Architecture des ordinateurs

Voici les notes d'étude :

Objectifs du Module Archi-1

• Concerne le matériel et les circuits numériques simples : multiplexeur, additionneur et shifter.
• Explique le principe d’exécution des instructions dans un processeur RISC.
• Traite de l’architecture d’un SoC monocœur ainsi que des périphériques non-initiateurs.
• Décrit le concept d’espace d’adressage du MIPS.
• Examine les modes d’exécution et comment gérer les requêtes d’interruption dans le MIPS.

Objectifs du Module Archi-2

• Explique la micro-architecture des opérateurs pour évaluer leur performance.
• Décrit l’architecture interne d’un MIPS, en mettant l’accent sur le concept des micro-instructions.
• Examine l’architecture d’un SoC avec plusieurs MIPS partageant le même espace d’adressage.
• Aborde l’architecture d’un cache de premier niveau et les problèmes de cohérence en multi-MIPS.
• Explore le fonctionnement d’un contrôleur de périphériques initiateurs capable d’accéder à l’espace d’adressage et d'un contrôleur vidéo ou contrôleur de disque.
• Gère la mémoire dynamique nécessaire pour la création et la destruction des variables.
• Met en place une API de gestion simplifiée pour les listes doublement chaînées dans les structures du noyau.
• Gère les états des threads et les listes d’attentes sur les ressources partagées, pilotes de périphériques, de communication/synchronisation des threads, et API graphique ou du système de fichiers.

Plan de la séance

• Présente un System-on-Chip (SoC) et son espace d’adressage.
• Examine le rôle et la constitution d’un système d’exploitation.
• Discute de la compilation et du placement du code dans l’espace d’adressage.
• Étudie l’exécution du simulateur du prototype virtuel du SoC.
• Décrit les modes d’exécution du MIPS du point de vue du matériel.
• Explique le passage entre le noyau et une application du point de vue du logiciel.

SoC

• Un System-on-Chip (SoC) est une ordinateur constitué sur un circuit intégré.
• Il a souvent plusieurs cœurs MIPS, des caches et périphériques.
• Les initiateurs lisent les données et les instructions dans un espace d'adressage partagé.
• Cet espace est partagé par tous les initiateurs, y compris MIPS.
• L'espace d'adressage est composé de différents segments.
• Les segments jaunes et verts sont utilisés pour accéder à la mémoire, tandis que les segments orange sont destinés aux périphériques.

Contrôleur Termianux TTY

• Tous les registres sont alignés sur des mots, et chaque terminal utilise un segment de 4 mots.
• Chaque terminal a 4 terminaux (TTY) avec des adresses d'octets :
• TTY_CONFIG
• TTY_READ
• TTY_STATUS,
• TTY_WRITE
• Chaque TTY lève une IRQ si un caractère est reçu.

Initiateur DMA (Direct Memory Access)

• DMA réalise une copie de mémoire d'une adresse source vers une adresse de destination.
• 5 opérations DMA sont écrits :
• DMA_IRQ_DISABLE,
• DMA_RESET,
• DMA_LEN,
• DMA_DST,
• DMA_SRC.
• Le DMA soulève une interruption et LEN contient le nombre d'octet non écrits.

Système d'exploitation

• Les applications utilisent les services d'un système d'exploitation à travers d'une API qui virtualise le matériel.
• Bibliothèque de fonctions, création et destruction des applications, communication et gestion de signaux.
• Le système d'exploitation doit assurer la sécurité intégrale et la confidentialité des données.

Bibliothèques système - Noyau - Boot

• Le système d'exploitation est composé de système les bibliothèques et du noyau.
• La sécurité s'appuie sur les modes d'exécution du processeur en tant que «utilisateur» ou «kernel».
• Le processus d'amorçage démarre la machine, gère la mémoire persistante, et configure le chargeur de noyau.

Les appels faits au noyau

• Le noyau du système d'exploitation est appelé afin de maintenir 4 raisons distinctes :
• kinit()
• Le gestionnaire syscall
• Le gestionnaire d'exception
• gestionnaire d'interruption.

Le code du noyau

• Le noyau implémente les services proposés aux applications, tels que : la gestion des applications, la gestion des exécutions des applications, la gestion de l'allocation de mémoire, la gestion des ports de communication réseau.
• Le code des services doit être indépendant des détails du matériel de l'architecture.
• Cet API HAL n'est pas standard, mais permette le portage du le kernel sur plusieurs machines.

En résumé

• Une API définit une interface standard de services.
• Le système d'exploitation utilise l'API qui gère les ressources matérielles telles que la mémoire, le processeur et la gestion.
• Une application utilise les API pour s'exécuter en mode «utilisateur».
• L'environnement système utilise les ressources en mode protégé.
• Différente architectures de noyau existe (micro-noyau, exo-noyau, noyau hybride).
• Pour utiliser la méthode, il est nécessaire d'utiliser des gestionnaires de syscall, d'exception et d'interruption.
• Une fois démarré, le processeur exécutera le code de démarrage et ses propres structures de données dans HAL.

Compilation

• Pour lancer la commande compilation :
• Binaire exécutable
• code source.

Fichier objet

• Met le code et les données globales dans des sections typées du fichier objet.
• Une section des adresses contient une catégorie d'information et des variables.
• Il n'y a pas de sections pour les variables locales.

Edition de liens

• L'éditeur de liens permet de combiner tous les fichiers objets en un seul fichier exécutable complet.
• Cela permet de grouper dans un unique fichier «Archive» qui sont les bibliothèques.

Edition de lien : fichier Idscript

• Fichier-Objet contient tous les jeux caractères(définition).
• Section de sortie.
• L'ensemble des sections en bleue remplissent la section en rouge.
• La région déplace la zone de remplissage.

Espace d'adressage du kernel

• Déclaration des adresses et des tailles des segments dans l'espace d'adressage. Ces variables sont utilisées mais sont aussi accessibles par le code c.
• Détermine la remplissage des espaces de mémoire.

Compilation les sources

• C’est les commandes dont les appels hiérarchiques à :
• Système d’exploitation du Noyau
• Les bibliothèques système
• Application.

Simulateur du SoC

• Permet de charger les mémoires ou d’exécuter :
• les fichiers binaires MIPS du noyau et de l’application
• les paramètres du matériel
• le nombre de cycles à simuler
• La demande de trace d'exécution des instructions.
• Ce lecteur remplit les segments en les trouvant.

Exécution des applications

• Détermine le chargement et cycles dont la fréquence doit être d’environ 1GHz
• Charger la première instruction et l’exécuter.

Trace d’exécution du simulateur

• S’assurer que tous les MIPS aient un code assembleur.

Modes d'exécution du MIPS

• Partitioner en se réservant une parties du noyau des :
• Données
• Codes Partir pour l'application :
• Des Piles
• registres
• Codes

Registres système : Status, Cause, EPC

• Etat des IRQ du MPS et le contrôle d'accès.

Comportement du registre. sr

• Interrompre lorsqu'il y a une erreur ou lorsqu'une partie de l'appareil dysfonctionne.

Comprotement du registret cause

• Agir et adresser légalement les situations d'erreurs et les problèmes matériels ou logiciels.

Entrée et sortie du noyau

• Différencier lorsque les exceptions sont faites.

Passage kernel > Application

• 2 types en fonctions du démarrage de l'application.
• Initialise les variables et vérifie les adresses.

Passage Application > Kernel

• Dans tous les cas, le MIPS saute kentry.
• Il existe 3 gestionnaires d'appel du noyau : - Syscall, exception et interruption.

Gestionnaire de Syscall

• code du système d'exploitation pour interagir avec l'ordinateur.

Interruptions du vue du matériel

• Consiste a répondre et traiter rapidement, efficacement, les éléments de contrôles liés à la réception de l'interruption.

Les terminaux

• Allouer autant de signaux et de ligne TTy pour communiquer

Architecture des contrôles et interruption

• Alloue les modes et données de gestion de ces lignes de code

Le processeur

• Envoie des instruction vers le registres qui les lances.

Conclusions

• Architecture micro contrôleur
• Le rôle d'un logiciel de bibliothèque permet au système de fonctionner pour l'exploitation.

Ce document fournit une vue d’ensemble de l’architecture des ordinateurs, en abordant les aspects matériels et logiciels et en détaillant le fonctionnement des systèmes d’exploitation et la gestion des interruptions.