Trần Đại Dương Hướng dẫn đơn giản Hệ Điều Hành Larry Miller Mục lục Mục lục Lời giới thiệu Thế Hệ Điều Hành? Lịch sử Hệ Điều Hành Hệ Điều Hành làm gì? Định nghĩa tiến trình Kết luận Lời giới thiệu Cơ thể vận hành mà khơng có não Não lệnh cho phận khác thể cách để làm việc tương tác Khơng có não, khơng có khả để làm điều Hệ điều hành giống não máy tính Bạn có nhóm phần cứng giống tháp CPU, hình bàn phím khơng có CPU khơng thể làm điều nguồn bật mở máy Hệ điều hành tổ chức tập tin phần cứng biết nên làm Vào buổi sơ khai máy tính, có Hệ Điều Hành Khi máy tính tiến triển , OS chuyển hướng vào MS-DOS, máy tính thực khơng có khả làm nhiều mà khơng có phần mềm Sau Bill Gates đẩy mạnh vấn đề Với thành lập Microsoft, Hệ điều hành máy tính trở thành người làm chủ đưa máy tính đến với cấp độ chức công nghệ Mặc dù thương hiệu hệ điều hành ít, chúng thực tác vụ khác phù thuộc vào yêu cầu người dùng máy tính Trong hệ điều hành trội Microsoft Windows, loại hệ điều hành khác cung cấp tính khác Bao gồm Linux, Unix OS X Trong kỷ nguyên công nghệ chúng ta, có nhiều hệ điều hành máy tính Nhiều điện thoại di động tinh vi có hệ điều hành riêng chúng điểm truy cập khơng giây có hệ điều hành riêng để cung cấp internet không giây tới khách hàng Trong thực tế, máy tính điện thoại di động ngày mạnh máy tính 20 năm trước Như bạn thấy, cơng nghệ hệ điều hành tiếp tục tiến triển Có vẻ Microsoft đưa hệ điều hành tốt mà làm cho người tự hỏi: hệ thống mà họ sử dụng có thực tốt nhất? Nó bị gây lầm lẫn Nhưng điều khơng thể! Trong trang sách này, sâu khám phá hệ điều hành Bạn học cách chúng làm việc hệ thống cụ thể mà chúng đáp ứng Cuối cùng, việc lựa chọn OS tùy thuộc vào sở thích giúp bạn thực nhận chọn hệ điều hành Thế hệ điều hành? Hệ điều hành tập hợp chương trình máy tính quản lý tài nguyên phần cứng phần mềm máy tính Hệ điều hành vận hành thiết bị điện tử để đáp ứng hợp lý lệnh chấp thuận hệ thống Ở tảng phần mềm hệ thống, hệ điều hành thực tác vụ kiểm soát cấp phát nhớ, ưu tiên yêu cầu hệ thống, kiểm soát thiết bị nhập/ xuất, tạo điều kiện thuận lợi cho giao tiếp mạng quản lý tập tin Hệ điều hành cịn cung cấp giao diện đồ hoạ với tính cao cấp Thực chất, hệ điều hành hình thành tảng cho phần mềm hệ thống khác phần mềm ứng dụng Hệ điều hành chương trình quan trọng chạy máy tính Khơng có hệ điều hành máy tính bạn khơng làm việc Nó khơng có khả để xử lý u cầu in, tính tốn đơn giản hay chức khác OS thực não vận hành thiết bị Đối với hệ thống lớn, hệ điều hành có trách nhiệm lớn so với PC Trong hệ thống lớn, hệ điều hành giống cảnh sát giao thông, đảm bảo cho người dùng chương trình khác chạy lúc hệ thống khác khơng can thiệp vào Nó hoạt động phận an ninh, đảm bảo người dùng trái phép khơng thể truy cập vào hệ thống Các hệ điều hành máy tính chia làm bốn loại, là:  Nhiều người dùng: cho phép hai hay nhiều người dùng chạy chương trình lúc Một số hệ điều hành cho phép hàng trăm hay chí hàng nghìn người sử dụng  Đa xử lý: hỗ trợ chạy chương trình nhiều CPU  Đa nhiệm: cho phép nhiều chương trình chạy đồng thời  Đa luồng: cho phép phần khác chương trình chạy đồng thời  Thời gian thực: phản ứng đầu vào Các hệ điều hành đa dụng Windows UNIX thời gian thực Các hệ điều hành cung cấp tảng phần mềm cho chương trình khác chạy Các chương trình ứng dụng phải viết để chạy hệ điều hành cụ thể Lựa chọn hệ điều hành bạn nghĩa xác định phạm vi lớn ứng dụng bạn chạy Đối với PC, hệ điều hành phổ biến DOS, OS/2 Windows, số khác sử dụng, Linux Trong thiết bị có hệ điều hành, thường có cách để làm thay đổi cách thiết bị làm việc Đó khơng sung sướng ngẫu nhiên; lý hệ điều hành làm “mã linh động” thay mạch vật lý lâu dài để chúng thay đổi sửa đổi mà khơng phải bỏ tồn thiết bị Đối với người dùng máy tính để bàn, điều có nghĩa bạn thêm cập nhật bảo mật mới, vá hệ thống, ứng dụng hay chí OS hồn tồn, bạn khơng cần phải loại bỏ máy tính bạn bắt đầu lại với máy tính bạn cần thay đổi Miễn bạn hiểu hệ điều hành làm việc biết cách tiếp cận nó, nhiều trường trường hợp bạn cần thay đổi số cách hành xử Và, máy tính bạn giống điện thoại di động bạn Thực chất, bạn bật máy tính, chương trình tập hợp lệnh lưu ROM máy tính Các lệnh kiểm tra phần cứng hệ thống để đảm bảo thứ hoạt động “Tự kiểm tra khởi động” kiểm tra lỗi CPU, nhớ hệ thống I/O bản( BIOS) lưu trữ kết vị trí nhớ đặc biệt Khi kiểm tra hồn thành, phần mềm nạp vào ROM( đơi gọi BIOS hay firmware) bắt đầu kích hoạt ổ đĩa máy tính Trong hầu hết máy tính đại, máy tính kích hoạt ổ đĩa cứng( HDD), tìm thấy phần hệ điều hành: trình nạp khởi động “Trình nạp khởi động” chương trình nhỏ có chức nhất: nạp hệ điều hành vào nhớ cho phép bắt đầu thao tác Trong hình thức nhất, trình nạp khởi động thiết lập driver điều khiển phân hệ (hệ thống con) phần cứng khác máy tính Nó thiết lập phận nhớ( nơi lưu hệ điều hành), thơng tin người dùng ứng dụng Nó tạo lập cấu trúc liệu để giữ vô số tín hiệu, cờ cờ hiệu dùng để giao tiếp bên phân hệ ứng dụng máy tính Sau chuyển kiểm sốt máy tính qua đệ điều hành Lịch sử hệ điều hành Các máy tính sơ khai khơng có hệ điều hành Đầu năm 1960, nhà cung cấp máy tính thương mại cung cấp công cụ bao quát cho hợp lý hoá phát truyển, lập kế hoạch, thực cơng việc hệ thống xử lý bó Vào năm 1960, số khái niệm phát truyển đẩy phát truyển hệ điều hành IBM System 360 sản xuất họ máy tính lớn phục vụ người tiêu dùng với sức mạnh giá khác Một hệ điều hành đơn giản lên kế hoạch cho máy tính thay phát triển chương trình chung cho mơ hình cá nhân Khái niệm hệ điều hành đơn giản phù hợp với tồn dịng sản phẩm, điều quan trọng cho thành công System 360 Trong thực tế, hệ điều hành máy tính lớn IBM họ hàng xa hệ thống gốc Ưu điểm ứng dụng viết cho hệ OS 360 chạy máy móc đại OS System 360 chứa số tiến quan trọng khác, ảnh hưởng đến máy tính ngày nay: phát truyển thiết bị đĩa cứng lưu trữ cố định mà IBM gọi DASD Một phát truyển then chốt thứ hai là khái niệm kỹ thuật phân thời (chia sẻ thời gian) Kỹ thuật phân thời liên quan tới chia sẻ tài nguyên máy tính đắt tiền cho nhiều người dùng máy tính tương tác theo “thời gian thực” với hệ thống Những điều thực chất có nghĩa tất người dùng có ảo giác độc quyền truy cập vào máy Nổi tiếng hệ thống phân thời Multics Multics nguồn cảm hứng cho số hệ điều hành phát truyển năm 1970 Đáng lưu ý hệ thống Unix Một số hệ điều hành máy tính mini thương mại phổ biến VMS Các máy vi tính khơng có khả hay hữu ích cho hệ điều hành tinh vi mà phát truyển trước cho máy tính lớn mini Các hệ điều hành nhỏ phát triển thường nạp từ ROM gọi giám sát Một bật hệ điều hành đĩa cứng trước CP/M hỗ trợ nhiều máy vi tính sơ khai phần lớn nhân MS-DOS tạo MS-DOS trở thành phổ biến hệ điều hành lựa chọn cho IBM PC Các hệ điều hành liên tiếp bắt nguồn từ MS-DOS Microsoft- cơng ty có lợi nhuận lớn giới với phát truyển Windows Giải pháp thay suốt năm 1980 Mac OS gắn liền mật thiết với máy tính Apple McIntoch Những năm 1990, máy vi tính phát truyển đến mức độ trở nên ngày mong muốn Mọi người muốn có máy tính gia đình Microsoft đưa với Windows 95 98, người khao khát suất nhiều tuỳ chọn Phản ứng Microsoft tới thay đổi phát truyển Windows NT phục vụ sở cho dịng hệ điều hành máy tính để bàn Microsoft phát hành vào năm 2001 Apple xây dựng lại hệ điều hành riêng họ dựa lõi Unix, Mac OS X, phát hành vào năm 2001 phát truyển thành kình địch lớn giới kinh doanh công nghệ Ngày nay, hệ điều hành thường có giao diện người dùng đồ hoạ( GUI) dùng thiết bị trỏ chuột bút trỏ cho đầu vào bổ sung tới bàn phím Các hệ thống cũ chúng( thực cũ) sử dụng dấu nhắc lệnh cho lệnh nhập vào qua bàn phím Cả hai mơ hình tập trung vào “vỏ” mà chấp nhận xử lý lệnh từ người dùng Người dùng hỏi để chọn nút hay gõ lệnh có dấu nhắc lệnh hình Cho đến nay, hệ điều hành phổ biến sử dụng Windows XP (nhưng Window vươn lên mạnh mẽ) Microsoft vừa phát hành dự án Windows – Windows Linux hệ điều hành phổ biến Unix Xem xét bùng nổ thị trường cơng nghệ, thực bất ngờ, có hệ điều hành tồn Đó thực khơng lời giải thích dễ dàng cho điều này, thực tế Nó logic với tất nhà sản xuất máy tính khác khỏi đó, có nhiều lựa chọn hệ điều hành có Nó chắn bất thường giới cơng nghệ máy tính Vì vậy, xác hệ điều hành làm gì? Kể từ chúng thực “bộ não” máy tính, chúng làm chút Hệ điều hành làm gì? Là người dùng, bạn thường tương tác với hệ điều hành thông qua lệnh Ví dụ, hệ điều hành DOS chứa lệnh COPY RENAME cho chép tập tin đổi tên tập tin tương ứng Các lệnh chấp nhận thi hành phần hệ điều hành gọi xử lý lệnh hay thơng dịch dịng lệnh GUI cho phép bạn nhập lệnh cách trỏ nhấp chuột vào đối tượng xuất hình Nhưng điều thực không giải theo cách khác mà hệ điều hành làm cho máy tính bạn làm việc dễ dàng hiệu Năng lực cụ thể chúng làm cho chúng giúp máy tính bạn hoạt động thiết bị thân thiện với người dùng Hãy quan sát cụ thể vào hệ điều hành làm Quản lý tiến trình Một chương trình chạy máy tính dù dịch vụ hay ứng dụng gọi tiến trình Miễn kiến trúc Von Neumann dùng để xây dựng máy tính, tiến trình CPU chạy thời điểm Các hệ điều hành cũ MS-DOS không cố gắng để vượt qua giới hạn với ngoại trừ xử lý ngắt tiến trình chạy chúng Các hệ điều hành máy tính lớn có khả đa nhiệm từ năm đầu 1960 Các hệ điều hành đại cho phép thực đồng thời nhiều tiến trình lúc thơng qua đa nhiệm với CPU Quản lý tiến trình cách phân phát hệ điều hành để chạy nhiều tiến trình lúc Vì hầu hết máy tính chứa xử lý với lõi, đa nhiệm làm cách đơn giản chuyển đổi nhanh chóng tiến trình Tuỳ thuộc vào hệ điều hành, nhiều tiến trình chạy, khoảng thời gian trở nên nhỏ chúng trì hỗn lâu trước tiến trình đưa thay đổi để chạy Quản lý tiến trình liên quan đến tính tốn phân phối thời gian CPU tài nguyên khác Hầu hết hệ điều hành cho phép tiến trình gán quyền ưu tiên ảnh hưởng phân phối thời gian CPU Các “hệ điều hành tương tác” sử dụng số mức độ phản hồi, tác vụ mà người dùng làm việc nhận ưu tiên cao Các tiến trình điều khiển ngắt chạy bình thường ưu tiên cao Trong nhiều hệ thống, có tiến trình System Idle Process( tiến trình nhàn rỗi hệ thống) Windows chạy khơng có tiến trình khác chờ CPU Nó khuynh hướng để nghĩ tiến trình ứng dụng, điều cho hình ảnh khơng đầy đủ cách tiến trình liên quan đến hệ điều hành phần cứng Ứng dụng bạn thấy( trình xử lý văn bản, bảng tính trị chơi) thực tiến trình, ứng dụng khiến vài tiến trình khác bắt đầu tác vụ giao tiếp với thiết bị khác hay với máy tính khác Cũng có nhiều tiến trình chạy mà không cho bạn chứng thuyết phục chúng tồn Ví dụ, Windows XP Unix có hàng chục tiến trình chạy để xử lý mạng, quản lý nhớ, quản lý ổ đĩa, kiểm tra virus… Một tiến trình, sau phần mềm, thực số hành động kiểm sốt người dùng ứng dụng khác hay hệ điều hành Nó tiến trình khơng phải ứng dụng, hệ điều hành kiểm soát lên lịch biểu cho việc thi thành CPU Trong hệ thống đơn nhiệm, lịch biểu đơn giản Hệ điều hành cho phép ứng dụng bắt đầu chạy, trì hỗn việc thi hành đủ dài để đối phó với ngắt đầu vào người dùng Ngắt tín hiệu đặc biệt gửi phần cứng phần mềm tới CPU Nếu số phận máy tính đột ngột dơ tay lên yêu cầu ý CPU họp sinh động (lâu lâu phải văn vẻ chút) Đôi hệ điều hành lên lịch biểu quyền ưu tiên tiến trình để ngắt che đậy – nghĩa hệ điều hành bỏ qua ngắt từ số nguồn cho cơng việc đặc biệt hồn thành nhanh Có số ngắt điều kiện lỗi hay vấn đề với nhớ mà quan trọng chúng bỏ qua Các non-markable interrupt(NMI)( ngắt không che đậy được) phải xử lý tác vụ khác chỗ Trong ngắt thêm số phức tạp vào việc thi hành tiến trình hệ thống đơn nhiệm, cơng việc hệ điều hành trở nên phức tạp nhiều hệ thống đa nhiệm Bây giờ, hệ điều hành phải đặt việc thi hành ứng dụng để bạn tin có vài thứ diễn lúc Điều phức tạp CPU làm thứ thời điểm, để ghi nhận việc xuất nhiều thứ xảy lúc, hệ điều hành phải chuyển đổi hàng ngàn tiến trình khác giây Đây cách diễn ra:  Một tiến trình chiếm lượng nhỏ RAM Nó làm sử dụng ghi, ngăn xếp hàng đợi bên CPU không gian nhớ hệ điều hành  Khi hai tiến trình đa nhiệm, hệ điều hành phân phối lượng định chu thi CPU tới chương trình  Sau chu kỳ đó, hệ điều hành tạo tất ghi, ngăn xếp hàng đợi dùng tiến trình thích điểm mà tiến trình tạm dừng việc thi hành  Sau nạp tất ghi, ngăn xếp hàng đợi dùng tiến trình thứ hai cho phép lượng định chu kỳ CPU  Khi hồn thành, tạo tất ghi, ngăn xếp hàng đợi dùng tiến trình thứ hai, nạp chương trình Tồn thơng tin cần để theo dõi tiến trình chuyển đổi giữ gói liệu gọi process control block(PCB)( khối điều khiển tiến trình) Khối điều khiển tiến trình điển hình chứa:  Một số ID nhận dạng tiến trình  Con trỏ tới vị trí chương trình liệu nơi xử lý cuối xảy  Nội dung ghi  Trạng thái cờ chuyển đổi khác  Danh sách tập tin mở tiến trình  Ưu tiên tiến trình  Tình trạng tất thiết bị I/O cần tiến trình Mỗi tiến trình có tình trạng liên quan với Nhiều tiến trình khơng tiêu tốn thời gian CPU chúng số xếp đầu vào Ví dụ, tiến trình chờ bấm phím từ người dùng Trong chờ bấm phím, khơng dùng thời gian CPU Trong chờ, “tạm hỗn” Khi tới nhấn phím, hệ điều hành thay đổi tình trạng Khi tình trạng tiến trình thay đổi, từ sẵn sàng đến hoạt động, từ tạm hỗn đến chạy, thơng tin khối điều khiển tiến trình phải dùng liệu chương trình để thực trực tiếp tác vụ( chuyển đổi hệ điều hành) Hốn đổi tiến trình diễn mà khơng có can thiệp từ trực tiếp người dùng tiến trình có đủ chu kỳ CPU để hồn thành tác vụ khoảng thời gian hợp lý Sự cố xảy người dùng cố gắng để có q nhiều tiến trình hoạt động lúc Bản thân hệ điều hành yêu cầu số chu kỳ CPU thực lưu hoán đổi ghi, ngăn xếp hàng đợi tiến trình ứng dụng Nếu đủ tiến trình bắt đầu hệ điều hành khơng thiết kế cẩn thận, hệ thống bắt đầu sử dùng phần lớn chu kỳ CPU có sẵn để hốn đổi tiến trình khơng phải chạy tiến trình Khi điều xảy ra, gọi “trận địn” thường yêu cầu số xếp từ can thiệp trực tiếp người dùng để dừng tiến trình mang trật tự trở lại hệ thống (cái giống chiến) Một cách mà người thiết kế hệ điều hành làm giảm nguy trận đòn cách giảm nhu cầu cho tiến trình để thực nhiều tác vụ Một số hệ điều hành cho phép “process lite”( tạm dịch là: tiến trình hàm lượng thấp) gọi luồng( hay tiểu trình) xử lý với tất cơng việc CPU-chun sâu tiến trình bình thường, thường thường không xử lý nhiều loại khác I/O không thiết lập cấu trúc yêu cầu khối điều khiển tiến trình mở rộng tiến trình bình thường Một tiến trình bắt đầu cho nhiều luồng tiến trình khác, luồng khơng thể bắt đầu tiến trình Cho đến nay, tất lịch biểu thảo luận liên quan tới CPU Trong hệ thống với hai hay nhiều CPU, hệ điều hành phải chia khối lượng công việc CPU, cố gắng cân đòi hỏi tiến trình yêu cầu với chu kỳ có sẵn CPU khác Các hệ điều hành bất đối xứng dùng CPU cho nhu cầu riêng chúng chia tiến trình ứng dụng CPU lại Các hệ điều hành đối xứng chia thân chúng cho CPU khác nhau, cân địi hỏi chống lại tính sẵn sàng CPU chí thân hệ điều hành tất thứ chạy Thậm chí hệ điều hành phần mền với nhu cầu thi hành, CPU tài nguyên lên lịch biểu Quản lý nhớ bước quan trọng việc đảm bảo tiến trình chạy trơn tru Quản lý nhớ 10 tâm hệ điều hành Các hệ điều hành đại tách theo mơ-đun phân hệ đồ hoạ từ phần lõi Một GUI hình ảnh bạn thấy hình giúp bạn điều hướng máy tính bạn Chúng bao gồm icon menu Nhiều hệ điều hành cho phép người dùng cài đặt hay tạo giao diện người dùng mà họ muốn GUI có xu hướng thay đổi tiến truyển theo thời gian Ví dụ, Windows có thay đổi giao diện người dùng hầu hết thời gian phiên Windows phát hành GUI MAC OS thay đổi đáng kể với giới thiệu MAC OS X năm 2001 Các driver Một driver loại hình cụ thể phần mềm máy tính phát truyển phép tương tác với thiết bị phần cứng Thông thường, điều tạo thành giao diện cho giao tiếp với thiết bị thông qua bus máy tính cụ thể phân hệ giao tiếp mà phần cứng kết nối tới Các driver cung cấp lệnh and/or nhận liệu từ thiết bị đầu bên kia, giao diện cần thiết cho hệ điều hành phần mền ứng dụng Bạn khơng thể có ổ CD-ROM, ví dụ, khơng có driver cho phần cụ thể thiết bị Bạn có driver cho máy in, máy qt chí chuột bạn Nó chương trình chu sâu phần cứng hệ điều hành cụ thể cho phép chương trình khác – thường hệ điều hành gói phần mềm ứng dụng hay chương trình máy tính chạy Nhân hệ điều hành Điều cho phép hệ thống tương tác minh bạch với thiết bị phần cứng thường cung cấp xử lý ngắt cần thiết cho giao diện phần cứng phụ thuộc thời gian Mục tiêu thiết kế then chốt driver trừu tượng Mọi mơ hình phần cứng khác Các mơ hình phát hành nhà sản xuất cung cấp đáng tin cậy hay hiệu tốt mơ hình thường kiểm sốt khác Máy tính hệ điều hành chúng không kỳ vọng biết cách để kiểm soát thiết bị lẫn tương lai Để giải vấn đề này, thực chất hệ điều hành lệnh cách loại thiết bị nên kiểm soát Chức driver sau dịch lời gọi hàm dự ủy thác hệ điều hành thành lời gọi thiết bị cụ thể Về lý thuyết, thiết bị kiểm soát theo cách thức nên chức cách xác driver thích hợp có sẵn Driver đảm bảo thiết bị xuất để hoạt động bình thường từ quan điểm hệ điều hành cho cá nhân Một số hệ điều hành với driver cài đặt sẵn loạt driver phổ biến để lựa chọn Khi bạn mua thiết bị phần cứng mới, ví dụ tay cầm chơi game, chúng thường với đĩa chứa driver mà bạn cài đặt Các driver khác hay driver cập nhật có sẵn trực tuyến trang wed nhà sản xuất Giao diện ứng dụng Cũng driver cung cấp cách cho ứng dụng để làm cho việc sử dụng phân hệ phần cứng mà không cần phải biết chi tiết thao tác phần cứng Giao diện chương 15 trình ứng dụng( API) cho phép người lập trình ứng dụng sử dụng chức máy tính hệ điều hành mà khơng cần phải trực tiếp giữ theo dõi tất chi tiết thao tác CPU Hãy nhìn vào ví dụ việc tạo tập tin đĩa cứng để chứa liệu, xem lý điều quan trọng Một lập trình viên viết ứng dụng để ghi liệu từ dụng cụ khoa học muốn cho phép nhà khoa học rõ tên tập tin tạo Hệ điều hành cung cấp hàm API có tên MakeFile cho việc tạo tập tin Khi viết chương trình, lập trình viên chèn thêm dịng nhìn này: MakeFile [1, %name, 2] Trong ví dụ này, câu lệnh lệnh cho hệ điều hành tạo tập tin mà cho phép truy cập ngẫu nhiên tới liệu nó( gán – tuỳ chọn khác cho tập tin nối tiếp), có tên gõ vào người dùng( %name) kích thước mà phụ thuộc khác vào cách nhiều liệu lưu trữ tập tin( gán – lựa chọn khác cho kích thước cố định, cho tập tin phát truyển liệu thêm không co lại liệu gỡ bỏ) Bây nhìn hệ điều hành làm để lệnh chuyển thành hành động Hệ điều hành gửi truy vấn tới ổ đĩa để có vị trí vị trí lưu trữ trống có sẵn Với thơng tin đó, hệ điều hành tạo mục ghi hệ thống tập tin hiển thị vị trí bắt đầu vị trí kết thúc tập tin, tên tập tin, loại tập tin, dù tập tin lưu trữ, người dùng có quyền xem sửa đổi tập tin, ngày – tạo tập tin Hệ điều hành ghi thông tin lúc bắt đầu tập tin nhằm nhận dạng tập tin, thiết lập kiểu truy cập bao gồm thông tin khác gắn tập tin vào ứng dụng Trong tất thông tin này, truy vấn đến ổ đĩa địa điểm đầu điểm cuối tập tin theo định dạng phụ thuộc nhiều vào nhà sản xuất mơ hình ổ đĩa Vì lập trình viên viết chương trình để sử dụng API cho lưu trữ đĩa, lập trình viên khơng cần phải theo kịp mã lệnh, kiểu liệu mã phản hồi cho ổ đĩa cứng ổ băng Hệ điều hành kết nối tới driver cho phân hệ phần cứng khác nhau, xử lý chi thiết thay đổi phần cứng, lập trình viên cần phải viết mã cho API tin tưởng hệ điều hành làm phần lại API trở thành lĩnh vực tranh cãi nóng bỏng ngành cơng nghiệp máy tính năm trở lại Các cơng ty nhận lập trình viên sử dụng API chúng cuối dịch điều thành khả kiểm soát thu lợi nhuận từ phận ngành cơng nghiệp Đây lý mà nhiều công ty sẵn sàng cung cấp ứng dụng trình đọc trình xem miễn phí đến cơng chúng Họ biết người tiêu dùng địi hỏi chương trình tận dụng lợi trình đọc miễn phí, công ty ứng dụng sẵn sàng trả tiền quyền phép phần mềm họ cung cấp chức đòi hỏi từ người tiêu dùng Như đề cập, có hệ điều hành sản phẩm khơng riêng máy tính Điện thoại di động, đầu ghi DVD máy chơi TiVo có hệ điều hành, nhiên, hệ điều hành không thực đáng ý đến người tiêu dùng họ khơng có kiểm sốt tới chúng 16 Định nghĩa tiến trình Bộ nhớ đệm Khi mua sắm cho máy tính, thường từ “bộ nhớ cache” đến gần Có hai loại lưu trữ nhớ đệm nói đến máy tính đại: L1 L2 Một số chí có nhớ đệm L3 Lưu trữ tạm vào nhớ đệm tiến trình quan trọng nói đến máy tính bạn Có nhớ đệm, nhớ đệm đĩa phần cứng phần mềm, nhớ đệm trang nhiều Bộ nhớ ảo chí hình thức lưu trữ tạm vào nhớ đệm Hãy nhìn lưu trữ tạm vào nhớ đệm quan trọng Lưu trữ tạm vào nhớ đệm công nghệ dựa phân hệ nhớ máy tính Mục đích nhớ đệm để tăng tốc máy tính bạn giữ giá máy tính thấp Lưu trữ tạm vào nhớ đệm cho phép bạn thực tác vụ máy tính bạn nhanh Để hiểu ý tưởng đằng sau hệ thống nhớ đệm, sử dụng phép tương đồng đơn giản cách dùng thủ thư để chứng minh tiến trình lưu trữ tạm vào nhớ đệm Nghĩ thử thư đằng sau bàn Anh cô bạn sách bạn hỏi Để giữ cho đơn giản, giả sử bạn khơng thể có sách bạn, bạn phải hỏi thủ thư sách mà bạn muốn đọc anh cô lấy cho bạn từ kệ sách kho Ví dụ thủ thư mà khơng có nhớ đệm Người đến hỏi sách Great Expectations Thủ thư đến kho lấy sách, quay lại đếm giao sách tới khới khách hàng Sau đó, người mượn quay lại để trả lại sách Thủ thư lấy sách trả kho trả lại đếm để chờ khách hàng Các khách hàng đến vào hỏi sách Great Expectations Thủ thư phải quay lại kho để lấy sách xử lý giống giao cho khách Vậy bản, thủ thư phải làm vịng lặp hồn chỉnh để tìm nạp sách – chí sách phổ biến yêu cầu thường xuyên Đó hệ thống hiệu cho thủ thư chúng ta, khơng? Tuy nhiên, có cách để cải thiện hệ thống Chúng ta thêm nhớ đệm thủ thư Để minh hoạ nhớ đệm, cho thủ thư ba lơ anh chị lưu trữ, chẳng hạn 10 sách Sẽ nghĩa thủ thư có nhớ đệm 10 sách Trong ba lô này, anh cô đặt sách khách hàng trả lại lên đến tối đa 10 Bây giờ, trở lại ghé thăm kịch với thủ thư nhớ đệm Vào đầu ngày, nhớ đệm thủ thư trống rỗng Người đến hỏi sách Great Expectations Vì thủ thư đến kho giao cho khách hàng Khi khách hàng trở 17 lại với sách, thay trở lại vào kho, thủ thư đặt sách vào ba lơ đảm bảo đầy đủ Người khác đến hỏi sách Great Expectations Trước vào kho, thủ thư kiểm tra để xem sách có sẵn ba lơ Trơng lạ chưa kìa, nó! Bây tất mà anh chị phải làm lấy sách từ ba lơ đưa cho khách Khơng có thêm lượng bị phí tổn thủ thư khách hàng không cần phải chờ chuyến vào kho Hãy giả sử khách hàng hỏi tiêu đề không nằm ba lô? Trong trường hợp này, thủ thư hiệu so với nhớ đệm anh chị phải dành thời gian để tìm sách ba lơ trước tiên Đó lý thách thức thiết kế nhớ đệm giảm thiểu tác động tìm kiếm nhớ đệm Phần cứng đại giảm thời gian trễ tới thực tế Thời gian cần cho thủ thư để tìm nhớ đệm nhiều so với phải chạy vào kho, thời gian lưu lại tự động với nhớ đệm Bộ nhớ đệm nhỏ( 10 sách) thời gian bỏ lỡ phần nhỏ thời gian cần để đến kho Từ ví dụ này, bạn xem vài kiện quan trọng lưu trữ tạm vào nhớ đệm: Công nghệ nhớ đệm việc sử dụng loại nhớ nhỏ nhanh để tăng tốc kiểu nhớ lớn chậm Khi sử dụng nhớ đệm, bạn phải kiểm tra nhớ đệm để xem mục Nếu có, gọi “bộ nhớ đệm hit” Nếu khơng, gọi “bộ nhớ đệm miss” máy tính phải chờ vòng lặp từ vùng nhớ nhanh chậm Một nhớ đệm có số kích thước tối đa nhỏ nhiều so với vùng nhớ lớn Nó có nhiều lớp nhớ đệm Với ví dụ thủ thư chúng ta, kiểu nhớ nhỏ nhanh ba lơ, cịn kho thể kiểu nhớ lớn chậm Đó nhớ đệm cấp Có thể có nhiều lớp khác nhớ đệm bao gồm kệ giữ 100 sách đằng sau quầy Thủ thư kiểm tra ba lơ kệ sau kho Đây nhớ đệm cấp Một máy tính cỗ máy đo thời gian gia tăng nhỏ Khi vi xử lý truy cập nhớ chính( RAM), thực điều khoảng 60 nano giây( 60 phần tỉ giây) Điều nhanh chậm nhiều so với vi xử lý điển hình Bộ vi xử lý có thời gian chu kỳ ngắn khoảng nano giây, để vi xử lý tới 60 nano giây vơ Điều sảy xây dựng ngân hàng nhớ đặc biệt bo mạch chủ, nhỏ nhanh( khoảng 30 nano giây)? Điều thực nhanh so với truy cập nhớ Đó gọi nhớ đệm cấp hay L2 Điều sảy xây dựng hệ thống nhớ chí nhỏ nhanh trực tiếp vào chip vi xử lý? Bằng cách đó, nhớ truy cập với tốc độ vi xử lý mà khơng phải tốc độ bus nhớ Đó nhớ đệm L1, mà vi 18 xử lý Pentium 223MHz nhanh 3,5 lần so với nhớ đệm L2 nhanh lần so với truy cập vào nhớ Một số vi xử lý có mức nhớ đệm xây dựng vào chip Trong trường hợp này, nhớ đệm bo mạch chủ - nhớ đệm tồn vi xử lý nhớ hệ thống - trở thành cấp hay nhớ đệm L3 Có nhiều phân hệ máy tính, bạn đặt nhớ đệm nhiều số chúng để cải thiện hiệu suất Đây ví dụ, có vi xử lý( thứ nhanh máy tính), sau có nhớ đệm L1 lưu trữ tạm vào nhớ đệm L2 nhớ đệm L2 lưu trữ tạm vào nhớ sử dụng( thường sử dụng) nhớ đệm chí cho ngoại vi chậm đĩa cứng CD-ROM Đĩa cứng sử dụng nhớ đệm chí mơi trường chậm – kết nối internet bạn Kết nối internet bạn liên kết chậm máy tính bạn Vì trình duyện bạn( Internet Explorer, Nescape,…) dùng đĩa cứng để lưu trữ trang HTML, đặt chúng vào thư mục đặc biệt đĩa bạn Lần bạn hỏi trang HTML, trình duyệt bạn hồn trả lưu trữ đĩa bạn Lần bạn yêu cầu truy cập tới trang này, trình duyệt bạn kiểm tra ngày tập tin internet ngày lưu trữ tạm nhớ đệm Nếu ngày giống nhau, trình duyệt bạn sử dụng trang đĩa cứng bạn thay tải từ internet Trong trường hợp này, hệ thống nhớ nhỏ nhanh đĩa cứng bạn hệ thống nhớ lớn chậm internet Bộ nhớ đệm xây dựng trực tiếp thiết bị ngoại vi Ổ đĩa cứng đại với nhớ nhanh, khoảng 512 KB, thêm tính phần cứng cho đĩa cứng Máy tính khơng trực tiếp sử dụng nhớ – cứng – điều khiển đĩa Đối với máy tính, chip nhớ thân đĩa, máy tính yêu cầu liệu từ đĩa cứng Bộ kiểm soát đĩa cứng kiểm tra nhớ trước để di chuyển phận khí đĩa cứng Điều chậm so với nhớ Nếu tìm thấy liệu mà máy tính yêu cầu nhớ đệm, trả liệu lưu nhớ đệm mà không thực truy cập liệu thân đĩa, tiết kiệm nhiều thời gian Đây thử nghiệm bạn thử Máy tính bạn lưu trữ tạm ổ đĩa mềm bạn với nhớ chính, bạn thực nhìn xảy Truy cập tập tin lớn từ đĩa mềm bạn - ví dụ, mở tập tin văn 300 KB trình soạn thảo văn Lần đầu, bạn nhìn thấy đèn đĩa mềm bạn bật bạn chờ Ổ đĩa mền vơ chậm, 20 giây để nạp tập tin Bây giờ, đóng trình soạn thảo mở tập tin lần Lần thứ hai( không chờ 30 phút hay làm nhiều truy cập ổ đĩa hai lần thử) bạn không nhìn thấy đèn bật bạn khơng phải chờ Hệ điều hành kiểm tra nhớ đệm cho đĩa mềm tìm thấy tìm Vì thay chờ 20 giây, liệu tìm thấy phân hệ nhớ nhanh nhiều so với lần bạn thử Hệ điều hành truy cập tới đĩa mềm 120 mili giây, hệ điều hành truy cập tới nhớ khoảng 60 nano giây – điều 19 nhanh nhiều Bạn chạy thử nghiệm tương tự đĩa cứng bạn rõ ràng ổ đĩa mềm bạn q chậm Để cho bạn tranh tổng thể toàn vấn đề này, danh sách hệ thống lưu trữ tạm vào nhớ đệm thông thường:  Bộ nhớ đệm L1 – nhớ truy cập hoàn toàn tốc độ vi xử lý( 10 nano giây, kích thước từ tới 16 KB)  Bộ nhớ đệm L2 – nhớ truy cập loại SRAM( 20 đến 30 nano giây, kích thước từ 128 tới 512 KB)  Bộ nhớ – nhớ truy cập loại RAM( khoảng 60 nano giây, kích thước từ 32 tới 128 MB)  Đĩa cứng – khí, chậm( khoảng 12 mili giây, kích thước từ GB đến 10 GB)  Internet – chậm( giây ngày, kích thước khơng giới hạn) Như bạn thấy, nhớ đệm L1 lưu trữ tạm vào nhớ đệm L2 nhớ đệm L2 lưu trữ tạm vào nhớ chính, nhớ sử dụng để lưu trữ tạm vào phân hệ đĩa, vân vân Một câu hỏi phổ biến vào thời điểm “ Tại không làm cho tất nhớ máy tính chạy tốc độ nhớ đệm L1, khơng lưu trữ tạm vào nhớ đệm yêu cầu? Sẽ làm cự kỳ đắt tiền Ý tưởng đằng sau lưu trữ tạm vào nhớ đệm để sử dụng số lượng nhỏ nhớ đắt tiền để tăng tốc độ lượng lớn nhớ chậm hơn, tốn Trong thiết kế máy tính, mục đích phép vi xử lý chạy tốc độ cao tốn tốt Một chip 500 MHz qua 500 triệu chu kỳ giây( chu kỳ hai nano giây) Khơng có nhớ đệm L1 L2, truy cập tới nhớ 60 nano giây khoảng 30 chu kỳ truy cập nhớ bị lãng phí Khi bạn nghĩ đến chuyện đó, loại khơng thể tin tương đương vậy, lượng nhỏ xíu nhớ tối ưu việc dùng lượng bộ nhớ lớn Nghĩ nhớ đệm L2 – 256 KB lưu trữ tạm 64 MB RAM Trong trường hợp này, 256000 B lưu trữ tạm hiệu 64000000 B Why does that work? Trong khoa học máy tính, có khái niệm lý thuyết gọi vùng tham chiếu Nó nghĩa chương trình lớn, phần nhỏ sử dụng thời điểm Nó lạ, vùng tham chiếu làm việc cho phần lớn chương trình Thậm chí thực thi kích thước 10 MB số byte từ chương trình sử dụng thời điểm tỉ lệ lặp lại cao Bộ nhớ ảo Bợ nhớ ảo phận chung hầu hết hệ điều hành máy tính để bàn Nó trở nên phổ biến cung cấp lợi ích lớn cho người dùng với chi phí thấp 20 Hầu hết máy tính ngày có 32 hay 64 MB RAM có cho CPU để sử dụng Thật khơng may, lượng RAM khơng đủ để chạy tất chương trình mà hầu hết người dùng kỳ vọng chạy chúng lúc Ví dụ, bạn nạp hệ điều hành, chương trình thư điện tử, trình duyệt wed trình xử lý văn vào RAM cùn lúc, 32 MB không đủ để chứa tất Nếu gọi nhớ ảo, sau đó, bạn lấp đầy RAM có, máy tính bạn thông báo “Xin lỗi, bạn nạp ứng dụng Xin vui lịng đóng ứng dụng để nạp ứng dụng mới.” Với nhớ ảo, máy tính làm nhìn vào RAM cho khu vực khơng sử dụng gần chép chúng tới đĩa cứng Điều giải phóng khơng gian RAM để nạp ứng dụng Vì việc chép diễn tự động, chí bạn khơng biết xảy làm máy tính bạn cảm thấy có khơng gian RAM vơ hạn có 32 MB cài đặt Vì khơng gian đĩa cứng rẻ nhiều so với chip RAM, có lợi ích kinh tế tốt đẹp Tốc độ đọc/ghi ổ cứng chậm nhiều so với RAM công nghệ ổ cứng không trọng đến truy cập mẩu liệu nhỏ thời điểm Nếu hệ thống bạn phải dựa nhiều vào nhớ ảo, bạn nhận thấy giảm hiệu suất đáng kể Điều quan trọng để có đủ RAM để xử lý tất thứ bạn có xu hướng làm việc cách đồng thời – sau đó, thời gian bạn cảm thấy chậm chạp nhớ ảo có tạm dừng nhẹ bạn chuyển đổi tác vụ Khi trường hợp mà nhớ ảo hoản hảo Khi khơng hồn hảo, hệ điều hành phải liên tục hốn đổi thơng tin tới lui RAM đĩa cứng Điều gọi trận địn làm cho máy tính bạn cảm thấy chậm kinh khủng Vùng đĩa cứng lưu trữ ảnh RAM gọi tập tin trang Nó giữ trang RAM đĩa cứng hệ điều hành di chuyển liệu qua lại tập tin trang RAM Trên máy Windows, tập tin trang có phần mở rộng “.SWP” Windows 98 ví dụ hệ điều hành điển hình có nhớ ảo Windows 98 có trình quản lý nhớ ảo thơng minh sử dụng thiết lập mặc định để giúp Windows cấp phát không gian ổ cứng cho nhớ ảo cần thiết Trong hầu hết tình huống, điều nên đáp ứng nhu cẩu bạn bạn muốn cấu hình tay nhớ ảo, bạn có nhiều ổ cứng vật lý hay ứng dụng quan trọng tốc độ Tài nguyên hệ thống Nhiều người lẫn lộn việc chạy hết nhớ họ nhận thông báo tài nguyên hệ thống hết nhớ Trong nhiều trường hợp, thông báo “hết nhớ” lầm lẫn, từ toàn hệ thống bạn thực không chạy hết nhớ Điều thực có nghĩa hệ thống biết máy tính bạn chạy chậm nhớ Windows trì vùng nhớ cho tài nguyên hệ điều hành Kích thước tối đa vùng nhớ 128 K hai vùng nhớ 64 K Windows dùng vùng nhớ để lưu trữ phông chữ, ảnh bitmap( ảnh nhị phân), danh sách trình đơn thả xuống thơng tin hình khác dùng ứng dụng 21 Khi chương trình bắt đầu chạy, dùng hết số khơng gian vùng tài nguyên hệ thống nhớ Nhưng bạn thốt, số chương trình khơng trả lại tài nguyên hệ thống chúng tạm thời sử dụng Cuối hệ thống sập chạy hết nhớ Sập đôi xảy bạn mở đóng nhiều chương trình, chí việc tương tự mà không cần khởi động lại định kỳ Đây Microsoft gọi lỗ hổng tài nguyên hay lỗ hổng nhớ Khi bạn cho hệ thống bạn để chương trình, lẽ chương trình phải trả lại tài nguyên sử dụng Tuy nhiên, chương trình viết người lầm lẫn xảy Chương trình khơng trả lại tồn tài ngun cho hệ điều hành Việc thất bại trả lại lỗ hổng nhớ, cuối dẫn tới thông báo máy tính bạn thiếu tài nguyên Các lỗ hổng nhớ gây chương trình tự động nạp bạn khởi động hệ thống bạn Vấn đề tài nguyên hệ thống bạn phải sống với ứng dụng cư xử khơng đứng đắn tìm thấy Nếu bạn chắn chương trình gây vấn đề, chắn để liên hệ với nhà cung cấp phần mềm Sự bảo trì phịng ngừa tốt động lại hệ thống bạn định kỳ RAM Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên( RAM) dạng tiếng nhớ máy tính RAM coi “ truy cập ngẫu nhiên” bạn truy cập trực tiếp ô nhớ bạn biết hàng cột giao Đối lập với RAM nhớ truy cập nối tiếp( SAM) SAM lưu trữ liệu loạt ô nhớ truy cập tuần tự( giống băng cassette) Nếu liệu vị trí tại, nhớ kiểm tra liệu cần thiết tìm thấy SAM hoạt động tốt cho vùng nhớ đệm – nơi liệu thường lưu trữ theo thứ tự mà sử dụng( ví dụ tốt nhớ đệm hoạ tiết card hình) Dữ liệu RAM, mặt khác truy cập theo thứ tự Tương tự vi xử lý, chip nhớ mạch tích hợp( IC) làm hàng triệu Transistor tụ điện Trong dạng phổ biến nhớ máy tính, nhớ truy cập ngẫu nhiên động( DRAM), Transistor tụ điện ghép nối để tạo ô nhớ biểu diễn cho bit liệu Tụ điện giữ thông tin bit Transistor hoạt động công tắc mạch điều khiển chip nhớ đọc tụ điện thay đổi trạng thái Một tụ điện giống vùng chứa nhỏ lưu trữ điện tử Để lưu trữ bit ô nhớ, vùng chứa làm đầy với điện tử Để lưu trữ bit 0, làm trống Vấn đề với vùng chứa tụ điện có lỗ hổng Trong vấn đề vài mili giây, vùng chứa đầy trở thành trống rỗng Vì thế, để nhớ động làm việc, CPU trình kiểm soát nhớ phải nạp điện lại toàn tụ điện giữ bit trước chúng phóng điện Để làm điều đó, trình 22 kiểm soát nhớ đọc nhớ sau ghi lại Thao tác làm tươi tự động xảy hàng ngàn lần giây Thao tác làm tươi nơi DRAM có tên DRAM phải làm tươi động lúc qn giữ Nhược điểm tất việc làm tươi thời gian làm chậm nhớ Các ô nhớ khắc lên vi mạch bán dẫn mảng cột( tuyến bit) hàng( tuyến word) Tương giao tuyến bit tuyến word cấu tạo nên địa ô nhớ DRAM làm việc cách gửi dịng nạp thơng qua cột thích hợp để kích hoạt bóng bán dẫn bit cột Khi ghi, tuyến hàng chứa trạng thái tụ điện nên bật Khi đọc, khuếch đại cảm biến xác định mức nạp điện tụ điện Nếu 50%, đọc bit 1; khơng đọc bit Bộ đếm giám sát trình tự làm tươi dựa hàng truy cập theo thứ tự Khoảng thời gian cần thiết để làm tất điều ngắn biểu diễn nano giây( hàng tỉ giây) Tần suất chip nhớ 70ns nghĩa cần 70 nano giây để hồn thành đọc nạp điện lại ô nhớ Các ô nhớ đơn độc vô giá trị mà khơng có số cách để có thơng tin ngồi chúng Vì nhớ có sở hạ tầng hỗ trợ tồn mạch chuyên dụng khác Những mạch thực chức như:  Nhận dạng hàng cột( địa hàng cột chọn)  Giám sát trình tự làm tươi( đếm)  Đọc khơi phục lại tín hiệu từ ơ( khuếch đại cảm biến) Báo cho có nên nhận dịng điện nạp hay không( ghi cho phép)  Các chức khác trình kiểm sốt nhớ bao gồm loạt tác vụ bao gồm nhận dạng, tốc độ số lượng nhớ với kiểm tra lỗi SRAM sử dụng cơng nghệ hồn tồn khác Trong SRAM, flip-flop giữ bit nhớ Một flip-flop cho nhớ có bóng bán dẫn với số hệ thống dây dẫn làm tươi Điều làm cho SRAM nhanh đáng kể so với DRAM Tuy nhiên, có nhiều linh kiện hơn, nhớ tĩnh lấy nhiều không gian chip so với nhớ động Vì thế, bạn có nhớ chip làm cho SRAM đắt nhiều SRAM nhanh đắt, DRAM rẻ chậm SRAM dùng để tạo nhớ đệm nhảy cảm CPU DRAM hình thành khơng gian RAM hệ thống lớn Các chip nhớ máy tính để bàn ban đầu sử dụng cấu hình pin gọi Dual Inline Package( DIP) ( vỏ vi mạch cố hai hàng chân cắm) Cấu hình chân cắm hàn vào lỗ bo mạch chủ máy tính cắm vào khe cắm hàn bo mạch chủ Phương pháp làm việc tốt máy tính thường vận hành vài MB 23 RAM, nhu cầu nhớ tăng lên, số lượng chip cần không gian bo mạch chủ gia tăng Giải pháp để đặt chip nhớ với tất thành phần hỗ trỡ bo mạch in riêng biệt( PCB) sau cắm vào đầu nối đặc biệt( ngân hàng nhớ) bo mạch chủ Hầu hết chip dùng cấu hình pin small outline J-lead( SOJ), vài nhà sản xuất dùng cấu hình thin small outline package (TSOP) giải pháp tốt Sự khác biệt loại pin cấu hình DIP chip SOJ TSOP gắn lên bề mặt PCB Nói cách khác, chân cắm hàn trực tiếp lên bề mặt bo mạch, không chèn vào lỗ khe cắm Các chip nhớ thường có sẵn phận card gọi mơ-đun Bạn nhìn thấy nhớ liệt kê 8x32 hay 4x16 Những số biểu diễn cho số lượng chip nhân khả chíp riêng lẻ, đo Mb hay triệu bit Lấy kết chia cho để có số MB mơ-đun Ví dụ, 4x32 nghĩa mơ-đun có chip 32 Mb Nhân với 32 bạn 128 Mb Từ biết byte có bit, cần phải chia kết cho Và kết cuối 16 MB Ơng trời nói bạn khơng đủ tiền Tương tựcũng với RAM, bạn làm nhiều công việc đồ hoạ chuyên sâu hay chơi trò chơi Bên cạnh thân CPU, RAM yếu tố quan trọng hiệu suất máy tính Nếu bạn khơng có đủ tiền, thêm RAM tạo khác biệt lắp CPU Nếu hệ thống bạn phản hồi chậm truy cập ổ cứng thường xun sau bạn cần thêm nhiều RAM Nếu bạn chạy Windows XP, Microsoft khuyến cáo yêu cầu RAM tối thiểu 128 MB Với 64 MB bạn gặp vấn đề ứng dụng thường xuyên Đơí với hiệu tối ưu với ứng dụng để bàn chuẩn 256 MB khuyến khích Nếu bạn chạy Windows 95/98, bạn cần tối thiểu 32MB máy tính bạn làm việc tốt nhiều với 64 MB Windows NT/2000 cần 64MB lấy thứ mà bạn ném vào nó, nên có lẽ bạn cần 128 MB Linux làm việc vui vẻ hệ thống với MB RAM, bạn dự định thêm XWindows làm nhiều công việc quan trọng, nhiên, có lẽ bạn muốn 64 MB Hệ thống MAC OS X cần có tối thiểu 128 MB cho hiệu tối ưu với 256 MB Lượng RAM liệt kê cho hệ thống ước lượng cho sử dụng bình thường – truy cập internet, xử lý văn bản, ứng dụng gia đình/văn phịng tiêu chuẩn đèn giải trí Nếu bạn làm thiết kế máy tính, mơ phỏng/hình động 3D hay xử lý liệu lớn bạn game thủ đáng gờm, sau có lẽ bạn cần RAM nhiều Bạn cần nhiều RAM máy tính bạn máy chủ trang Wed, sở liệu, ứng dụng, FTP mạng Một câu hỏi khác bạn muốn VRAM cho card hình bạn Hầu hết card bạn mua có 16MB RAM Đây bình thường, đủ để vận hành mơi trường văn phịng điển hình Có lẽ bạn nên đầu tư 32 MB card đồ hoạ tốt bạn muốn làm điều sau đây: 24  Chơi trò chơi thực  Quay chỉnh sửa video  Tạo đồ hoạ D  Làm việc môi trường đầy màu sắc, độ phân giải cao Khi mua card hình, nhớ hình máy tính bạn phải có khả hỗ trợ card mà bạn mua Bộ nhớ máy tính Bạn biết máy tính trước mặt bạn có nhớ Những bạn hầu hết mục điện tử bạn sử dụng ngày có số dạng nhớ, vài ví dụ nhiều mục sử dụng nhớ:  Điện thoại di động  PDA(personal digital assistant) (máy trợ lý cá nhân dùng kỹ thuật số)  Trò chơi cầm tay  Đài radio xe  VCR(video-cassette recorder ) ( máy ghi hình video)  TV Mỗi thiết bị sử dụng loại nhớ khác theo cách khác Mặc dầu mặt kỹ thuật, nhớ dạng lưu trữ điện tử, sử dụng thường xuyên để nhận dạng nhanh chóng hình thức lưu trữ tạm thời Nếu CPU máy bạn phải liên tục truy cập ổ cứng để lấy mẩu liệu mà cần hoạt động chậm Khi thơng tin lưu nhớ, CPU truy cập nhanh rẩ nhiều Hầu hết dạng nhớ nhằm lưu trữ liệu tạm thời CPU truy cập nhớ theo hệ thống cấp bậc rõ ràng Cho dù liệu lưu ổ cứng hay nhập từ bàn phím hầu hết liệu vào RAM trước tiên CPU sau lưu trữ mẩu liệu mà cần truy cập, thường nhớ đệm trì lệnh đặc biệt ghi Tất thành phần máy tính bạn, CPU, ổ cứng hệ điều hành, làm việc với đội nhớ phận thiết yếu đội Từ lúc bạn bật máy tính bạn lúc bạn tắt nó, CPU bạn liên tục sử dụng nhớ, xem xét kịch điển hình: Bạn bật máy tính Máy tính nạp liệu từ ROM thực power-on self-test (POST)( tự kiểm tra nguồn) để chắn tồn thành phần hoạt động tốt Như phần kiểm tra này, trình kiểm sốt nhớ kiểm tra tồn địa nhớ với thao tác đọc/ghi nhanh chóng để đảm bảo khơng có lỗi chip nhớ Đọc/ghi nghĩa liệu ghi vào bit sau đọc từ bit 25 Máy tính nạp Basic Input/Output system( BIOS) ( hệ thống nhập/xuất bản) từ ROM ROM cung cấp thông tin thiết bị lưu trữ, trình tự khởi động, bảo mật, Plug Play( ghi nhận thiết bị tự động) số mục khác Máy tính nạp hệ điều hành từ ổ cứng vào RAM hệ thống Nói chung, phần quan trọng hệ điều hành trì nhớ RAM miễn máy tính bật Điều cho phép CPU truy cập hệ điều hành để nâng cao hiệu suất tính tổng thể hệ thống Khi bạn mở ứng dụng, nạp vào RAM Để tiết kiệm sử dụng RAM, nhiều ứng dụng nạp phần thiết yếu chương trình ban đầu sau nạp mẩu khác cần Sau ứng dụng nạp vào, tập tin mở để dùng cho ứng dụng nạp vào RAM Khi bạn lưu tập tin đóng ứng dụng, tập tin ghi vào thiết bị lưu trữ xác định sau ứng dụng xố hẳn khỏi RAM Trong danh sách trên, có nạp mở, đặt vào RAM Điều đơn giản có nghĩa đặt vùng lưu trữ tạm thời máy tính cho CPU truy cập thơng tin dễ dàng CPU yêu cầu liệu cần từ RAM, xử lý ghi liệu trở lại RAM chu kỳ liên tục Trong hầu hết máy tính, Xáo trộn liệu CPU RAM diễn hàng triệu lần giây Khi ứng dụng đóng, tập tin kèm thường xoá hẳn khỏi RAM để dành chỗ cho liệu Nếu tập tin thay đổi không lưu vào thiết bị lưu trữ thường trực trước bị xố hẳn chúng Nhanh, CPU mạnh mẽ cần nhanh chóng dễ dàng truy cập tới lượng lớn liệu theo thứ tự để tối ưu hoá hiệu chúng Nếu CPU khơng thể có liệu mà cần dừng chờ liệu Các CPU đại chạy tốc độ khoảng 1GHz xử lý lượng lớn liệu – hàng tỉ byte giây Vấn đề mà người thiết kế máy tính đối mặt nhớ theo kịp CPU GHz tốn – tốn nhiều so với thứ có với số lượng lớn Những người thiết kế máy tính giải vấn đề chi phí nhớ “xếp thành bật” – sử dụng nhớ đắt tiền với số lượng nhỏ sau trả lại với lượng lớn nhớ rẻ Các dạng rẻ nhớ đọc/ghi sử dụng rộng rãi đĩa cứng Đĩa cứng cung cấp lượng lớn lưu trữ thường trực rẻ Bạn mua không gian đĩa cứng tiền cho MB, chút thời gian tốt( gần giây) để đọc MB đĩa cứng Vì khơng gian lưu trữ đĩa cứng vơ rẻ dư thừa, hình thành giai đoạn cuối hệ thống phân cấp nhớ CPU, gọi nhớ ảo 26 Mức phân cấp RAM Kích thước bit CPU cho bạn biết có byte thơng tin mà truy cập từ RAM lúc Ví dụ, CPU 16 bit truy cập byte lúc( byte = bit nên byte = 16 bit) CPU 64 bit truy cập byte lúc MHz đơn vị đo tốc độ xử lý CPU chu kỳ CLOCK, hàng triệu giây Vì Pentium III 32 bit – 800 MHz có khả xử lý đồng thời byte, 800 triệu lần giây( nhiều dựa kỹ thuật ống dẫn) Mục tiêu hệ thống nhớ để đáp ứng yêu cầu Một RAM hệ thống máy tính khơng đủ nhanh để phù hợp với tốc độ CPU Đó lý bạn cần nhớ đệm( thảo luận sau) Tuy nhiên, RAM nhanh tốt Hầu hết chip ngày thao tác với tốc độ chu kỳ 50 đến 70 nano giây Tốc độ đọc/ghi thường chức loại RAM sử dụng DRAM, SDRAM, RAMBUS Tốc độ RAM hệ thống kiểm soát độ rộng bus tốc độ bus Độ rộng bus đề cập đến số lượng bit gửi đồng thời tới CPU, tốc độ bus đề cập tới số lần nhóm bit gửi giây, chu kỳ bus xảy liệu truyền từ nhớ tới CPU Ví dụ, bus 32 bit - 100 MHz lý thuyết có khả gửi byte( 32 bit chia byte) liệu tới CPU 100 triệu lần giây, bus 16 bit – 66 MHz gửi byte liệu 66 triệu lần giây Nếu bạn làm toán, bạn thấy đơn giản thay đổi độ rộng bus từ 16 sang 32 bit tốc độ từ 66 sang 100 MHz ví dụ cho phép nhiều gấp lần liệu( 400 triệu byte so với 132 triệu byte) qua tới CPU giây Trong thực tế, RAM không thường hoạt động tốc độ tối ưu Độ trễ thay đổi phương trình hồn tồn Độ trễ đề cập tới số lượng chu kỳ CLOCK cần để đọc bit thơng tin Ví dụ, RAM có tốc độ 100 MHz có khả gửi bit 0,00000001 giây cần 0.00000005 giây để bắt đầu tiến trình đọc cho bit Để bù đắp cho độ trễ, CPU sử dụng kỹ thuật đặc biệt gọi chế độ truyền đợt Chế độ truyền đợt phụ thuộc vào kỳ vọng liệu yêu cầu CPU lưu trữ nhớ Trình kiểm sốt nhớ dự đoán dù CPU làm việc tiếp tục đến từ loạt địa nhớ giống nhau, đọc vài bit liệu liên tục với Điều có nghĩa có bit bị chi phối toàn ảnh hưởng độ trễ; đọc bit liên tiếp cần thời gian đáng kể Tốc độ chế độ truyền đợt nhớ thường thể số cách dấu gạch ngang Số cho bạn biết số lượng chu kỳ CLOCK cần thiết để bắt đầu thao tác đọc; số thứ 2, thứ 3, thứ cho bạn biết có chu kỳ cần để đọc bit liên tiếp hàng, cong gọi tuyến word Ví dụ, 5-1-1-1 cho bạn biết phải chu kỳ để đọc bit chu kỳ cho bit lại Rõ ràng, số nhỏ tốt cho hiệu suất nhớ Chế độ truyền đợi thường sử dụng kết hợp với kỹ thuật ống dẫn, phương tiện khác để giảm thiểu ảnh hưởng độ trễ Kỹ thuật ống dẫn tổ chức phục hồi liệu 27 vào xếp tiến trình dây chuyền lắp ráp Trình kiểm sốt nhớ đọc đồng thời hay nhiều word từ nhớ, gửi word word tới CPU ghi hay nhiều word tới ô nhớ Được dùng chung với nhau, chế độ truyền đợt kỹ thuật ống dẫn làm giảm đáng kể lag gây độ trễ Vì vậy, bạn khơng mua nhớ nhanh nhất, rộng mà bạn mua? Tốc độ độ rộng bus nhớ nên trùng khớp với bus hệ thống Bạn dùng nhớ thiết kế để làm việc 100 MHz hệ thống 66 MHz, chạy tốc độ 66 MHz khơng có ưu việt nhớ 32 bit khơng phù hợp bus 16 bit Ngay với bus rộng nhanh, thời gian lâu cho liệu gửi từ card nhớ tới CPU so với thời gian để CPU thực xử lý liệu Đó nơi lưu trữ tạm vào 28 Kết luận Hệ điều hành máy tính khối cấu trúc dành cho người dùng máy tính Nó não cho phép máy tính hoạt động quan trọng Như thấy, có nhiều loại hệ điều hành lựa chọn chúng định cá nhân Mỗi hệ điều hành có ưu nhược điểm riêng Những bạn cần nhìn vào đặc điểm sau chọn loại phù hợp với bạn Bạn mắc kẹt với Windows bạn khơng muốn có Bây lựa chọn bạn Khi bạn hiểu biết hệ điều hành, cung cấp cho bạn thơng tin để chọn lựa hệ điều hành tốt bạn Trong thuật ngữ phức tạp, hy vọng bạn hiểu hệ thống thực xây dựng với người dùng trong tâm trí thành phần quan trọng người thiết hệ điều hành Lần sau, bạn đăng nhập vào máy tính bạn, nhớ đằng sau nhiều điều mà bạn khơng thể nhìn thấy Hãy tưởng tượng việc sử dụng máy tính mà khơng có điều Đó thực điều kỳ diệu để sống kỷ nguyên máy tính Hệ điều hành bạn làm cho dễ dàng thú vị Khơng có bí mật lớn cho hệ điều hành, bây giờ, hy vọng bạn biết nhiều bạn làm trước – hệ điều hành khơng cịn bí ẩn! 29 ... Ngày nay, hầu hết hệ điều hành chứa giao diện người dùng đồ hoạ( GUI) Một vài hệ điều hành cũ tích hợp chặt chẽ GUI tới phần lõi – thành phần trung 14 tâm hệ điều hành Các hệ điều hành đại tách theo... thi hành tiến trình hệ thống đơn nhiệm, công việc hệ điều hành trở nên phức tạp nhiều hệ thống đa nhiệm Bây giờ, hệ điều hành phải đặt việc thi hành ứng dụng để bạn tin có vài thứ diễn lúc Điều. .. bỏ) Bây nhìn hệ điều hành làm để lệnh chuyển thành hành động Hệ điều hành gửi truy vấn tới ổ đĩa để có vị trí vị trí lưu trữ trống có sẵn Với thơng tin đó, hệ điều hành tạo mục ghi hệ thống tập