Betriebssysteme - Grundlagen
Inhaltsverzeichnis
Computer-Generationen
1. Generation (ab ca. 1950): Rechner mit Elektronenröhren werden im internen Maschinencode programmiert. Als Speichermedium werden werden magnetische Trommelspeicher eingesetzt.
2. Generation (ab ca. 1955): Für die Schaltglieder werden Transistoren und Dioden verwendet, für den Arbeitsspeicher Ferritkerne und als Massenspeicher Magnetbänder. Die Bedienung wird durch die Einführung des Stapelbetriebs rationalisiert. Programmiert wird meist in Assemblersprache; später entstehen die ersten höheren Sprachen, z. B. Fortran, Cobol.
3. Generation (ab ca. 1965): Einsatz integrierter Schaltkreise. Als externe Speicher mit Direktzugriff dienen Wechselplatten. Die Computer erhalten Betriebssysteme für Multiprogramming und Time-Sharing.
4. Generation (ab ca. 1970): Der Mikroprozessor wird eingeführt und RAM-Arbeitsspeicher auf Halbleiterbasis werden eingesetzt. Als Massenspeicher verwendet man Disketten, Festplatten und später CDs. Es entstehen Personalcomputer und Rechennetze. Komplexe Programmierumgebungen erleichtern die Erstellung von Programmen.
Definition Betriebssystem
Das Betriebssystem ist das grundlegende Computerprogramm. Es steuert die Hardware, koordiniert die Ressourcenzugriffe der Anwendungen und stellt dem Benutzer Steuerungsmöglichkeiten zur Verfügung. Aufgabe des Betriebssystems sind:
- Prozessmanagement
- Speichermanagement
- Steuerung und Abstraktion der Hardware
- Ein- und Ausgabesteuerung
- Dateiverwaltung
- Bereitstellen der Benutzeroberfläche (Konsole, GUI)
Hardware-Grundlagen
Prozessor
Ein Prozessor (CPU - Central Processing Unit) besteht aus folgenden Einheiten:
- Register: Hier werden Daten für die Verarbeitung abgelegt.
- Adresseinheit: zuständig für den Datenaustausch mit dem Speicher. Sie liest und schreibt die notwendigen Daten und Befehle.
- Befehlsdecoder: verarbeitet Befehle
- Recheneinheit (Arithmetic Logical Unit): In ihr werden Berechnungen auf binärer Basis vorgenommen.
Zahlensysteme
Datei:Umrechnung zahlensysteme.jpg
- Vereinfachte Umrechnung von Dezimalzahlen auf Hexadezimalzahlen:
Von-Neumann-Rechner
Komponenten eines von-Neumann-Rechners Im einfachsten Fall hat ein von-Neumann-Rechner einen Zentralprozessor (CPU, Central Processing Unit). Dieser enthält ein Steuerwerk, ein Rechenwerk (ALU, Arithmetic Logic Unit) und Register. Der Zentralprozessor kommuniziert über einen Bus mit einer Eingabeeinheit, dem Arbeitsspeicher (Speicherwerk) sowie der Ausgabeeinheit.
Von-Neumann-Zyklus:
1. FETCH: Der nächste Befehl wird in das Befehlsregister geschrieben.
2. DECODE: Der Befehlszähler wird um 1 erhöht und der Maschinenbefehl wird in einen Microbefehl übersetzt.
3. FETCH OPERANDS: Die zu verarbeitenden Werte werden aus dem Arbeitsspeicher geholt.
4. EXECUTE: Das Rechenwerk führt die Operation aus.
5. WRITE BACK: Das Ergebnis wird in ein Datenregister und den Cache geschrieben.
Virtualisierung
Bücher
Betriebssysteme: Grundlagen, Konzepte, Systemprogrammierung
Links
Tanenbaum: Moderne Betriebssysteme
Fernuni Hagen Aufgaben eines Betriebssystems
Fernuni Hagen Prozesse und Dateisysteme
Notizen
Negative Binärzahlen
Beispielhafte Umwandlung der negativen Dezimalzahl −4 in die Zweierkomplementdarstellung unter Verwendung von 8 binären Stellen:
- Vorzeichen ignorieren und ins Binärsystem umrechnen: 4(10) = 00000100(2)
- Invertieren: Not[00000100] = 11111011
- Eins addieren: 11111011 + 00000001 = 11111100
- 11111100(2) = −4(10)
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