Многие операционные системы успешно работают на различных аппаратных платформах без существенных изменений в своем составе. Во многом это объясняется тем, что, несмотря на различие в деталях, средства аппаратной поддержки ОС большинства компьютеров приобрели сегодня много типовых черт.
В результате в операционной системе можно выделить достаточно компактный слой машинно–зависимых компонентов ядра и сделать остальные слои ОС общими для разных аппаратных платформ.
Практически все современные аппаратные платформы имеют некоторый типичный набор средств аппаратной поддержки ОС, в который входят следующие компоненты:
1) средства поддержки привилегированного режима;
2) средства трансляции адресов;
3) средства переключения процессов;
4) система прерываний;
5) системный таймер;
6) средства защиты областей памяти.
1. Средства поддержки привилегированного режима обычно основаны на системном регистре процессора, часто называемом «словом состояния» машины или процессора. Этот регистр содержит некоторые признаки, определяющие режимы работы CPU, в том числе и признак текущего режима привилегий. Смена режима привилегий выполняется за счет применения слова состояния машины в результате прерывания или выполнения привилегированной команды.
2. Средства трансляции адресов выполняют операции преобразования виртуальных адресов, которые содержатся в кодах процесса, в адреса физической памяти.
3. Средства переключения процессов предназначены для быстрого сохранения контекста приостанавливаемого процесса и восстановления контекста процесса, который становится активным. Содержимое контекста обычно включает содержимое всех регистров общего назначения процессора, регистра флагов операций (т.е. флагов нули, переноса, переполнения и т.п.). Переключение контекста выполняется по определенным командам процессора, например, по команде перехода на новую задачу.
4. Система прерываний позволяет компьютеру реагировать на внешние события, синхронизировать работу устройств ввода – вывода и выполнение процессов, быстрого переходить с одной программы на другую.
Механизм прерываний необходим для того, чтобы оповестить процессор о возникновении в вычислительной системе некоторого непредсказуемого события или события, не синхронизировано с циклом работы процессора.
Например, завершение ввода – вывода внешним устройством, некорректное завершение арифметической операции, истечение интервала времени. При возникновении условий прерывания его источник (котроллер внешнего устройства, таймер, арифметический блок процессора и др.) выставляет определенный электрический сигнал. Этот сигнал прерывает выполнение процессором последовательности команд, задаваемой исполняемым кодом. И вызывает автоматический переход на заранее определенную процедуру, называемую процедурой обработки прерываний.
5. Системный таймер необходим операционной системе для выдержки интервалов времени. Для этого в регистр таймера программно загружается значение требуемого интервала, у которого затем автоматически с определенной частотой начинает вычитаться по единице. При достижении нулевого значения счетчика таймер инициирует прерывание, которое обрабатывается процедурой операционной системы.
Прерывания от системного таймера используются операционной системой в первую очередь для снижения за тем, как отдельные процессы расходуют время процессора.
6. Средства защиты областей памяти обеспечивают на аппаратном уровне проверку возможностей программного кода осуществлять с данными определенной области памяти такие операции, как чтение, запись или выполнение.
