Cung cấp watchdog timer cho phần hệ thống Chức đồng hồ, quản lý thời gian ngày khơng khó Chỉ cần tăng đếm sau nhịp đồng hồ đề cập Vấn đề lưu ý số lượng bit cho counter Với đồng hồ tần số 60 MHz, đếm 32 bit bị tràn sau hai năm Do hệ thống lưu trữ thời gian thực dạng số nhịp từ 01/01/1970 Có ba cách giải Thứ nhất, dùng đếm 64 bit, giải pháp tốn Thứ hai, lưu trữ dạng giây thay nhịp 232 giây 136 năm Thứ ba, đếm theo nhịp, liên hệ với thời gian hệ thống khởi động Chức thứ hai khơng cho phép tiến trình thực q lâu Khi tiến trình bắt đầu, lập lịch khởi gán giá trị cho đếm, ngắt đồng hồ giảm giá trị đếm, giá trị 0, điều khiển đồng hồ yêu cầu lập lịch thiết lập giá trị cho tiến trình khác Chức thứ ba kế tốn việc sử dụng CPU Cách thức xác sử dụng timer thứ hai, khác với timer hệ thống Bộ timer thứ hai khởi động tiến trình bắt đầu tiến trình kết thúc, timer cho biết thời gian tiến trình thực Phần lớn hệ thống cần thiết thiết lập timer Gọi watchdog timer Ví dụ, để sử dụng đĩa mềm, hệ thống phải khởi động motor chờ khoảng 500msec đạt tốc độ Vì vậy, ý tưởng tốt phải sử dụng watchdog timer để chờ cho thao tác I/O tiếp theo, vào khoảng giây, không tắt motor Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thơng tin Trang 228 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành CHƯƠNG XIV BẢO VỆ VÀ AN TOÀN HỆ THỐNG An tồn bảo vệ hệ thống chức khơng thể thiếu hệ điều hành đại Trong học này, làm quen với khái niệm tổ chức an toàn hệ thống, chế bảo vệ hỗ trợ việc triển khai chiến lược Mục tiêu bảo vệ hệ thống (Protection) Mục tiêu việc bảo vệ hệ thống là: Bảo vệ chống lỗi tiến trình : có nhiều tiến trình hoạt động, lỗi tiến trình j phải ngăn chặn khơng cho lan truyền hệ thống làm ảnh hưởng đến tiến trình khác Đặc biệt , qua việc phát lỗi tiềm ẩn thành phần hệ thống tăng cường độ tin cậy hệ thống ( reliability) Chống truy xuất bất hợp lệ : Bảo đảm phận tiến trình sử dụng tài nguyên theo cách thức hợp lệ qui định cho việc khai thác tài nguyên Vai trò phận bảo vệ hệ thống cung cấp chế để áp dụng chiến lược quản trị việc sử dụng tài nguyên Cần phân biệt khái niệm chế chiến lược: Cơ chế : xác định làm để thực việc bảo vệ, có chế phần mềm chế phần cứng Chiến lược: định việc bảo vệ áp dụng : đối tượng hệ thống cần bảo vệ, thao tác thích hợp đối tượng Để hệ thống có tính tương thích cao , cần phân tách chế chiến lược sử dụng hệ thống Các chiến lược sử dụng tài nguyên khác tùy theo ứng dụng, thường dễ thay đổi Thông thường chiến lược lập trình viên vận dụng vào ứng dụng để chống lỗi truy xuất bất hợp lệ đến tài nguyên, hệ thống cung cấp chế giúp người sử dụng thực chiến lược bảo vệ Miền bảo vệ (Domain of Protection ) 2.1 Khái niệm Một hệ thống máy tính xem tập đối tượng (objects) Một đối tượng phận phần cứng ( CPU, nhớ, ổ đĩa ) hay thực thể phần mềm ( tập tin, chương trình, semaphore ) Mỗi đối tượng có định danh để phân biệt với đối tượng khác hệ thống, truy xuất đến thông qua thao tác định nghĩa chặt chẽ qui định ngữ nghĩa rõ ràng Các thao tác thực đối tượng xác định cụ thể tùy vào đối tượng Để kiểm sốt tình hình sử dụng tài nguyên hệ thống, hệ điều hành cho phép tiến trình truy xuất đến tài nguyên mà có quyền sử dụng, tiến trình truy xuất đến tài nguyên cần thiết thời điểm để hồn thành tác vụ (ngun lý need-to-know) nhăm hạn chế lỗi truy xuất mà tiến trình gây hệ thống Mỗi tiến trình hệ thống hoạt động miền bảo vệ (protection domain) Một miền bảo vệ xác định tài nguyên ( đối tượng) mà tiến trình hoạt động miền bảo vệ sử dụng, thao tác hợp lệ tiến trình thực tài nguyên Ví dụ : Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 229 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 2.2 Cấu trúc miền bảo vệ Các khả thao tác đối tượng gọi quyền truy xuất (access right) Một miền bảo vệ tập quyền truy xuất, quyền truy xuất định nghĩa hai thứ tự Các miền bảo vệ khác giao số quyền truy xuất : Hệ thống với miền bảo vệ Mối liên kết tiến trình miền bảo vệ tĩnh hay động : Liên kết tĩnh : suốt thời gian sống tiến trình, tiến trình hoạt động miền bảo vệ Trong trường hợp tiến trình trải qua giai đoạn xử lý khác nhau, giai đoạn tiến trình thao tác tập tài nguyên khác thao tác khác Tuy nhiên, sử dụng liên kết tĩnh, rõ ràng từ đầu miền bảo vệ phải đặc tả tất quyền truy xuất qua giai đoạn cho tiến trình , điều khiến cho tiến trình có dư quyền giai đoạn đó, vi phạm nguyên lý need-to-know Để tơn trọng ngun lý này, cần phải có khả cập nhật nội dung miền bảo vệ để phản ánh quyền tối thiểu tiến trình miền bảo vệ thời điểm! Liên kết động : chế cho phép tiến trình chuyển từ miền bảo vệ sang miền bảo vệ khác suốt thời gian sống Để tiếp tục tuân theo nguyên lý need-to-know, thay sửa đổi nội dung miền bảo vệ, tạo miền bảo vệ với nội dung thay đổi qua giai đoạn xử lý tiến trình, chuyển tiến trình sang hoạt động miền bảo vệ phù hợp theo thời điểm Một miền bảo vệ xây dựng cho: Một người sử dụng : trường hợp này, tập đối tượng phép truy xuất phụ thuộc vào định danh người sử dụng, miền bảo vệ chuyển thay đổi người sử dụng Một tiến trình : trường hợp này, tập đối tượng phép truy xuất phụ thuộc vào định danh tiến trình, miền bảo vệ chuyển quyền điều khiển chuyển sang tiến trình khác Một thủ tục : trường hợp này, tập đối tượng phép truy xuất biến cục định nghĩa bên thủ tục, miền bảo vệ chuyển thủ tục gọi Ma trận quyền truy xuất (Access matrix) Một cách trừu tượng, biểu diễn mơ hình bảo vệ ma trận quyền truy xuất ( access matrix) Các dòng ma trận biễu diễn miền bảo vệ cột tương ứng với đối tượng hệ thống Phần tử acess[i,j] ma trận xác định quyền truy xuất mà tiến trình hoạt động miền bảo vệ Di thao tác đối tượng Oj object F1 F2 F3 Máy in domain Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thơng tin Trang 230 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành đọc D1 đọc in D2 đọc D3 D4 xử lý đọc đọc ghi ghi Ma trận quyền truy xuất Cơ chế bảo vệ cung cấp ma trận quyền truy xuất cài đặt ( với đầy đủ thuộc tính ngữ nghĩa đả mơ tả lý thuyết), lúc người sử dụng áp dụng chiến lược bảo vệ cách đặc tả nội dung phần tử tương ứng ma trận _ xác định quyền truy xuất ứng với miền bảo vệ , cuối cùng, hệ điều hành định cho phép tiến trình hoạt động miền bảo vệ thích hợp Ma trận quyền truy xuất cung cấp chế thích hợp để định nghĩa thực kiểm soát nghiêm nhặt cho phương thức liên kết tĩnh động tiến trình với miền bảo vệ : Có thể kiểm sốt việc chuyển đổi miền bảo vệ quan niệm miền bảo vệ đối tượng hệ thống, bổ sung cột mô tả cho ma trận quyền truy xuất Khi tiến trình phép chuyển từ miền bảo vệ Di sang miền bảo vệ Dj phần tử access(i,j) chứa đựng quyền « chuyển » ( switch) object F1 F2 F3 Máy in D1 D2 D3 D4 domain D1 D2 D3 D4 đọc đọc chuyển in đọc đọc xử lý đọc ghi ghi chuyển chuyển chuyển Ma trận quyền truy xuất với domain đối tượng (3) Có thể kiểm soát việc sửa đổi nội dung ma trận (thay đổi quyền truy xuất miền bảo vệ) quan niệm thân ma trận đối tượng Các thao tác sửa đổi nội dung ma trận phép thực bao gồm : chép quyền ( copy), chuyển quyền ( transfer), quyền sở hữu (owner), quyền kiểm soát (control) Copy: quyền truy xuất R access[i,j] đánh dấu R* chép sang phần tử access[k,j] khác ( mở rộng quyền truy xuất R đối tượng Oj miền bảo vệ Dk ) Transfer : quyền truy xuất R access[i,j] đánh dấu R+ chuyển sang phần tử access[k,j] khác ( chuyển quyền truy xuất R+ đối tượng Oj sang miền bảo vệ Dk ) Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 231 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành Owner : access[i,j] chứa quyền truy xuất owner tiến trình hoạt động miền bảo vệ Di thêm xóa quyền truy xuất phần tử cột j (có quyền thêm hay bớt quyền truy xuất đối tượng Oj miền bảo vệ khác) Control : access[i,j] chứa quyền truy xuất control tiến trình hoạt động miền bảo vệ Di xóa quyền truy xuất phần tử dòng j (có quyền bỏ bớt quyền truy xuất miền bảo vệ Dj) object F1 F3 F2 domain D1 xử lý D2 xử lý D3 xử lý ghi+ đọc* xử lý (a) object F1 F3 domain F2 D1 xử lý D2 xử lý đọc* xử lý D3 xử lý đọc ghi+ (b) Ma trận quyền truy xuất với quyền copy , transfer (a) trước, (b) sau cập nhật object F1 F3 F2 domain D1 owner ghi xử lý D2 đọc* đọc* owner owner ghi* D3 xử lý (a) Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 232 Trường ĐH Tài Chính - Marketing object Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành F1 F3 F2 domain D1 owner xử lý D2 owner đọc* đọc* owner ghi* ghi* ghi D3 (b) Ma trận quyền truy xuất với quyền owner (a) trước, (b) sau cập nhật object domain D1 D2 D3 D4 F1 F2 đọc F3 Máy in D1 đọc ghi D3 D4 chuyển in đọc D2 xử lý ghi chuyển control chuyển chuyển Ma trận quyền truy xuất sửa đổi nội dung so với (3) nhờ quyền control Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 233 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành TÀI LIỆU THAM KHẢO − Sách, giáo trình: o Bài giảng mơn học Kiến trúc máy tính hệ điều hành – Khoa Tin học quản lý o Bài giảng Kiến trúc máy tính – TS Nguyễn Kim Khánh – Đại học Bách khoa Hà Nội o Giáo trình kiến trúc máy tính - ThS Nguyễn Hồng Vân, ThS Võ Văn Chín, KS Phạm Hữu Tài (Vietnam OpenCourseWare Program) o Giáo trình Hệ điều hành – ThS Nguyễn Phú Trường – Đại học Cần Thơ o Nhập môn Hệ điều hành, biên soạn Lê Khắc Nhiên Ân, Khoa CNTT, Đại học KHTN, TP HCM (2003) − Sách tham khảo: o Stallings, W Computer Organization and Architecture, 6th ed, Prentice Hall, 2003 o Hennessy, J L., Patterson D A Computer Architecture: A Quantitative Approach, 4rd ed, Morgan Kaufmann, 2007 o M Abd-El-Barr, H El-Rewini, Fundamentals of Computer Organization and Architecture, Wiley, 2005 o Silberschatz, Galvin, Gagne, Operating System Concepts, John Wiley & Sons, 2003 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 234 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TÍNH 1 Máy tính phân loại 1.1 Máy tính 1.2 Phân loại máy tính Kiến trúc máy tính Lịch sử phát triển hiệu suất máy tính 3.1 Máy tính dùng đèn điện tử 3.2 Máy tính dùng transistor 3.3 Máy tính dùng vi mạch SSI, MSI LSI 3.4 Máy tính dùng vi mạch VLSI/ULSI 10 Các dòng Intel 13 CHƯƠNG II HỆ THỐNG MÁY TÍNH 18 Các thành phần máy tính 18 1.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU) 18 1.2 Bộ nhớ máy tính (Memory) 19 1.3 Hệ thống vào-ra (Input-Output) 20 Các hoạt động máy tính 21 2.1 Nhận lệnh thực lệnh 21 2.2 Ngắt (Interrupt) 22 2.3 Hoạt động vào-ra 23 Liên kết hệ thống 24 3.1 Luồng thơng tin máy tính 24 3.2 Cấu trúc bus 25 3.3 Phân cấp bus máy tính 26 3.4 Các vấn đề liên quan thiết kế bus 30 Sơ lược phận máy tính 32 4.1 Bộ xử lý (CPU) 32 4.2 Bản mạch (Mainboard) 37 4.3 Ổ đĩa mềm (FDD) 39 4.4 Ổ đĩa cứng (HDD) 40 4.5 Ổ CD DVD 42 4.6 Bộ nhớ RAM ROM 43 4.7 Bàn phím (Keyboard) 46 4.8 Chuột (Mouse) 46 4.9 Card hình (VGA Card) 46 4.10 Màn hình (Monitor) 48 4.11 Card mạng (Network adapter) Modem 50 CHƯƠNG III BIỂU DIỄN DỮ LIỆU VÀ SỐ HỌC MÁY TÍNH 52 Các hệ đếm 52 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 235 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 1.1 Hệ thập phân 52 1.2 Hệ nhị phân 52 1.3 Hệ mười sáu (Hexa) 55 Mã hoá lưu trữ liệu máy tính 55 2.1 Nguyên tắc chung mã hóa liệu 55 2.2 Thứ tự lưu trữ byte nhớ 56 Biểu diễn số nguyên 56 3.1 Số nguyên không dấu 56 3.2 Số nguyên có dấu 58 3.3 Biểu diễn số nguyên theo mã BCD 61 Thực phép toán số học với số nguyên 62 4.1 Cộng số nguyên không dấu 62 4.2 Cộng trừ số nguyên có dấu 63 4.3 Nhân số nguyên không dấu 64 4.4 Nhân số nguyên có dấu 65 4.5 Chia số nguyên không dấu 66 4.6 Chia số nguyên có dấu 67 Số dấu phẩy động 67 5.1 Nguyên tắc chung 67 5.2 Chuẩn IEEE 754 67 5.3 Thực phép toán với số dấu phẩy động 69 Biểu diễn ký tự 71 6.1 Nguyên tắc chung mã hoá 71 6.2 Bộ mã ASCII 72 6.3 Unicode 74 CHƯƠNG IV CÁC CỔNG LUẬN LÝ 75 Cổng AND 75 Cổng OR 76 Cổng đảo NOT 76 Cổng NOR (Not OR) 77 Cổng NAND (Not AND) 78 Cổng XOR (Exclusive OR) 78 Cổng XNOR (Exclusive Not OR) 79 Định lý De Morgan 79 Định lý De Morgan 80 CHƯƠNG V ĐẠI SỐ BOOLE & BẢN ĐỒ KARNAUGH 81 Dấu đại số boole 81 1.1 Dấu đảo: 81 1.2 Dấu OR: 81 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thơng tin Trang 236 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 1.3 dấu AND: 81 1.4 Nhận xét: 82 1.5 Các ví dụ: 82 Các luật đại số boole 84 2.1 Luật giao hoán: 84 2.2 Luật (phối) kết hợp: 84 2.3 Luật phân bố: 85 Các quan hệ đại số boole 85 3.1 Quan hệ cổng OR: 85 3.2 Quan hệ cổng AND: 85 Phương pháp tổng - tích 86 Đơn giản hố phương trình boole 87 5.1 Ví dụ: 87 5.2 Đơn giản phương trình boole: 88 Cặp 89 6.1 Khái niệm: 89 6.2 Các Ví dụ: 90 Bộ bốn 91 7.1 Khái niệm: 91 7.2 Các ví dụ: 91 7.3 Nhận xét: 92 Bộ tám 92 8.1 Khái niệm: 92 8.2 Các ví dụ: 92 8.3 Kết luận chung: 93 Chuyển từ bảng chân trị sang đồ Karnaugh 93 9.1 Bản đồ biến: 93 9.2 Bản đồ biến: 93 9.3 Bản đồ biến: 94 10 Các phương pháp đơn giản đồ Karnaugh 94 10.1 Các nguyên tắc: 94 10.2 Nhóm phủ lấp, nhóm thừa, bộ: 94 10.3 Phương pháp cuộn đồ: 96 10.4 Nhóm thừa: 96 10.5 Các giá trị tuỳ chọn: 97 CHƯƠNG VI CÁC LOẠI MẠCH 99 Mạch nửa cộng 99 1.1 Khái niệm: 99 1.2 Bảng chân trị: 99 1.3 Hình vẽ: 99 1.4 Đặc điểm: 99 Mạch toàn cộng 99 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 237 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 2.1 Khái niệm: 99 2.2 Bảng chân trị: 99 2.3 Hình vẽ: 100 Mạch cộng nhị phân 100 3.1 Khái niệm: 100 3.2 Hình vẽ: 100 Mạch cộng - trừ bù 100 Mạch giải mã thập - nhị phân 101 Mạch giải mã nhị phân - thập phân 102 Mạch phát sinh lẻ 103 Mạch phát sinh lẻ 104 Mạch đảo có điều khiển 105 10 Mạch tích hợp số 105 CHƯƠNG VII CÁC MẠCH VI XỬ LÝ - TỔ CHỨC CPU 106 Giới thiệu ghi 106 1.1 Thanh ghi tích luỹ (Accumulator): 106 1.2 Thanh ghi đếm liệu (Data Counter): 106 1.3 Thanh ghi lệnh (Instruction Register): 106 1.4 Mạch đếm chương trình (PC – Program Count): 106 Cách sử dụng Thanh ghi 107 Mạch tính tốn (ALU – Arithmetic & Logical Unit) 109 Thanh ghi địa nhớ (MAR – Memory Address Register) 110 Mạch điều khiển (CU – Control Unit) 110 Các cờ trạng thái 110 6.1 Cờ gởi (Carry Flag): 110 6.2 Cờ Zero (Zero Flag): 111 6.3 Cờ dấu (Sign Flag): 111 6.4 Cờ tràn (Overflow Flag): 111 6.5 Cờ Chẵn - lẻ (Parity Flag): 112 6.6 Cờ cho phép ngắt quãng (Interrupt Enable Flag): 112 Qui trình thực lệnh 112 7.1 Thời gian thực lệnh: 112 7.2 Chu kỳ lệnh: 113 Cấu trúc CPU 8086/8088 113 8.1 Bộ thực lệnh (EU): 113 8.2 Bộ giao tiếp (BIU): 113 8.3 Các Thanh ghi đa dụng: 113 8.4 Thanh ghi đếm lệnh (Instruction Pointer): 114 8.5 Thanh ghi phân đoạn ô nhớ (Segment Register): 114 Tín hiệu CPU 114 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 238 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 10 Qui trình giải mã Control Unit 117 CHƯƠNG VIII BỘ NHỚ MÁY TÍNH – HỆ THỐNG VÀO - RA (I/O) 119 Tổng quan hệ thống nhớ máy tính 119 1.1 Các đặc trưng hệ thống nhớ 119 1.2 Phân cấp hệ thống nhớ 119 1.3 Phát hiệu chỉnh lỗi nhớ 120 Bộ nhớ bán dẫn 120 Bộ nhớ 122 3.1 Các đặc trưng 122 3.2 Tổ chức nhớ đan xen (interleaved memory) 122 Bộ nhớ cache (Bộ nhớ đệm nhanh) 122 4.1 Nguyên tắc chung cache 122 4.2 Các phương pháp ánh xạ 123 4.3 Phương pháp ghi liệu cache hit 124 4.4 Cache xử lý Intel 124 Bộ nhớ 124 5.1 Các kiểu nhớ 124 5.2 Đĩa từ 125 5.3 Đĩa quang 126 5.4 Flash Disk 127 Bộ nhớ ảo (Virtual Memory) 127 Hệ thống nhớ PC 127 Tổng quan hệ thống vào-ra 128 8.1 Giới thiệu chung 128 8.2 Thiết bị ngoại vi 128 8.3 Mô-đun vào-ra 129 8.4 Địa hoá cổng vào-ra 130 Các phương pháp điều khiển vào-ra 131 9.1 Vào-ra chương trình 131 9.2 Vào-ra điều khiển ngắt 132 9.3 Truy cập nhớ trực tiếp (DMA - Direct Memory Access) 133 9.4 Kênh vào-ra (bộ xử lý vào-ra) 135 10 Nối ghép thiết bị ngoại vi 135 10.1 Các kiểu nối ghép vào-ra 135 10.2 Các cấu hình nối ghép 136 11 Các cổng vào-ra thông dụng PC 136 CHƯƠNG IX TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH 137 Khái niệm hệ điều hành 137 Phân loại hệ điều hành 138 2.1 Hệ thống xử lý theo lô 138 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 239 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 2.2 Hệ thống xử lý theo lô đa chương 138 2.3 Hệ thống chia xẻ thời gian 138 2.4 Hệ thống song song 139 2.5 Hệ thống phân tán 139 2.6 Hệ thống xử lý thời gian thực 140 Cấu trúc hệ điều hành 140 3.1 Các thành phần hệ thống 140 3.2 Các dịch vụ hệ điều hành 143 3.3 Lời gọi hệ thống 143 3.4 Cấu trúc hệ thống 144 Lịch sử phát triển hệ điều hành 149 4.1 Thế hệ (1945 – 1955) 149 4.2 Thế hệ (1955 – 1965) 149 4.3 Thế hệ (1965 – 1980) 149 4.4 Thế hệ (1980 - ) 149 CHƯƠNG X QUẢN LÝ TIẾN TRÌNH 150 Tổ chức quản lý tiến trình 150 1.1 Các trạng thái tiến trình 150 1.2 Chế độ xử lý tiến trình 151 1.3 Cấu trúc liệu khối quản lý tiến trình 151 1.4 Thao tác tiến trình 152 1.5 Cấp phát tài nguyên cho tiến trình 153 Điều phối tiến trình 154 2.1 Giới thiệu 155 2.2 Tổ chức điều phối 157 2.3 Các chiến lược điều phối 159 Liên lạc tiến trình 162 Các Cơ Chế Thông Tin Liên lạc 163 4.1 Tín hiệu (Signal) 163 4.2 Pipe 164 4.3 Vùng nhớ chia sẻ 165 4.4 Trao đổi thông điệp (Message) 166 4.5 Sockets 166 Nhu cầu đồng hóa (synchronisation) 167 5.1 Yêu cầu độc quyền truy xuất (Mutual exclusion) 167 5.2 Yêu cầu phối hợp (Synchronization) 168 5.3 Bài toán đồng hoá 168 CHƯƠNG XI QUẢN LÝ BỘ NHỚ 170 Giới thiệu 170 Không gian địa không gian vật lý 171 Cấp phát liên tục 171 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 240 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 3.1 Mơ hình Linker_Loader 171 3.2 Mơ hình Base &Bound 172 Cấp phát không liên tục 173 4.1 Phân đoạn (Segmentation) 173 4.2 Phân trang (Paging) 177 4.3 Phân đoạn kết hợp phân trang (Paged segmentation) 182 Bộ nhớ ảo 183 5.1 Dẫn nhập 184 5.2 Định nghĩa 184 5.3 Cài đặt nhớ ảo 185 5.4 Thay trang 187 CHƯƠNG XII HỆ THỐNG QUẢN LÝ TẬP TIN 188 Các khái niệm 188 1.1 Bộ nhớ 188 1.2 Tập tin thư mục 188 1.3 Hệ thống quản lý tập tin 188 Mơ hình tổ chức quản lý tập tin 188 2.1 Mơ hình 188 2.2 Các chức 194 Các phương pháp cài đặt hệ thống quản lý tập tin 195 3.1 Bảng quản lý thư mục, tập tin 195 3.2 Bảng phân phối vùng nhớ 195 3.3 Tập tin chia sẻ 198 3.4 Quản lý đĩa 199 3.5 Độ an toàn hệ thống tập tin 200 Giới thiệu số hệ thống tập tin 202 4.1 MS-DOS 202 4.2 Windows 95 204 4.3 Windows NT 209 4.4 Unix 210 CHƯƠNG XIII HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHẬP/XUẤT 213 Khái niệm hệ thống nhập/ xuất 213 Phần cứng nhập / xuất 213 2.1 Thiết bị I/O 213 2.2 Tổ chức chức I/O 214 2.3 Bộ điều khiển thiết bị 214 2.4 DMA (Direct Memory Access) 216 Phần mềm nhập / xuất 216 3.1 Kiểm soát ngắt 216 3.2 Điều khiển thiết bị (device drivers) 217 3.3 Phần mềm nhập/xuất độc lập thiết bị 217 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Cơng nghệ thơng tin Trang 241 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 3.4 Phần mềm nhập/xuất phạm vi người sử dụng 218 Giới thiệu số hệ thống i/o 218 4.1 Hệ thống nhập xuất đĩa 218 4.2 Hệ thống nhập xuất chuẩn (terminals) 223 4.3 Cài đặt đồng hồ 227 CHƯƠNG XIV BẢO VỆ VÀ AN TOÀN HỆ THỐNG 229 Mục tiêu bảo vệ hệ thống (Protection) 229 Miền bảo vệ (Domain of Protection ) 229 2.1 Khái niệm 229 2.2 Cấu trúc miền bảo vệ 230 Ma trận quyền truy xuất (Access matrix) 230 TÀI LIỆU THAM KHẢO 234 MỤC LỤC 235 Nguyễn Thanh Trường - Khoa Công nghệ thông tin Trang 242 ... nghệ thông tin Trang 136 Trường ĐH Tài Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành CHƯƠNG IX TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH Khái niệm hệ điều hành Hệ điều hành chương trình hay hệ. .. Chính - Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành 3 .2 Các dịch vụ hệ điều hành Hệ điều hành cung cấp môi trường để thi hành chương trình, cách cung cấp dịch vụ cho chương trình cho người... Marketing Giáo Trình kiến trúc máy tính hệ điều hành Máy ảo Thơng thường, hệ thống máy tính bao gồm nhiều lớp Phần cứng lớp thấp Hạt nhân lớp kế dùng thị phần cứng để tạo tập hợp lời gọi hệ thống