[OS] Computer System Overview

要約の整理

オペレーティングシステムとは?
コンピュータシステムのリソースハードウェアを管理し、ユーザーとアプリケーションにサービスを提供するシステムです.

ハードウェアとは?
ハードウェアは、プロセッサ、メモリ、周辺機器で構成され、オペレーティングシステムによって管理されます.プロセッサは中央プロセッサとして、演算を実行し、コンピュータの動作を制御する.メモリはデータを格納するメモリとして機能します.周辺機器は、プロセッサおよびメモリ以外のハードウェアであり、入力装置、出力装置、記憶装置などを含む.

1.ハードウェア

1.1プロセッサ
- CPU
-ビデオカード
-専用処理装置等
1.2メモリ
-メインメモリ
-補助メモリ等
1.3周辺機器
-キーボード/マウス(入力)
-モニタ、プリンタ(出力)
-ネットワークモデムなど

2.プロセッサ

コンピュータの脳の役割を果たす中央プロセッサです.演算を実行し、コンピュータ上のすべてのデバイスの動作を制御します.代表的なCPUは、レジスタ、演算装置、制御装置からなる.

2.1レジスタ

2.1.1レジスタとは?
CPU内部のメモリ.プロセッサが使用するデータを格納し、コンピュータで最も速いメモリです.
2.1.2レジスタタイプ

用途:専用レジスタ、汎用レジスタ

ユーザが情報を変更できるかどうか:ユーザ可視レジスタ、ユーザ非可視レジスタ

.
格納情報の種類に応じて、データレジスタ、アドレスレジスタ、ステータスレジスタ.

3.メモリ

データを格納するメモリ.プログラム、ユーザデータなどを格納します.

3.1メモリタイプ

3.1.1メインメモリ

プロセッサが実行するプログラムおよびデータストレージ

主に

DRAM(大容量・低コスト)

を用いる.

ディスクI/Oボトルネックの解消(ディスク速度とプロセッサ速度の差が大きいためボトルネックが発生し、中間解消の役割を果たす)

3.1.2キャッシュ

プロセッサ内部のメモリ(高速、高価)

メインメモリのI/Oボトルネックを解消

は容量が非常に小さい(例えば128 KB)ため、ボトルネックをうまく解消できるかどうかは分からないが、地域性を利用して、小さな容量でもボトルネック

を解消できる.
3.1.3キャッシュの動作

は、通常、ハードウェアによって管理する

である.

キャッシュ・ホット:必要なデータ・ブロック

キャッシュ

キャッシュエラー:必要なデータブロックがない場合

3.1.4地域性

キャッシュの場合、高速で非常に効率的です.しかし、ケイシー・ミスの場合はかえって効率が悪い.したがって,主にキャッシュ熱を実現することが重要であり,地域性を可能にする.

空間領域性:参照アドレスに隣接するアドレスの属性(例えば、実行順序プログラム)

を参照する.

時間領域:プロパティ

、すなわち、一度参照されたアドレスを再参照(このように)

の地域性はキャッシュヒット率と密接に関連しています.アルゴリズムのパフォーマンスを向上させる重要な要素の一つです.

上図では、CPUがメインメモリにアクセスするコードをAとBとすると、以下のようになる.

for (i= 0 ; i<= n ; i++) {
 for (j = 0 ; j < m ; j++) {
   x = x + (a[i][j]) ;// A
        or
   x = x + (a[j][i]) ;// B
     }
 }

Aの形式でコードを実行し、A[0][0~15]のブロックをキャッシュブロックに入れると、キャッシュの領域的な空間をうまく利用し、キャッシュエラーを低減し、キャッシュヒットを増加させ、速度を向上させることができる.

3.2メモリとOS

3.2.1メモリの割り当てと管理

計画の要求に従ってメモリ

を割り当てて回収する.

割り当てられたメモリ管理

3.2.2仮想メモリ管理

仮想メモリ

の作成と管理

論理アドレス->物理アドレス変換

注意:オペレーティングシステム講座(金徳洙教授)