Mục tiêu
Trong chương này, bạn sẽ học:
• Cách hệ điều hành quản l{ phần cứng
• Cách tài nguyên hệ thống hỗ trợ việc trao đổi thông tin giữa phần cứng và phần mềm
• Các bước trong quá trình khởi động máy
2
Cách hệ điều hành quản l{ phần cứng
• Hệ điều hành điều khiển máy tính
– Quản l{ phần cứng
– Chạy các ứng dụng
– Cung cấp giao diện cho người dùng
– Lưu trữ, đọc và xử l{ các tệp tin
4
Cách hệ điều hành quản l{ phần cứng (tiếp)
5
Hình 2-1 Người sử dụng và các ứng dụng liên hệ với tất cả các thành phần phần cứng
qua hệ điều hành
6
Hình 2-2 Một hệ điều hành liên hệ với phần cứng thông qua BIOS
và các chương trình điều khiển (driver) thiết bị
Cách hệ điều hành quản l{ phần cứng (tiếp)
Cách hệ điều hành sử dụng các trình điều khiển thiết bị
• Được lưu trong ổ cứng
• Được cài đặt sau khi cài đặt hệ điều hành lần đầu tiên hoặc khi lắp đặt phần cứng
• Thường được viết riêng cho từng hệ điều hành
7
• Ba loại 16-bit chế độ thực: Windows 95, Windows 98 32-bit chế độ bảo vệ: Windows 95, 98, ME, NT/2000/XP, WIN7 64 bit chế độ bảo vệ: Win 7, Win 8
• Phải kiểm tra tính tương thích với phần cứng của hệ điều hành khi cài đặt thiết bị trên hệ thống Windows 2000/XP/WIN7
8
Cách hệ điều hành sử dụng các trình điều khiển thiết bị
9
Hình 2-3 Một thiết bị ví dụ như ổ CD-ROM này được đóng gói với trình điều khiển thiết bị được
lưu trên một đĩa mềm hoặc thiết bị vật lý khác. Thay vào đó, cũng có thể sử dụng trình
điều khiển thiết bị được xây dựng trong hệ điều hành
Cách hệ điều hành sử dụng các trình điều khiển thiết bị
10
Hình 2-4 Tải những trình điều khiển thiết bị mới nhất từ Web site của nhà sản xuất
Cách hệ điều hành sử dụng các trình điều khiển thiết bị
• Hệ điều hành sử dụng BIOS đối với các thiết bị đơn giản
• Trình điểu khiển thiết bị chạy nhanh hơn so với BIOS hệ thống
11
Cách hệ điều hành sử dụng các trình điều khiển thiết bị
12
Hình 2-5 Sử dụng menu chính thiết lập BIOS (BIOS setup main menu) để Award BIOS
thiết lập cấu hình một số thiết bị được điều khiển bởi BIOS hệ thống.
Cách hệ điều hành sử dụng các trình điều khiển thiết bị
13
Hình 2-6 Sử dụng màn hình thiết lập Award BIOS này để thiết lập cấu hình một số thiết bị
vào/ra, bao gồm các cổng nối tiếp, cổng song song và cổng hồng ngoại.
Cách hệ điều hành sử dụng các trình điều khiển thiết bị
Tài nguyên hệ thống
• Là công cụ được phần cứng hoặc phần mềm sử dụng để trao đổi thông tin với phần kia
16
• Có 4 kiểu tài nguyên hệ thống
– Số yêu cầu ngắt (Interrupt request numbers -IRQs)
– Địa chỉ bộ nhớ
– Địa chỉ vào/ra (Input/Output - I/O)
– Các kênh truy cập bộ nhớ trực tiếp: Cache,
17
Tài nguyên hệ thống
Tài nguyên hệ thống Mô tả
Đường yêu cầu ngắt (Interrupt
request - IRQ)
Một đường trong đường truyền của bo mạch chủ mà thiết bị
phần cứng có thể sử dụng để gửi tín hiệu đến CPU, thông
báo thiết bị cần được chú ý. Một số đường có độ ưu tiên
cao hơn so với những đường khác. Mỗi đường IRQ được
gán cho một số (từ 0 tới 15) để nhận dạng.
Địa chỉ vào/ra Là số được gán cho các thiết bị phần cứng, phần mềm sử
dụng các số này để gửi lệnh đến thiết bị. Mỗi thiết bị "nghe"
trên các số này và trả lời theo các số đã được gán cho nó.
Địa chỉ vào/ra được truyền trên đường truyền địa chỉ.
Địa chỉ bộ nhớ Những số được gán cho bộ nhớ vật lý trong các chíp RAM
hoặc các chíp ROM. Phần mềm có thể truy cập bộ nhớ
bằng cách sử dụng các địa chỉ này. Địa chỉ bộ nhớ được
được truyền trên đường truyền địa chỉ.
Cache Cache laø nôi löu tröõ boä nhôù nhanh thường nẳm trong
CPU, hay trên Mainboard dùng làm bộ đệm cho CPU và bộ
nhớ
18
Bảng 2-1: Các tài nguyên hệ thống được phần mềm và phần cứng sử dụng
Tài nguyên hệ thống
19
Hình 2-7 Bus bao gồm: bus dữ liệu, bus địa chỉ và bus điều khiển
Bus dữ liệu
Bus địa chỉ
Những dòng bus địa chỉ và bus dữ liệu mang
các bit hoạt động đồng thời, tất cả các dòng
cùng hoạt động với nhau
Bus
điều khiển
Những dòng trên bus
điều khiển hoạt động
độc lập với nhau
Tài nguyên hệ thống
Số yêu cầu ngắt (IRQ) • Phương pháp cho phép một thiết bị phần
cứng gửi tín hiệu tới CPU yêu cầu sự chú {
• Một ngắt phần cứng
– Do thiết bị tạo ra khi nó đặt mức điện thế trên đường IRQ đã được chỉ định riêng cho nó
20
IRQ Địa chỉ vào ra Thiết bị
0 0040 – 005F Đồng hồ hệ thống
1 0060 – 006F Điều khiển bàn phím
2 00A0 – 00AF Truy nhập IRQ lớn hơn 7
3 02F8 – 02FF Cổng COM 2 (xem trong chương 8)
Bảng 2-2 Các ngắt và địa chỉ vào/ra cho các thiết bị (còn tiếp)
21
Số yêu cầu ngắt (IRQ)
IRQ Địa chỉ vào ra Thiết bị
3 02E8 – 02EF Cổng COM 4 (xem trong chương 8)
4 03F8 – 03FF Cổng COM 1 (xem trong chương 8)
4 03E8 – 03EF Cổng COM 3 (xem trong chương 8)
5 0278 – 027F Card âm thanh hoặc cổng song song LPT 2 (xem trong chương 8)
6 03F0 – 03F7 Bộ điều khiển ổ đĩa mềm
7 0378 – 03F7 Cổng song song cho máy in LPT 1 (xem trong chương 8)
8 0070 – 007F Đồng hồ thời gian thực
9-10 Chưa dùng
11 SCSI hoặc chưa dùng
12 0238 – 023F Chuột trên bo mạch chủ
13 00F8 – 00FF Bộ đồng xử lý toán học
14 01F0 – 01F7 Ổ đĩa cứng IDE (xem trong chương 7)
15 0170 – 017F Ổ đĩa cứng IDE thứ hai hoặc chưa dùng (xem trong chương 7)
Bảng 2-2 Các ngắt và địa chỉ vào/ra cho các thiết bị (tiếp theo)
22
Số yêu cầu ngắt (IRQ)
23
Hình 2-8 Mạch điều khiển IRQ sử dụng IRQ thứ hai để báo hiệu cho mạch điều khiển IRQ thứ nhất
Số yêu cầu ngắt (IRQ)
24
Hình 2-9 Dùng Device Manager để xem hệ thống của bạn sử dụng IRQs và các tài nguyên
hệ thống như thế nào
Số yêu cầu ngắt (IRQ)
25
Hình 2-10 Windows 9x Device Manager thể hiện những chỉ định hiện tại cho
tài nguyên hệ thống
Những IRQ 8 đi qua 15
xếp tầng đến IRQ 2
Số yêu cầu ngắt (IRQ)
Địa chỉ bộ nhớ • Hệ điều hành coi bộ nhớ tương tự một
danh sách dài các ô dùng để chứa dữ liệu và lệnh
• Mỗi ô được gán cho một số
– Bắt đầu bằng số 0
27
Địa chỉ bộ nhớ (tiếp)
28
Hình 2-11 Địa chỉ bộ nhớ được sắp xếp tới mỗi vị trí trong bộ nhớ, và những vị trí này có thể
lưu dữ liệu hoặc chỉ dẫn
Địa chỉ vào/ra
• CPU “nhận biết” một thiết bị phần cứng như một nhóm các địa chỉ vào/ra
• IBM đã thực hiện gán nhiều địa chỉ cho ổ cứng, ổ mềm, bàn phím trong những năm 70
29
• Ghi nhớ những địa chỉ vào/ra đầu tiên trong dải địa chỉ vào/ra cho những thiết bị quan trọng
• Các thiết bị cắm là chạy có thể sử dụng địa chỉ vào/ra bất kz hoặc IRQ đã được chỉ định trong khi khởi động
30
Địa chỉ vào/ra
31
Hình 2-12 Các dòng địa chỉ vào/ra trên một bus hoạt động giống như một nhóm dây điện thoại cũ, tất cả các
công cụ đều “nghe” được địa chỉ đó, nhưng chỉ một được trả lời
CPU truyền một tín hiệu
trên bus nói rằng “Địa chỉ
vào/ra ở trên dòng địa chỉ
Tất cả những mạch
điều khiển công cụ vào/ra
đều nghe địa chỉ của chúng
CPU truyền một
địa chỉ vào/ra
Công cụ sở hữu địa
chỉ đó trả lời
Địa chỉ vào/ra
Cache • Cache laø nôi löu tröõ boä nhôù nhanh
nhöng khaù ñaét tieàn, noù löu döõ lieäu gaàn
vôùi CPU ñeå truy caäp nhanh.Thöôøng
ñöôïc chia laøm 2 loaïi cache level 1 (coøn
goïi laø cache noäi) vaø cache level 2 ,
cache levl 3 (goïi laø cache môû roäng hay
cache ngoaïi).
32
Cache Level 1 • Cache L1(internal cache): Naèm trong
CPU, dung löôïng nhoû nhöng toác ñoä cao,
cung caáp thöôøng xuyeân cho CPU veà döõ
lieäu vaø nhöõng chæ daãn.
33
Cache level 2 & 3
34
Cache L2, L3 (external cache): Dung
löôïng lôùn hôn so vôùi cache L1 vaø toác ñoä
cuõng chaäm hôn so vôùi L1. Thöôøng naèm
treân mainboard hay caùc card môû roäng, coù
dung löôïng töø 64KB -> 2MB,cho cache
L2 va -> 8MB cho cache L3, laø boä ñeäm
giöõa boä xöû lyù vaø boä nhôù môû roäng (hieän
nay cache L2 coøn ñöôïc thieát keá naèm
trong moät soá hoï CPU ñeå giaûm thôøi gian
chôø cuûa CPU).
Các công cụ của hệ điều hành để kiểm tra hệ thống
• Phần mềm quản l{ thiết bị
– Công cụ cung cấp thông tin về các thiết bị
• Thông tin hệ thống
– Thông tin giúp cho việc khắc phục sự cố
35
36
Hình 2-14 Device Manager cho bạn những thông tin về các công cụ
Các công cụ của hệ điều hành để kiểm tra hệ thống
37
Hình 2-15 Hệ thống thông tin cho bạn những thông tin về hệ thống rất
hữu ích khi gặp sự cố
Các công cụ của hệ điều hành để kiểm tra hệ thống
Khởi động máy tính • Khởi động cứng hoặc khởi động nguội: bật
điện bằng công tắc nguồn
– Tác động mạnh hơn lên hệ thống vì điện bị tắt đi sau đó bật lại
38
• Khởi động mềm hoặc khởi động nóng: sử dụng hệ điều hành để khởi động lại
– Nhanh hơn
– Là phương pháp nên dùng để khởi động máy tính
39
Khởi động máy tính
Khởi động các điều khiển của BIOS - bước đầu tiên của quá trình khởi động
1. BIOS khởi động chạy chương trình Tự kiểm tra khi bật điện (POST) và gán các tài nguyên hệ thống
2. ROM BIOS chạy chương trình tìm và nạp hệ điều hành
40
3. Hệ điều hành cấu hình hệ thống và hoàn thành việc nạp bản thân nó
4. Nạp các phần mềm ứng dụng và thực thi
41
Khởi động các điều khiển của BIOS - bước đầu tiên của quá trình khởi động
42
Hình 2-17 Bước khởi động 1: Chương trình khởi động ROM BIOS khảo sát tài nguyên và như cầu
ổ cứng và sắp xếp tài nguyên hệ thống để thoả mãn nhu cầu đó
Khởi động các điều khiển của BIOS - bước đầu tiên của quá trình khởi động
POST và việc gán các tài nguyên hệ thống
• Khi bật điện, đồng hồ hệ thống bắt đầu tạo ra các xung nhịp đồng hồ
• CPU bắt đầu làm việc và khởi động bản thân nó (đặt lại các giá trị bên trong của CPU)
43
• CPU chỉ đến địa chỉ bộ nhớ FFFF0h
– Địa chỉ bộ nhớ luôn được gán cho lệnh đầu tiên của chương trình khởi động trong ROM BIOS
• Lệnh này chỉ thị CPU chạy trình POST
44
POST và việc gán các tài nguyên hệ thống
• POST
1. Kiểm tra chương trình BIOS gọi nó
2. Sau đó kiểm tra CMOS RAM
• Kiểm tra xem pin còn hoạt động
45
POST và việc gán các tài nguyên hệ thống
• Các ngắt phần cứng bị vô hiệu
– Nhấn một nút trên bàn phím hoặc sử dụng thiết bị nhập liệu bất kz thời điểm này sẽ không có tác dụng gì
• Việc kiểm tra được chạy trên CPU
– CPU được khởi động tiếp
46
POST và việc gán các tài nguyên hệ thống
• Việc kiểm tra sẽ xác định đây có phải là khởi động lạnh
• Nếu đúng:
– 16K RAM đầu tiên được kiểm tra
– Các thiết bị phần cứng được lắp trên máy tính được kiểm kê và so sánh với thông tin cấu hình
47
POST và việc gán các tài nguyên hệ thống
– Màn hình, bộ nhớ, bàn phím, ổ mềm, ổ cứng, các cổng và các thiết bị phần cứng khác được kiểm tra và cấu hình
– IRQ, các địa chỉ vào/ra, và việc gán DMA được thực hiện
– Hệ điều hành sau đó sẽ hoàn tất quá trình này
48
POST và việc gán các tài nguyên hệ thống
• Một số thiết bị được đặt ở chế độ “ngủ” để tiết kiệm điện
• Bộ điều khiển DMA được kiểm tra
• Bộ điều kiển ngắt được kiểm tra
49
POST và việc gán các tài nguyên hệ thống
• Chương trình thiết lập CMOS (là chương trình BIOS dùng để thay đổi thông tin thiết lập CMOS) được chạy nếu có yêu cầu
• BIOS bắt đầu tìm kiếm hệ điều hành
50
POST và việc gán các tài nguyên hệ thống
Cách BIOS tìm và nạp hệ điều hành
• BIOS khởi động kiểm tra trong thiết lập CMOS để xác định thiết bị khởi động
• Tìm kiếm Master Boot Record (MBR) có chương trình khởi động và bảng phân vùng
51
• Bản ghi khởi động hệ điều hành nạp tệp chương trình đầu tiên
– Windows NT/2000/XP/Win7: Ntldr
– Windows 9x: Io.sys
• Chương trình nạp hệ điều hành bắt đầu quá trình nạp hệ điều hành vào bộ nhớ
52
Cách BIOS tìm và nạp hệ điều hành
Cách BIOS tìm và nạp hệ điều hành (tiếp)
53
Hình 2-18 BIOS dùng CMOS RAM để xác định vị trí tìm kiếm một OS
54
Hình 2-19 Một ổ cứng có thể chứa nhiều hơn một ổ logíc; bảng thành phần ở đầu ổ chứa
thông tin về vị trí của mỗi ổ logíc, chỉ rõ ổ khởi động, và giữ chương trình
khởi động chủ vốn để khởi động quy trình tải một hệ điều hành
Ổ cứng
phần đầu ổ cứng
Chương trình MBR
Bảng phân vùng cung
cấp thông tin
về vị trí ổ logíc
Xác định ổ khởi động
Ổ C bắt đầu tại đây với bản ghi
khởi động hệ điều hành
Cách BIOS tìm và nạp hệ điều hành