Ei ole väliä, käytätkö Windows, Linux, macOS tai mikä tahansa muu käyttöjärjestelmän maku. Kaikki ne suorittavat saman tehtävän, joka on kommunikoida ohjelmiston kanssa laitteiston kanssa, suorittaa rutiinien ja prosessien hallintaa sekä monia muita tehtäviä. Mikä on käyttöjärjestelmän rooli järjestelmässäsi ja miten se liittyy laitteistoon?
Jokainen tietokone on vain integroitu laitteisto- ja ohjelmistojärjestelmä, jossa käyttöjärjestelmää voidaan kutsua tärkeimmäksi ohjelmaksi toimimalla siltana ohjelmien ja itse laitteiston välillä. Ilman käyttöjärjestelmää ohjelmat eivät voisi olla vuorovaikutuksessa laitteiston kanssa, koska puhumme kahdesta eri maailmasta: ensimmäisestä, joka on pohjimmiltaan aineeton ja joka on ohjelmien tai ohjelmistojen maailma, ja toisesta prosessorien maailmasta. ja muistoja.
Todellisuudessa, kun joku meistä käyttää tietokoneessa olevaa sovellusta, emme käytä vain kyseistä sovellusta, vaan sovellus käyttää käyttöjärjestelmää, joka puolestaan käyttää laitteistoa. Joten jos esimerkiksi kirjoitat nyt email tai kun luet tätä artikkelia, sinun on tiedettävä, että se, mitä näet näytöllä, on ohjelmiston, käyttöjärjestelmän ja laitteiston välisen suhteen tulos.
Ensimmäiset käyttöjärjestelmät olivat yksinkertaisia, mutta laitteiston tehon kasvaessa he pystyivät tekemään enemmän ja enemmän asioita samalla, kun käyttöjärjestelmän oli hallittava niitä. Emme voi myöskään unohtaa valtavaa valikoimaa laitteita, jotka ovat nykyään PC: lle. Useimmat ovat geneerisiä tuotteita, mutta toiset vaativat erityistä viestintää toimiakseen kunnolla.
Käyttöjärjestelmä päättää mitä, missä ja milloin asiat suoritetaan
Ohjelmat ovat vain sarja peräkkäisiä ohjeita, joita prosessori täytyy suorittaa, on totta, että ohjelmassa on hyppyjä ja silmukoita, jos olemme tiukkoja, ohjelma ei ole mitään muuta. Kussakin ohjelmassa voi olla useita aliohjelmia, jotka suoritetaan rinnakkain tai sarjassa. Oli miten oli, nämä on suoritettava suorittimessa, ja käyttöjärjestelmän on hallittava aina kymmeniä rutiineja ja prosesseja.
Ohjelmat eivät päätä, mitä prosessi tai rutiini suoritetaan joka hetki, ei missä ja paljon vähemmän milloin. Tämä on käyttöjärjestelmän ytimen työ, joka hallitsee erilaisia prosesseja. Varmasti olet koskaan antanut tehtävienhallinnan erityisesti taustaprosessien välilehdelle.
Kaikki tämä on se, mitä käyttöjärjestelmän on hallittava, ja sen on tehtävä se siten, että jokainen ohjelma saa tarvitsemansa prosessointiajan suorittimelta. Kun ohjelma tai tietokone on hidas, tämä johtuu siitä, että käyttöjärjestelmällä ei ole tarpeeksi virtaa (tai optimointia tarvittaessa) suorittimesta päivittäisten tehtäviensä suorittamiseen.
VIP -asiakas RAM -muistissa ja prosessorissa
Käyttöjärjestelmä toimii kuten muutkin ohjelmat RAM, mutta jotta muut ohjelmat eivät häiritse sen toimintaa ja jopa muuttavat käyttöjärjestelmän käsittelemiä tietoja ja ohjeita, RAM -tila varataan. yksinomaan käyttöjärjestelmälle johon mikään muu ohjelma ei voi missään olosuhteissa normaaleissa olosuhteissa.
Koska käyttöjärjestelmä on se kommunikoi laitteiston kanssa, sillä on hierarkia, joka on muiden ohjelmien yläpuolella, koska kun hallitaan rutiinien suorittamista, käyttöjärjestelmällä on myös pääsy ohjelmien RAM -tilaan . Toisin sanoen käyttöjärjestelmä on kuin taloudenhoitaja, jolla on pääsy kaikkiin kartanon huoneisiin, jotka olisivat muistia, kun taas ohjelmilla olisi rajoitettu pääsy. Jos käytössämme on virtualisoitu käyttöjärjestelmä, käyttöjärjestelmän hypervisori on se, jolla on suora pääsy laitteistoon.
Mikään ei kuitenkaan ole täydellistä, ja joskus voi syntyä tietoturva -aukkoja, joita tietyt ohjelmat käyttävät koodin suorittamiseen käyttöjärjestelmätilassa. Esimerkiksi tietokoneviruksia kutsutaan niin, koska ne onnistuvat saastuttamaan koodinsa käyttöjärjestelmälle osoitetun muistin osan, jolloin he voivat paeta sen hallintaa.
Tiedonsiirto käyttöjärjestelmän ja laitteiston välillä
Tietokoneessa laitteistoon pääsee käsiksi käyttämällä tiettyjä muistiosoitteita , jotka lähettäessään tietoja heille eivät aiheuta saman luku- tai kirjoitusvaikutusta RAM -muistissa, vaan muodostavat tietyn toiminnon kyseiseen muistiosoitteeseen liittyvään laitteistoon. Joko automaattisesti tai sen epäonnistuttua, tiedot toimivat syöttömenetelmänä kyseiselle toiminnolle. Nykyään suoritettavien rutiinien ja prosessien valtavan määrän vuoksi ohjaimia käytetään viestimään ohjelmista laitteiston kanssa.
Siksi, kun käyttöjärjestelmä vaatii pääsyn tiettyihin laitteisto -toimintoihin, se tekee kuljettajat toimivat. Kuljettaja ei ole muuta kuin abstraktio miten laitteisto toimii. Laskennassa kutsumme abstraktioksi ohjelmaa, joka emuloi elementin mahdollisimman paljon. Kuljettajan erityistapauksessa se ei emuloi laitteistoa kokonaisuudessaan, mutta mitä se tekee, jäljittelee sen viestintärajapinta . Ajuri itse on sitten se, joka muuttaa tämän laitteiston ymmärtämiksi ohjeiksi, jotta käyttöjärjestelmä voi kommunikoida tietokoneen eri osien ja laitteiden kanssa.
Huolimatta siitä, että x86 -arkkitehtuurissa muistin ja I / O: n osoittaminen on yhdistetty käytännön tasolla ja nykyään se on erotettu toisistaan, koska pääsy yleensä, vaikka se tapahtuu MMU , se on IOMMU joka vastaa viestinnästä oheislaitteiden kanssa, joka on alisteinen ensimmäiselle.
Lyhyesti sanottuna laitteisto ja käyttöjärjestelmä ovat keskeisiä, eivätkä ne missään tapauksessa toimi yksin ja tarvitsevat kolmannen toimijan, kuten ohjaimet, mikä vaikeuttaa koko kehystä entisestään kaikissa toiminnoissaan.
