ハードウェア

講義：オペレーティングシステム
補足資料
ーハードウェアの概要（おさらい）ー
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ハードウェアの概要
パソコンのハードウェア構成図（図 参照）
•
•
•
•
プロセッサ
メモリ（キャッシュ，メモリ，ディスク）
入出力デバイス
バス
2
モニタ
ＭＰＵ
メモリ
ビデオ
コントローラ
キーボード
キーボード
コントローラ
フロッピ
ディスク
ドライブ
ハード
ディスク
ドライブ
フロッピ
ディスク
コントローラ
ハード
ディスク
コントローラ
バス
パーソナルコンピュータの構成図（単純な場合）
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プロセッサ概要
・ＭＰＵ(Micro Processor Unit), CPU(Central
Processor Unit)
• 構成： 演算装置，レジスタ
• 処理の高速化手法：
– パイプライン方式，スーパスカラ方式
• レジスタの種類
– 汎用レジスタ
– 特殊レジスタ：プログラムカウンタ（ＰＣ），スタックポインタ，
ＰＳＷ（Program Status Word，プログラム状態語），．．
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メモリの概要
・メモリ階層(図 参照)
レジスタ，キャッシュ，主記憶（メモリ），ディス
ク，磁気テープ
• キャッシュ： 連想記憶
• 主記憶（メモリ）の保護（図 参照）
• ディスクの構成（図 参照）
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アクセス時間
１nsec
サイズ
レジスタ
<１KB
2nsec
キャッシュ
1MB
１0nsec
主記憶
１0msec
磁気ディスク
１00sec
磁気テープ
64-512MB
5-50GB
20-100GB
メモリ階層
注：上記の数値は若干古い．
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プログラム（１）走行時
ユーザプログラム，
データ（２）
リミット
ベース
データ（２）
リミット（２）
ユーザプログラム，
データ（１）
プログラム（２）走行時
ベース（２）
データ（１）
プログラム１
リミット（１）
リミット（２）
ベース（２）
リミット（１）
ベース（１）
ベース（１）
ＯＳ
(a)プログラム１走行時
ＯＳ
(b)２組のベース／リミットレジスタによる
プログラム１の共有
図 ベース／リミットのレジスタによるメモリ保護
（昔の計算機の場合）
注：現在では上記の機構は用いておらず，後で講義する仮想メモリ機構を用いている．7
面５
読み書きヘッド
面４
面３
面２
面１
アームの動作
面０
ディスクの構造
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入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス
・入出力装置：ディスク，キーボード，ディスプレ
イ，ネットワークボード，．．．
• 入出力からの受け付け方法：
– ポーリング（ＣＰＵが調べる）：ＣＰＵの浪費，繁忙
待機（busy waiting）
– 割込み： 現在は割込みで行う．
• デバイスドライバ： デバイスを制御するプロ
グラム
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入出力処理概要
ディスク入出力の例（図 参照）
１）ＣＰＵがディスクコントローラに処理（入出力）を依頼する．
・コントローラ内のレジスタへ必要情報を書き込む．
・コントローラがディスクドライブを起動する．
２）ディスクが依頼された処理を完了すると，割込みコントローラ
にその旨を通知する．
３）割込みコントローラは，ＣＰＵに割り込みをかける．
・ＣＰＵへの特定のピンへ信号を送る．
４）割込みに関する詳細情報をバス経由でＣＰＵに送る．
・詳細情報：デバイス番号，割込みの種類（内容：入力なの
か，出力なのか，またはその他なのか？）
・詳細情報は,デバイスごとに異なる．
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ディスク
ドライブ
現在の命令
次の命令
ＭＰＵ
(3) 割り込み
コントローラ
(4)
ディスク
コントローラ
(2)
(1)割込み
(3)リターン
(2)ハンドラへの
ディスパッチ 割込み
(1)
ハンドラ
図 割込みの概要
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バス
• バスとは？
– ハードウェアの部品（ＣＰＵ，メモリ，．．）をつなぐ
ハードウェアの線
• 昔
– 単純な構成
• 最近
– 複雑な構成：図 参照
– バスの種類が多い
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キャッシュバス
レベル２
キャッシュ
メモリバス
ローカルバス
PCI
ブリッジ
ＭＰＵ
主記憶
PCIバス
PCIスロット
SCSI
ISA
ブリッジ
USBI
マウス
IDE
ディスク
キーボード
グラフィック
アダプタュ
モニタ
ISAバス
モデム
サウンド
カード
ISAスロット
プリンタ
Pentiumシステムのバス構成
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ファイルシステム（追加資料）
・ファイルの階層構造：図 参照
• ファイルシステムのマウント
– あるファイルシステムを別のファイルシステムに
のせる（組み込む，マウントする）
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ルートディレクトリ
職員
学生
ファイル
ファイル
ファイル
ファイルの階層構造
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ルート
b
a
c
ルート
フロッピィ
x
d
y
b
a
c
（１）マウント前
d
x
y
（２）マウント後
ファイルのマウント
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