Основные структурные компоненты ОС

Системный загрузчик (SB – SystemBootstrap).

Модульрасширения (EM – Extension Module) BIOS.

Внешние (устанавливаемые) драйверы устройств.

Базовый модуль (BM – BasicModule) DOS;

Командный процессор, или интерпретатор команд (CI – CommandInterpreter).

Утилиты DOS.

Оболочка MS-DOSShell.

Инструментальные средства.

Последовательность шагов при выполнении POST-программы:

тестирование регистров процессора;

проверка контрольной суммы ROMBIOS;

проверка и инициализация таймера 8253/8254, портов 8255;

проверка и инициализация контроллеров DMA 8237;

проверка регенерации памяти;

тестирование 64 Кбайт нижней памяти;

загрузка векторов прерывания и стека в нижнюю область памяти;

инициализация видеоконтроллера; тестирование полного объема ОЗУ;

тестирование клавиатуры;

тестирование CMOS -памяти и часов;

инициализация и тестирование контроллера НГМД;

инициализация и тестирование контроллера НЖМД;

сканирование области дополнительных ROMBIOS;

вызов Bootstrap (вектор 19h) – загрузка ОС, при неудаче – HALT (стоп).

MS - DOS делится на несколько систем:

файловая;

управления памятью;

управление программами;

связи с драйверами устройств;

обработки ошибок;

службы времени;

ввода/вывода для консоли оператора.

Файловая система используется во время загрузки ОС и в процессе ее работы.Прикладная программа пользуется функциями прерывания MS - DOS, выполняющими все необходимые действия по обслуживанию каталогов и таблицы размещения файлов (FileAllocationTable - FAT). Система управления памятью используется для распределения памяти запускаемым программам с помощью блоков МСВ (MemoryControlBlock). Система управления программами. MS-DOS существует два формата выполняемых программ (файлы имеют расширение имени .com и .ехе). Система управления программами автоматически распознает их и загружает в память по-разному. Система связи с драйверами устройств скрыта от прикладных программ (не могут обращаться непосредственно к драйверам периферийных устройств). Программа вызывает прерывание MS-DOS, aMS-DOS, обращается при необходимости к драйверам. Система обработки ошибок. Если после обращения к прерыванию MS - DOS флаг переноса установлен в единицу, произошла ошибка. Служба времени. Операционная система MS - DOS ведет подсчет времени и хранит текущие показания часов, а также текущую дату. Работа с консолью оператора. Консоль оператора состоит из устройств ‑ клавиатуры и дисплея. Эти два устройства обсуживаются одним драйвером ‑ драйвером консоли CON.

ЗАГРУЗКА MS-DOS:

1. BIOS делает попытку прочитать 1-й сектор дискеты в дисководе А:.

Если в дисковод вставлена системная дискета, с ее 1-го сектора считывается загрузчик (BR) и ему передается управление. Если 1-й сектор не содержит загрузочную запись, на экран выводится сообщение с просьбой заменить дискету. Если дисковод А: пуст, BIOS загружает из MBR с начального сектора диска С: NSB.

2. Загрузчик анализирует содержимое таблицы разделов, выбирает из BR этого раздела (она аналогична BR системной дискеты) системный загрузчик SB.

3. SB активного раздела загружает с диска файлы IO.SYS и MSDOS.SYS.

4. Считываются и загружаются перечисленные в этом файле драйверы. Сначала загружаются драйверы по команде device=¼, затем резидентные программы по команде install.

5. Считывается CI из COMMAND.COM и ему передается управление. Инициализирующая часть используется только в процессе загрузки ОС. Она определяет начальный адрес для загружаемых программ и инициализирует выполнение файла AUTOEXEC.BAT.

6. Транзитная часть CI располагается в старших адресах памяти. В этой части находятся обработчики внутренних команд MS-DOS и интерпретатор пакетных файлов (.bat). Транзитная часть выдает системное приглашение (… С:\>), ожидает ввода команды оператора.

Вопрос

Система прерываний обрабатывает запросы на прерывание, как от внешних устройств, так и от блоков микропроцессора.

Прерывание – это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе (а через неё – к соответствующей программе обработки прерывания), происходящая при возникновении определенного события.

Механизм прерываний – это наличие в аппаратуре ПК специальных средств, с помощью которых выполнение текущей программы приостанавливается и процессор переходит к программе обслуживания прерывания (Interrupt Service Routine – ISR).

Микропроцессоры 8086/88 поддерживают 256 прерываний. Каждое из них имеет свой номер ISR.

Адрес точки входа в ISR называется вектором прерывания и хранится в специальной таблице, называемой таблицей векторов прерываний (ТВП). ISR может находиться в любом месте памяти.

Вектор прерывания занимает 4 байта: 2 байта – на значение сегментного регистра, устанавливаемое в CS (старшее слово), 2 байта – на значение смещения, устанавливаемое в IP (младшее слово).

Специальные правила ISR:

в самом начале ISR сохраняет все регистры процессора, которые будут изменяться в дальнейшем;

перед завершением измененные регистры восстанавливаются в исходное значение;

последней командой ISR, как правило, является команда возврата из прерывания IRET. Выполняя IRET, процессор извлекает из стека 6 байт информации, которые последовательно помещает в регистры IP, CS и регистр флагов, возвращаясь к исполнению прерванной программы.

Система прерываний включает в себя 4 типа прерываний: аппаратные, программные, исключительные ситуации процессора (processor exceptions), немаскируемые.

Аппаратные прерывания

Аппаратные прерывания возникают как результат некоторых внешних событий, и в их генерации принимает участие специальная микросхема ПЭВМ - программируемый контроллер прерываний (PIC - ProgrammableInterruptController).

PIC рассчитан на 15 входов запросов прерыванийIRQ (InterruptRequest). Запросы прерываний посылают ВУ.

Аппаратные прерывания с помощью PIC называют маскируемыми.

Классификация прерываний

Немаскируемые прерывания

Для немаскируемых прерываний в ЦП есть вход NMI (Non-Maskable Interrupt). ПО не может блокировать эти прерывания. При появлении сигнала на входе NMI процессор сам генерирует номер прерывания 2.

Сигнал на входе NMI имеет более высокий приоритет, чем INTR, и используется для организации процессора на критические ситуации.

Программные прерывания

Программное прерывание - вызов процедуры с передачей параметров или без нее и возвратом результата (через регистры).

Программное прерывание возникает при выполнении в программе инструкции INT<n>, где n – номер прерывания в шестнадцатеричной системе счисления. Инструкция INT имеет более высокий приоритет, чем аппаратные и немаскируемые прерывания.

Правила взаимодействия с ISR (номер прерывания, описание функции, значения регистров на входе ISR и после ее завершения, индикация ошибок и т.п.) называют интерфейсом прикладной программы (API – ApplicationProgrammInterface).

Исключительные ситуации

Исключительные ситуации – это генерация процессором внутренних прерываний при возникновении необычных условий во время выполнения программы.

Чтобы избежать перекрытия прерываний с одинаковыми номерами, закрепленными за аппаратными прерываниями и исключительными ситуациями, операционная система выполняет перепрограммирование PIC.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕРЫВАНИЙ

Первые 32 прерывания с номерами 00h – 1Fh закреплены за аппаратными прерываниями и прерываниями, предназначенными для управления аппаратурой ПЭВМ.

ISR этих прерываний вместе с некоторыми данными образуют BIOS.

Эти прерывания называют прерываниями нижнего уровня, так как они взаимодействуют с аппаратурой на уровне физических сигналов, портов и физических адресов.

При выполнении ISRBIOS для хранения необходимых данных используется зарезервированная область памяти, называемая областью данных BIOS. Она занимает 256 байт с адресом 40:00h до 40:FFh. Здесь располагается ряд таблиц, копируемых из ПЗУ при начальной загрузке операционной системы и уточняемых по результатам тестирования узлов ПК.

Программные прерывания с номерами 20h и старше обрабатываются ISR, входящими в состав ядра MS-DOS.

Обработчик прерывания 21h представляет собой целый набор функций (около 57), называемых системными или функциональными вызовами MS-DOS или просто функциями DOS.