Számítógép architektúrák I. gyakorlat

Az előadások a következő témára: "Számítógép architektúrák I. gyakorlat"— Előadás másolata:

1 Számítógép architektúrák I. gyakorlat
Nagyváradi Anett Rókus 320.

2 Operációs rendszer ismertetés, hálózati ismeretek

3 Operációs rendszer ISO definíciója:
International Organization for Standardization Nemzetközi Szabványügyi Szerveze ISO definíciója: „Olyan programrendszer, amely a számítógépes rendszerben a programok végrehajtását vezérli: így például ütemezi a programok végrehajtását, elosztja az erőforrásokat, biztosítja a felhasználó és a számítógépes rendszer közötti kommunikációt.”

4 Operációs rendszer Program – közvetítő a felhasználó és a gép között
Célja: Egységes környezet biztosítása a felhasználó felé Szg. hardverjének hatékony kihasználása Számítási erőforrások: CPU Memória I/O egységek

5 Operációs rendszer részei
Kernel (mag) Közvetlenül a gépet vezérlő program Állandóan fut HW védelem – felhasználó nem fér hozzá Rendszerprogramok Szg tevékenységeit irányítja Felügyeli az összes erőforrást Biztosítja az alkalmazói progra- mok futásának környezetét Alkalmazói programok Felhasználói alkalmazások

6 Neumann elv Neumann János 1946. számítógépek ideális működése
Gép 5 alapvető funkcionális egységből áll: Bemeneti egység Memória Aritmetikai egység Vezérlőegység Kimeneti egység A gép működését a tárolt program elvére kell alapozni A gép a program utasításait az adatokkal együtt a központi memóriában, bináris ábrázolásban tárolja, műveleteit ezek sorrendjében hajtja végre

7 Neumann-elvek 1. soros utasítás végrehajtás (az utasítások végrehajtása időben egymás után történik. Ellentéte a párhuzamos utasítás végrehajtás, amikor több utasítás egyidejűleg is végrehajtható) 2. kettes (bináris) számrendszer használata 3. belső memória (operatív tár) használata a program és az adatok tárolására 4. teljesen elektronikus működés 5. széles körű felhasználhatóság, alkalmasság bármilyen adatfeldolgozási feladatra (a számítógép univerzális Turing-gépként működik) 6. központi vezérlőegység alkalmazása

8 BIOS – Basic Input Output System
Számítógép „idegrendszere” EEPROM memóriába égetett programok PC problémamentes működéséhez Feladatai: Hardverek ellenőrzése (POST – Power-On Self Test) Hardverek vezérlőinek betöltése Rendszerkonfiguráció Az adott operációs rendszer betöltése BIOS interfész biztosítása az operációs rendszer számára Áramfelvétel szabályozása

9 BIOS beállítások - setup
DEL / ESC billentyűkkel rendszerindításkor Dátum Merevlemez adatok Floppy, billentyűzet, kijelző Boot sorrend Memória Órajel frekvencia Stb.

10 Bootolás folyamata PC bekapcsolása Videokártya betöltése BIOS, POST
Tényleges rendszerindítás Lemezmeghajtó kiválasztása Kiválasztott lemez első szekrotának – boot sector - beolvasása

11 Bootolás folyamata Boot sector
Merevlemez esetén: MBR - master boot record 1 merevlemez több partíciót is tartalmazhat saját boot sectorral A boot sector kis programot tartalmaz, melynek feladata az aktuális operációs rendszer beolvasása, elindítása

12 Bootolás folyamata folyt.
Ha merevlemezről bootolunk: Az MBR beli kód megvizsgálja a partíciós táblát, hogy azonosítsa az aktív partíciót Beolvassa annak boot sectorát Elindítja az ottani kódot Ez a kód beolvassa a kernelt és elindítja Az op.rsz. a háttértárolóról betölti részeit – rendszerfájlok

13 Merevlemez címzése A merevlemez címzése
Cilinder/Fej/Szektor Mely cilinder / melyik fejjel írva,olvasva / a sáv hányadik szektorában Számozás: C 0-tól / F 0-tól / S 1-től A lemezek ilyen C/F/S egységben megadott méretét a lemez geometriájának nevezzük Pl.: MBR címe 0/0/1

14 Bootolási infromáció Merevlemezen két helyen tárolható :
MBR Boot sector A fő boot sector – MBR - 0/0/1 címen 512 byte-os szektor Gépi kódú betöltőprogramot és 4 x 16 byte-os táblázatot tartalmaz – partíciós tábla

15 Partíciós tábla 4 x 16 byte A 16 byte bejegyzései:
F [1 byte] boot flag (bootolható-e a partíció) B [3 byte] partíció első szektora C/F/S T [1 byte] partíció típuskódja (op.rsz. kódja) E [3 byte] partíció utosló szektora C/F/S R [4 byte] partíció első szektora a partíciós tábla címéhez képest, szektorban S [4 byte] partíció mérete szektorban

16 Partícionálás A merevlemezek részekre - partíciókra szabdalásának folyamata A partíció a merevlemez egy önálló logikai egysége, amely fájlrendszer tárolására alkalmas Primary/elsődleges partíció Azon partíciók, melyeket az MBR partíciós táblája ír le A partíciós tábla méretei miatt 4 partíciónak biztosít helyet Közülük egy lehet extended partíció Extended/kiterjesztett partíció Segítségével 4-nél több partíció hozható létre

17 Extended/ kiterjesztett partíció
Erre helyezhetők el a logikai/secondary partíciók A logikai partíciókat a másodlagos partíciós táblák írják le

18 Partícionálás Partícionáláskor meg kell adni az aktív (boot) partíciót - hogy a rendszer bootolásra képes legyen Partícionáló programok Fdisk Cfdisk PartitionMagic QtParted GParted GNU Parted Ghost

19 Fájlrendszerek Olyan struktúrák, amelyek a számítógép merevlemezeken tárolt adatainak rendszere-zésére szolgálnak A lemez kezelése diszkrét részekben történik – cluster (klaszter) Egy klaszter a lemez fizikai szektorának egész számú töbszöröséből állhat Klaszter – legkisebb kezelhető lemezegység A különböző fájlrendszerek különböző méretű indexeket használnak a klaszterek kiválasztásához

20 Fájlrendszerek FAT12 (File Allocation Table) Floppy FAT16 Általános
NTFS (New Technology File System) HPFS Ext2, Ext3 CDFS Floppy Általános Win9x WinNT OS/2 Linux CD

21 FAT12, FAT16, FAt32 12, 16, 32 bites indexeket használ a klaszterek kiválasztásához - helypazarlás Fájlkiosztási tábla (FAT), amely a kötet legfelső szintjén elhelyezkedő adattáblázat Lemezek fürtökre vannak felosztva, amelyek mérete a kötet méretének függvénye Fájlrendszer adatai egyetlen szektorban Vele létrehozható max. logikai lemez 2GB/ 4GB Gyökérkönyvtár max bejegyzés száma 512 Nincs hibatűrés FAT-partíciót képező fájlokhoz jogosultságokat nem lehet beállítani Adminisztrációs célokra kevés helyet foglal

22 NTFS Fő irányvonal: Helyreállíthatóság - rögzíti a fájlrendszerben végrehajtott tranzakciókat - naplófájl Súlyos szektorhibák eltávolíthatósága - nem használ speciális objektumokat a lemezen, a tárolt összes objektumot nyomon követi és védi A gyorsjavítás támogatása Felhasználók saját maguk által definiált attribútumokat rendelhetnek a fájlokhoz Egyedi hozzáférési jogok Hosszú fájlnevek támogatása Nagyobb partíciók kezelése – 64 bites index – 256 TB Kis és nagybetűérzékeny

23 Hálózati tudnivalók Több egymáshoz kapcsolt számítógépből áll, amelyek között lehetőség van információcserére és erőforrásmegosztásra Hálózatba kapcsolt gépek hostok Hálózattípusok: LAN - helyi hálózat (átviteli sebessége nagy, több megabit/sec) WAN - nagytávolságú hálózatokat (9600 bit/sec) Az internet (vagy internetwork) több ilyen egymással összekapcsolt LAN-ból illetve WAN-ból áll

24 Hálózati kommunikáció
A számítógépek közötti kommunikáció szigorú szabályok – protokollok - szerint zajlik Rétegek – a kommunikációs rendszer egymástól jól elkülöníthető, független részei, melyek szabványos interfésszel kapcsolódnak egymáshoz ISO OSI (International Standard Organisation, Open System Interconnect )

25 ISO OSI rétegei Az OSI modell hét réteget határoz meg
az alsó három réteg jellemzően a számítógép hardverével kapcsolatos, a felsőbb négy réteg megvalósítása szoftver feladat

26 Adatátvitel Ha egy küldő folyamat a vevő folyamatnak adatokat akar küldeni : az adatokat az alatta lévő rétegnek átadja, amely az adatok elé un. fejrészt (headert) illeszt az így kapott egységet továbbadja a következő rétegnek folyamat egészen addig ismétlődik, amíg az adatok el nem jutnak a fizikai rétegig, ahol aztán valóban továbbítódnak a vevő géphez vevő oldali gépen, ahogy az üzenet az egyre magasabb rétegekhez kerül, az egyes rétegekben a különböző fejrészek leválasztódnak róla végül megérkezik az üzenet a vevő folyamathoz

27 TCP/IP A mai egyik legnagyobb hálózat a DARPA Internet (70,80-as évek)
A DARPA Internetbe kapcsolt gépek egy TCP/IP protokollcsalád segítségével kommunikálnak egymással Transmission Control Protocol/ Internet Protocol

28 TCP/IP a fizikai és az adatkapcsolati szintet egy Ethernet hálózati csatlakozó biztosítja minden egyes Ethernet csatlakozó-nak van egy egyedi címe (fizikai cím, hardvercím, MAC-rétegbeli cím) A címet 12 darab hexadecimális számjegy formájában szokták megadni. Az első hat hexadecimális számjegy kiosztását az IEEE felügyeli, ezek a gyártót vagy az eladót azonosítják. Az egyes Ethernet csatlakozó csak azokat az csomagokat veszi le a kábelről, amelynek ő a címzettje (vagy az üzenet egy ún. broadcast üzenet volt, amit mindenkinek meg kell kapnia) egy host akár több Ethernet csatlakozóval is rendelkezhet, amelyek más-más LAN-okon vannak ekkor ez a host képes lesz routing-feladatokat ellátni

29 IP - Internet Protocol TCP/IP hálózati szintű protokollja
ez végzi az csomagoknak a forráshosttól célhostig irányítását Feladat: Hálózat képes legyen meghatározott mennyiségű bájtot egyszerre átvinni – csomag Képes legyen egy eszköz fizikai címét leképezni logikai - IP - címre Az IP állapotmentes protokoll, nem garantálja a csomagok megérkezését, sem a sorrendet

30 TCP – Transmission Control Protocol
Gondoskodik a csomagok sorrendbe állításáról és Az esetlegesen elvesző csomagok újraküldéséről A TCP egy garantált csatornát biztosít

31 IP cím Minden egyes Ethernet csatlakozónak van egy ún. Internet címe (IP-címe) 4 db egymástól ponttal elválasztott 1 byteos szám decimálisan megadva Ez a cím teljesen független az Ethernet címektől A hálózatokat is azonosítják IP címmel Egy IP szegmenst a network címe azonosít Host IP címe áll: network cím + host cím A netmask adja meg, hogy a 4 byteból mennyi jelöli a hálózatot és mennyi a hostot A címnek azon bitjei, amiken a netmask bitjei 1-et tartalmaznak, a network címet határozzák meg,a maradék a hostot jelöli

32 IP cím példa IP cím: NM: a hálózati cím a nek az utolsó byte-ja a host cím :1 ebben az IP szegmensben 256 különböző cím szerepelhet ig Ebből két címet fenntart magának a protokoll: a ez a network cím, a ez pedig a broadcast cím

33 Network cím az alhálózat azonosítására szolgál
az alhálózatban lévő host címek helyén a nulla szerepel pl.:

34 Broadcast cím ezzel címezhető az összes helyi gép
mindig az adott hálózaton megcímezhető legnagyobb cím körüzenetet küldhetünk ide, melyet az összes állomás venni fog pl.:

35 Címosztályok A osztályú cím B osztályú címek C osztályú címek
az címeket foglalja magába és netmaszkja tehát egy IP szegmensben 2^24 (=16 millió) hostot képes megcímezni. B osztályú címek terjednek, és netmaskjuk (2^16 = host). C osztályú címek címtartományban vannak, és netmaskjuk A fennmaradó címtartomány foglalt későbbi fejlesztésekre

36 DNS Domain Name System/Server
A host-ok IP címekkel címzik egymást Ezen nevek nehezen megjegyezhetőek Ezért a host-okat általában "közönséges" nevekkel illetik Az alkalmazás feladata, hogy megtalálja az ehhez a névhez tartozó IP címet Ezt a folyamatot (host)névfeloldásnak nevezzük Szerverek, melyeken nyilvántartják az egyes IP címhez tartozó számítógép neveket, biztosítják az oda-vissza konverziót

37 DNS domainek A DNS a hostneveket domain-nek hierarchiájába szervezi
Egy domain olyan helyek gyűjteménye, amelyek valamilyen értelemben kapcsolatban vannak Pl.: a magyar gépek nagy része a .hu domainbe vannak gyűjtve pl.: Szolgáltatás név. intézmény/szolgáltató neve .ország/intézmény azonosító www. pte. hu

38 Névfeloldás Pl.: www.ttk.pte.hu
Kérés a root felé, hogy adja vissza a .hu nevekért felelős szerver címét .hu neveket feloldó szervertől kérik a .pte.hu nevekért felelős szerver nevét .pte.hu feloldásáért felelős szerve visszaadja a ttk.pte.hu címért felelős name server címét Az utolsó name server elvégzi a név feloldását

39 Címkiosztás Statikus IP kiostás Dinamikus IP kiosztás
DHCP : Dynamic Host Configuration Protocol Szg-ek beállítására szolgáló protokol Kliensek legfontosabb hálózati beállításainak vezérlésére szolgál a szerver segítségével TCP/IP hálózatokon a csomópontok hálózati önkonfigurációját lehetővé tevő protokoll

40 DHCP működése A kliens hálózati beállításait egy központi szerveren tárolja el Innét bekapcsolásukat követően letölthetik azokat és ezek alapján működhet tovább Lehetővé teszi: a hálózatra kapcsolódó gépek a rendelkezésre álló címtartományból dinamikusan allokáljanak maguknak címeket Így biztosítják az optimális címkihasználást, az ütközések elkerülése mellett Előnye: A rendszergazdáknak nem kell egyesével beállítani a gépeket Megkönnyíti az IP címekkel kapcsolatos adminisztrációt

41 Kommunikáció a hálózaton
Az Internet lokális hálózatokból épül fel, amelyeket routerek kapcsolnak össze 1. Lokális hálózaton: Koax/optikai kábellel vagy hub-okkal, vagy switch-ekkel összekapcsolt koaxra vagy UTP kábelre kapcsolódó számítógépek Szegmens / alhálózat 2. Globális hálózat A router (gateway, útválasztó) egy kitüntetett számítógép a szegmensen, amely egyszerre több lokális hálózathoz is kapcsolódik

42 Lokális hálózati kommunikáció
Ha valamelyik gép adni szeretne, akkor megvizsgálja, hogy szabad-e a kábel Ha igen, akkor használni kezdi Előfordulhat, hogy többen egyszerre kezdik használni a kábelt, ilyenkor ütközésnek lépnek fel Ezt az interface-ek (hálózati kártyák) felismerik Beszüntetik a forgalmazást Véletlen ideig várnak Újra próbálkoznak

43 Globális hálózati kommunikáció
Ha egy számítógép egy másik szegmensben lévő géppel akar kommunikálni Ekkor nem közvetlenül a címzettel kezdeményez kapcsolatot, hanem az alapértelmezett útválasztóval Elküldi az adat csomagot, azzal az utasítással, hogy juttassa el az XY IP címre Ha a címzett egyik a routerhez kapcsolódó szegmenshez sem tartozik, akkor a router is egy másik routerrel veszi fel a kapcsolatot, és annak küldi tovább a csomagot

44 Hálózati topológiák Busz, csillag, gyűrű