Księgarnia PWN: Włodzimierz Stanisławski, Damian Raczyński - Programowanie systemowe mikroprocesorów rodziny x86

Transkrypt

1 Księgarnia PWN: Włodzimierz Stanisławski, Damian Raczyński - Programowanie systemowe mikroprocesorów rodziny x86 Spis treści Wprowadzenie Architektura procesorów rodziny x Model procesorów rodziny x86 w trybie rzeczywistym Rejestry procesora Segmentacja pamięci w trybie rzeczywistym Tryby adresowania Segmenty programowe Model procesorów rodziny x86 w trybie chronionym Segmentacja pamięci w trybie chronionym Tryby adresowania w 32-bitowym trybie chronionym Obsługa przerwań i wyjątków Typy przerwań Obsługa przerwań i wyjątków w trybie rzeczywistym Obsługa przerwań i wyjątków w trybie chronionym Podstawy programowania procesorów rodziny x86 w trybie rzeczywistym Składnia programu Identyfikatory Liczby całkowite Znaki alfanumeryczne i teksty Format linii programu Dyrektywy asemblera definiujące dane Instrukcje przesłań danych oraz operacje arytmetyczne Instrukcje przesłań danych Instrukcje dodawania i odejmowania Dodawanie i odejmowanie liczb dziesiętnych w kodzie BCD Instrukcje mnożenia Instrukcje dzielenia Mnożenie i dzielenie liczb dziesiętnych w kodzie BCD Zmiana rozmiaru liczby Instrukcje skoków i pętli Skoki bezwarunkowe bezpośrednie Skoki bezwarunkowe pośrednie Instrukcje porównania i skoków warunkowych Instrukcje pętli... 61

2 6 Spis treści 2.4. Operacje logiczne Instrukcje operacji logicznych Instrukcje przesunięć Reprezentacja danych Skalarne typy danych Rekordy i operacje na danych upakowanych Zbiory Tablice Struktury Dynamiczne struktury danych Teksty Listy Stos Sprzętowe wykorzystanie stosu podczas realizacji instrukcji CALL adres Podprogramy Przekazywanie parametrów do podprogramów Dane lokalne podprogramów Programowanie zmiennoprzecinkowej jednostki arytmetycznej Architektura Instrukcje przesłań Instrukcje operacji arytmetycznych Instrukcje porównania Instrukcje obliczania wartości niektórych funkcji przestępnych Instrukcje sterujące Odwrotna notacja polska (ONP) i jej zastosowanie w obliczeniach. numerycznych Przykładowe programy obliczeń numerycznych Makropolecenia Język makropoleceń Bloki powtórzeń Definiowanie i wywoływanie makropoleceń Podstawowe operacje we/wy w systemie operacyjnym DOS Zakończenie programu Wyprowadzanie tekstu na monitor ekranowy Wprowadzanie tekstu z klawiatury Wyprowadzanie liczb na monitor ekranowy Podstawowe operacje plikowe Wybrane usługi BIOS-u Przegląd kompilatorów asemblera Podstawowa struktura programu Sposób kompilacji Operacje na zmiennych Deklaracje tablic Procedury Deklaracje i dostęp do struktur danych Makropolecenia Kompilacja warunkowa

3 Spis treści 7 4. Praca procesorów rodziny x86 w trybie chronionym Przełączenie procesora do trybu chronionego Obsługa przerwań i wyjątków w trybie chronionym Wykorzystanie pamięci rozszerzonej w trybie chronionym Przełączanie zadań Pseudonimy deskryptorów Przełączanie zadań z wykorzystaniem furtki zadania Przełączanie zadań inicjowane przerwaniami sprzętowymi Programowanie kontrolera przerwań w trybie chronionym Przełączanie zadań inicjowane przerwaniami sprzętowymi nr 0 i Separacja środowisk operacyjnych poszczególnych procesów oraz lokalne tablice deskryptorów Poziomy uprzywilejowania oraz funkcjonowanie systemu ochrony Zadania realizowane na różnych poziomach uprzywilejowania Wprowadzenie do 32-bitowego trybu chronionego Adresowanie w 32-bitowym trybie chronionym Obsługa klawiatury w trybie chronionym Stronicowanie pamięci operacyjnej Przegląd algorytmów przydziału pamięci Przydział pamięci oparty na blokach o stałym rozmiarze Dynamiczny przydział bloków Przemieszczane bloki pamięci Zasada stronicowania pamięci Elementy architektury procesorów rodziny x86 odpowiedzialne za stronicowanie Rejestry sterujące CR0, CR2, CR3, CR Inicjowanie stronicowania Stronicowanie a wielozadaniowość Realizacja stronicowania dla całego dostępnego obszaru pamięci operacyjnej Stronicowanie jednopoziomowe z rozmiarem strony 4 MB Stronicowanie o rozszerzonym adresie fizycznym Stronicowanie z rozszerzonym adresem fizycznym i rozmiarem strony 4 KB (stronicowanie trójstopniowe) Stronicowanie z rozszerzonym adresem fizycznym i rozmiarem strony 2 MB PSE-36 stronicowanie z rozszerzonym adresem fizycznym i rozmiarem. strony 4 MB Analiza programu paging6.asm Mechanizm zarządzania przydzielaniem ramek binarna mapa pamięci Pamięć wirtualna Zasada funkcjonowania pamięci wirtualnej Obsługa wyjątków nr 11 i Kod błędu dla wyjątku nieobecnego segmentu (nr 11) Kod błędu dla wyjątku braku strony (nr 14) Tablice zapamiętanych stron/segmentów Tablice zapamiętanych stron Tablice zapamiętanych segmentów Wybrane algorytmy zastępowania stron Algorytm FIFO

4 8 Spis treści Algorytm LRU Algorytm dodatkowych bitów odwołań Algorytm drugiej szansy Algorytmy rodziny buforowania stron Przykładowa implementacja stronicowania na żądanie Analiza programu paging3.asm Tryb zadań wirtualnych Przełączenie procesora w tryb VM Obsługa wyjątków i przerwań sprzętowych w procesie działającym w VM Analiza programu v86_0.asm Obsługa przerwań maskowalnych w trybie VM Analiza programu v86_1.asm Obsługa przerwań programowych Analiza programu v86_2.asm Obsługa we/wy w VM Analiza programu v86_3.asm Wielozadaniowość Podstawowe pojęcia z zakresu wielozadaniowości Systemy wielozadaniowe przetwarzania wsadowego Systemy wielozadaniowe z podziałem czasu Systemy czasu rzeczywistego Zastosowanie systemów wieloprocesorowych Rola programu szeregującego Przegląd wybranych algorytmów szeregowania zadań Algorytm cykliczny Algorytm planowania priorytetowego opartego na zmiennym kwancie czasu Algorytm postarzania priorytetów Planowanie priorytetowe z użyciem kolejek wielopoziomowych Kolejki wielopoziomowe ze sprzężeniem zwrotnym Przykładowe implementacje wybranych algorytmów pracy programu szeregującego Implementacja algorytmu cyklicznego Analiza programu mult1.asm Implementacja planowania priorytetowego na zasadzie zmiennego kwantu. czasu Implementacja planowania metodą postarzania priorytetów Implementacja planowania metodą wielopoziomowych kolejek zadań Synchronizacja procesów Sekcja krytyczna Synchronizacja procesów za pomocą blokowania przerwań Zmienne blokujące Semafory binarne (muteksy) Przykładowa implementacja semaforów binarnych Komunikacja międzyprocesowa Wymiana komunikatów Przykładowa implementacja wymiany komunikatów

5 Spis treści 9 9. Start systemu System plików FAT Tablica FAT12 analiza wpisów i translacja adresów Program rozruchowy Instalacja programu rozruchowego w pierwszym sektorze dyskietki Implementacja programu rozruchowego Przykładowa realizacja jądra wielozadaniowego systemu operacyjnego system operacyjny DAMIANIX Założenia funkcjonalne Zakres projektu Struktura systemu operacyjnego Funkcjonalność modułów systemu operacyjnego Moduł inicjalizacji Moduł pamięci Moduł wielozadaniowości Moduł przerwań Moduł dyskietki Moduł interpretatora Moduł systemu plików Moduł urządzeń Moduł ekranu Moduł kolejek Moduł sterty Moduł czasomierza Moduł usług Moduł wyjątków Specyfikacja zewnętrzna Interfejs z użytkownikiem Polecenia Instalacja systemu operacyjnego z plików źródłowych Format programów obsługiwanych przez system Mapa pamięci systemu operacyjnego Możliwe kierunki rozwoju Dodatki A1. Pliki załącznikowe Plik strukt.txt Plik gdt.txt Plik makra.txt Plik proc.txt Plik a20.txt Plik dane.txt Plik kod.txt Plik mult.txt Plik paging.txt Plik pm_data.txt Plik pm_exc.txt

6 10 Spis treści Plik pm_idt.txt Plik proc32.txt Plik v86.txt A2. Podstawy trybu chronionego (programy z rozdziału 4) Program p0.asm Program task_2.asm Program task_3.asm Program task_4.asm Program task_5.asm Program task_6.asm Program task_7.asm Program task_8.asm Program task_9.asm Program task_10.asm Program pm32bit.asm Program adr.asm Program sprzet1.asm A3. Stronicowanie i pamięć wirtualna (programy z rozdziału 5 i 6) Program paging1.asm Program paging2.asm Program paging3.asm Program paging4.asm Program paging5.asm Program paging6.asm Program paging7.asm A4. Tryb wirtualnych zadań 8086 (programy z rozdziału 7) Program v86_0.asm Program v86_1.asm Program v86_2.asm Program v86_3.asm A5. Wielozadaniowość (programy z rozdziału 8) Program mult1.asm Program mult2.asm Program mult3.asm Program mult4.asm Program mult5.asm Program mult6.asm B. Zestaw wybranych rozkazów asemblera dla procesorów x Literatura Skorowidz