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1081 BS und Rechnernetze > KE1: Geräte und Prozesse > Flashcards

KE1: Geräte und Prozesse Flashcards

1
Q

Welche Schichten hat ein Computersystem?

A

Anwendungsprogramme, Betriebssystem und Hardware

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2
Q

Welche beiden Schnittstellen stellt das Betriebssystem zur Verfügung?

A

Programmierschnittstelle für die Kommunikation der Programme mit dem Betriebssystem, Benutzerschnittstelle für die Kommunikation der Benutzer mit dem BS in Form von Systemprogrammen

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3
Q

Wie heißen die Maschinenbefehle, mit denen das Betriebssystem mit der Hardware kommuniziert?

A

Instruction set architecture (ISA)

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4
Q

Aus welchen Teilen besteht ein von-Neumann-Rechner?

A

Prozessor, Hauptspeicher und Ein-/Ausgabegeräte

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5
Q

Was ist die Hauptaufgabe eines Prozessors?

A

Die eigentliche Berechnung, Rechenwerk wird auch als ALU (arithmetic-logcal unit) bezeichnet

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6
Q

Wie wird der Hauptspeicher auch bezeichnet? Wieso?

A

Random-Access-Memory (RAM), wegen des wahlfreien Zugriffs

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7
Q

Was für Informationen enthält der Hauptspeicher in der von Neumann Architektur?

A

Daten und Programme in Binärform

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8
Q

Welche Register hat die CPU?

A
  • Der Befehlszähler (Program Counter, PC) enthält die Adresse derjenigen Speicherzelle, in der der als nächstes auszuführende Befehl steht.
  • Das Befehlsregister (Instruction Register IR) speichert den aktuellen Befehl, der gerade verarbeitet bzw.ausgeführt wird.
  • Das Speicheradressregister (Memory Address Register MAR) enthält die Adresse derjenigen Speicherzelle, die als nächstes gelesen oder beschrieben werden soll.
  • Das Programmstatuswortregister enthält verschiedene Bits, die zeigen, ob das gerade ausgeführte Programm privilegierte Befehle benutzen darf oder ob die CPU eine Unterbrechung bearbeiten will.
    -Der Akkumulator ist eines von vielen Datenregistern und speichert ein Zwischenergebnis einer Berechnung.
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9
Q

Aus welchen beiden Phasen besteht der Instruktionszyklus?

A

Holphase (Fetch Stage): Speicheradressregister wird mit dem Wert des Befehlszählers belegt und die Adresse an den Adressbus weitergegeben. Der Inhalt der Speicherzelle mit dieser Adresse wird in das Befehlsregister geladen. Zum Abschluss wird in dieser Phase der Befehlszähler um Eins erhöht.

Ausführungsphase: Geladener Befehl wird ausgeführt, weitere Daten und Adressen von Speicherzellen können geholt werden

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10
Q

Was ist ein Cache?

A

Kleiner, schneller Zwischenspeicher, in den häufige genutzte Daten zum schnelleren Aufrufen gespeichert werden

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11
Q

Welche beiden Aufgaben ergeben sich durch Caches für das Betriebssystem?

A

Cache-Management: Platz ist begrenzt, welche Daten sollen überschrieben werden?

Cache-Konsistenz: Daten im Cache und Hauptspeicher müssen Konsistent sein

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12
Q

Der Hauptspeicher ist “flüchtig”. Was bedeutet dies?

A

Daten im Speicher gehen beim Neustart verloren?

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13
Q

Was sind Sekundärspeicher?

A

Speicher für die dauerhafte Speicherung von Daten

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14
Q

Welche Strategien für Suchaufträge bei Plattenlaufwerken gibt es?

A

FCFS: First come first serve, SSTF: shortest seek time first, SCAN: Kopf bewegt sich abwechselnd von innen nach außen und außen nach innen und führt die Aufträge aus, deren Spuren überquert werden

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15
Q

Wie kann die Suchzeit von Plattenlaufwerken verringert werden?

A

Zusammengehörende Informationen sollten benachbart gespeichert werden
Günstige Bearbeitungsreihenfolge von Aufträgen

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16
Q

Was machen parity bits?

A

Beim Schreiben und Lesen werden Summen berechnet und eingetragen. Ergeben sich Abweichung, so ist ein Fehler aufgetreten.

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17
Q

Was ist ein RAM-Disk?

A

Fest reservierter Teil des Hauptspeichers, der von Anwendungsprogrammen und Anwendern wie eine Festplatte genutzt werden kann

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18
Q

Was sind Flashspeicher?

A

EEPROM: Electrically erasable programmable read only memory

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19
Q

Wie werden Flashspeicher auch bezeichnet?

A

Solid State Disk (SSD)

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20
Q

Was ist der Vorteil von Flashspeichern?

A

Inhalt kann neu beschrieben werden

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21
Q

Wie heißen die Datenblöcke bei Flashspeichern?

A

Erase Blocks, Größe zwischen 128 kByte und 256 kByte

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22
Q

Wie ist die NOR-Variante von Flashspeichern aufgebaut?

A

Daten-Bits, die einzeln gelesen und beschrieben werden können

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23
Q

Woraus besteht die NAND-Variante von Flashspeichern?

A

Aus Seiten, die neben Datenbits auch einen Out-Of-Band Berech für die Fehlerbehandlung und Kennzeichnung von Seitenbeschädigung enthält

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24
Q

Was muss geschehen, damit bei Flashspeichern eine Seite neu beschrieben werden kann?

A

Seite muss komplett gelöscht werden: Alle Bits eines Blockes müssen auf 1 gesetzt werden.

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25
Q

Warum sind Platten- und Flashspeicher für die Langzeitarchivierung nicht geeignet?

A

Wahlfreier Zugriff sehr teuer, meist im gleichen Gehäuse wie Prozessor und Hauptspeicher und nur begrenzte Anzahl an Löschungen

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26
Q

Was sind Tertiärspeicher?

A

Speicher für Langzeitarchivierung: Preiswert und leicht vom Rechner zu entfernen

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27
Q

Was ist die Aufgabe von Gerätecontrollern?

A

Zentrale Berechnung durch CPU zu aufwendig

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28
Q

Warum benötigt man Gerätetreiber?

A

Gerätesteuerung durch das Betriebssystem: Betriebssystem kommuniziert mit Gerätecontroller

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29
Q

Welche Register besitzt ein Controller? Wofür sind sie verantwortlich?

A

Datenausgangsregister (data-out): Treiber schreibt Daten, die für Controller bestimmt sind
Dateneingangsregister (data-in): Controller schreibt Daten, die für Treiber bestimmt sind
Statusregister (status): Treiber kann Zustand des Geräts abfragen, z.B. ob Gerät noch beschäftigt ist
Kontrollregister (control): Treiber hinterlegt Befehle an Controller, z.B. Lesebefehl

30
Q

Wie kommunizieren CPU und Controller?

A

Jedes Register eines Controllers hat eine Portnummer als Adresse, mit der die CPU es ansprechen kann. CPU hat spezielle Ein-/Ausgabebefehle wie
IN REG, Port: Liest das Register des Controllers mit der Nummer Port und speichert Inhalt ins CPU-Register REG
OUT PORT, REG: Schreibt den Inhalt von CPU-Register REG in das Controllsregister mit Nummer Port

31
Q

Wie funktioniert memory-mapped I/O?

A

Register des Controllers werden als Teil des Hauptspeichers adressiert: Gerätetreiber auf CPU kann viel schnellere Prozessorbefehle nutzen

32
Q

Was ist ein virtuelles Gerät?

A

Konzeptuelle Einheit aus Gerät, Gerätetreiber und Controller

33
Q

Was besagt das Prinzip der Abstraktion?

A

Sich auf das Wesentliche zu konzentrieren und von technischen Details abzusehen: Auf höherer ebene müssen Details nicht bekannt sein

34
Q

Was besagt das Prinzip der Kapselung?

A

Auf höherer Ebene darf man Details nicht kennen (Geheimnisprinzip)

35
Q

Was sind die Vorteile der Kapselung der Geräte?

A

Programmierer muss Details und technische Besonderheiten nicht kennen

Ohne Kapselung muss bei neuer Hardware BS und bei Anwenderprogrammen komplette Software erneuert werden

36
Q

Was besagt das Prinzip der Schichtung?

A

Virtuelles Gerät hat mehrere Schichten: Obere Schicht kommuniziert mit Auftraggeber, tiefere Schichten bearbeiten

37
Q

Was ist der Vorteil des Schichtmodells?

A

Die Implementierung einer einzelnen Schicht ist einfach, weil nur Schnittstellen zur oberen/unteren Schicht realisiert werden müssen und die Schicht nur eine abgegrenzte Teilaufgabe lösen muss

38
Q

Was ist der Trade-Off beim Schichtmodell?

A

Je dünner die Schichten, desto weniger komplex und fehleranfällig sind die Schichten, desto höher ist jedoch der Verwaltungsaufwand

39
Q

Auf welche Arten kann eine CPU interrupted werden?

A
  1. CPU fragt regelmäßig Statusregisters ab (“polling”)
  2. Controller interrupted CPU sofort
  3. Interrupt Controller: CPU-nahe Komponente, die Interrupt-Wünsche der Geräte-Controller vermittelt
40
Q

Welche sechs Schritte durchläuft die CPU bei einem Interrupt?

A
  1. Prüft im Instruktionszyklus, ob Unterbrechung anliegt
  2. Aktueller Registersatz wird im Stack gespeichert
  3. CPU schaltet in Systemmodus und ruft Unterbrechungsroutine auf
  4. Routine stellt Unterbrechungsnummer auf, diese wird in den Befehlszähler geladen
  5. Instruktionen der Unterbrechung bearbeiten Unterbrechung
  6. Registersatz wird wiederhergestellt (Return-from-Interrupt)
41
Q

Wie kann mit Unterbrechungswünschen während einer Unterbrechung umgegangen werden?

A

1.: Ignorieren: Interrupt wird im Prozessor disabled
2.: Priorisieren: Interrupts kriegen Prioritäten

42
Q

Sind Software oder Hardware Interrupts reproduzierbar?

A

Nur Software-Interrupts

43
Q

Welche Arten von Softwareinterrupts gibt es?

A

Exceptions: Programm möchte verbotenes ausführen
System call: Programm will Dienste des Betriebssystem in Anspruch nehmen

44
Q

Welche Möglichkeiten gibt es, um Daten aus dem Pufferspeicher in die CPU zu schicken?

A
  1. Unterbrechungssteuert: Controller schreibt Wort in Dateneingangsregister und löst Unterbrechung aus
  2. Direct Memory Access (DMA): Spezieller DMA-Controller übertragt Daten in den Hauptspeicher, ohne CPU zu bemühen
45
Q

Wie läuft eine Übertragung über DMA ab?

A

Gerätetreiber teilt dem Gerätecontroller die Nummer des Blocks mit und dem DMA-Controller den Hauptspeicherbereich.

Gerätecontroller sendet Anforderungssignal an DMA-Controller, dieser schreibt Hauptspeicheradresse auf Adressbus und fordert Gerätecontroller auf, die Übertragung durchzuführen. DMA-Controller zählt die Adresse für das nächste Wort hoch. Nach Datenübertragung wird CPU-Interrupt ausgelöst.

46
Q

Wie können bestimmte Teile des Hauptspeichers geschützt werden?

A

Unterscheidung nach Systemmodus und Benutzermodus: Alle Programme laufen im Benutzermodus, nur privilegierte im Systemmodus. Betriebssystem verwaltet privilegierten Systemmodus.

47
Q

Beim Return-from-Interrupt stellt die CPU den Registersatz vor der Unterbrechung wieder her. Was gehört dazu?

A
48
Q

Beim Return-from-Interrupt wird der Modus gesetzt auf …

A
49
Q

Wie wird ein zusammenhängender Adressraum in der CPU festgelegt?

A

Zwei spezielle Register: Basisregister mit der niedrigsten Adresse des Adressraums, Grenzregister mit der Länge des Adressraums.

50
Q

Warum darf ein Anwendungsprozess nicht auf den Unterbrechungsvektor zugreifen?

A
51
Q

Muss der Befehl, mit dem der Unterbrechungseingang der CPU außer Betrieb gesetzt (maskiert) wird, privilegiert sein?

A
52
Q

Woraus besteht ein Prozess?

A

Aus Programm und Prozesskontext (Registerinhalten, Adressraumgrenzen, Prozessnummer, Priorität, Modus und Zustand)

53
Q

Wo werden die Angaben zu Prozessen gespeichert?

A

Im Prozesskontrollblock (PCB) im Speicherbereich des Betriebssystems

54
Q

Welche Prozesszustände gibt es?

A

Erzeugt, Bereit, Blockiert, Rechnend, Beendet

55
Q

Wer legt den PCB an?

A

Das Betriebssystem legt den PCB an und teilt beispielsweise auch einen Speicherbereich zu

56
Q

Wer entscheidet, welcher Prozess die CPU zugeteilt bekommt?

A

Der CPU-Scheduler

57
Q

Wie gibt ein Prozess die CPU wieder ab?

A

Bei einem nicht-präemptiven System gibt ein Prozess die CPU freiwillig ab. Man bezeichnet so ein System auch als kooperatives System.
Bei einem präemptiven System wird einem Prozess die CPU entzogen. Die meisten modernen Systeme sind präemptive Systeme.

58
Q

Welche zwei Scheduling-Strategien gibt es für nicht-präemptive Systeme?

A

FCFS (Wer zuerst kommt, darf zuerst rechnen)
SJF (Shortest job first: Schnellster Prozess zuerst)

59
Q

Wie wird es genannt, wenn Prozesse keine CPU-Laufzeit bekommen?

A

Verhungern (Starvation)

60
Q

Für was ist SJF besonders gut geeignet?

A

Stapel/Batch-Betrieb, bei dem der Rechner gleich einen ganzen Schub von Aufträgen (jobs) erhält, die keine Interaktion mit dem Benutzer erfordern und regelmäßig auszuführen sind, so dass man ihre Laufzeiten in etwa kennt.

61
Q

Welche drei Scheduling-Strategien gibt es für präemptive Systeme?

A
  1. Round Robin: Jeder Prozess kriegt eine gleiche Zeitscheibe, Prozesse werden rundherum bedient
  2. Round-Robin mit Priorität
  3. Dynamisches Round Robin: Bei Interaktive Prozesse mit kurzes Ein-/Ausgaben kriegen diese hohe Priorität
62
Q

Muss der Zugriff auf das Register des Zeitgebers beim Round Robin privilegiert sein?

A
63
Q

Welche vier Kategorien von Systemaufrufen gibt es?

A

Prozesse, Dateien, Information und Kommunikation

64
Q

Was ist eine Datei?

A

Sammlung zusammengehöriger Informationen, abstrakte Datentypen

65
Q

Was ist die Aufgabe eines Dateisystems?

A

Logisch-Abstrakte Sicht auf die physische Organisation einer Datei in Blöcke abbilden

66
Q

Wie können Prozesse kommunizieren?

A

Versand von Nachrichten oder gemeinsamer Speicherbereich

67
Q

Welche Arten vom Versand von Nachrichten gibt es?

A

Verbindungslos und Verbindungsorientiert

68
Q

Was ist der Unterschied zwischen Systemprogrammen und Systemaufrufen?

A

Systemprogramme sind auf einer höheren Abstraktionsebene angesiedelt

69
Q

Was sind Parallelrechner?

A

Rechner mit mehreren CPUs

70
Q

Was ist der Vorteil von Parallelrechnern?

A

Höhere Effizienz, kostensparende Unterbringung, Redundanz (1. Technische Störung und 2. Falsche Berechnung)

71
Q

Was ist ein Verteiltes System?

A

Jeder Prozessor hat einen eigenen Speicher, auf den nur er zugreifen kann.

72
Q

Was sind Realzeitsysteme?

A

Systeme mit der Korrektheitsanforderung, das eine Berechnung fast live stattfindet: Spezielle Systeme mit großer Teil der Software in ROM.

1081 BS und Rechnernetze (4 decks)

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