Informatika 1

Számítógép architektúrák:

1. Bevezetés, áttekintés. A számítógép felépítése, a Neumann modell elve. Moduláris és többprocesszoros kialakítás. A CPU-k jellemző tulajdonságai a hardver-szoftver felületen: utasítás készlet, adattípus készlet, regiszterkészlet és flag-ek, memóriakép, memória-elérés, megszakítási rendszer, I/O rendszer. Magasszintű nyelveket támogató megoldások.

2. Teljesítménynövelés. Az utasítás-végrehajtás gyorsítása, feldolgozás párhuzamosítása processzoron belül, pipe-line elv, utasítások egymásra hatása, társprocesszor alkalmazása. Utasítások számának és bonyolultságának hatása a teljesítményre, CISC-RISC processzorok

3. Memória. Hierarchikus memória felépítés, memória hozzáférés gyorsítása, cache szervezés, leképzési elvek, működés, stratégiák, memória interleave, burst átvitel. A processzor által megcímezhető tárkapacitás növelése. Virtuális tárkezelés hardver megoldásai.

4. Multiprogramozott operációs rendszerek támogatása. Memóriaszervezés, védelmi funkciók és megvalósításuk, memória, periféria processzor védelem. Privilégium szintek, privilegizált utasítások, rendszerhívások megvalósítása, taskváltás, kontextuscsere, oszthatatlan utasítások.

5. I/O kezelés. Elvek összefoglalása: programozott/megszakításos lekezelés, DMA, I/O processzorok, intelligens I/O kezelés, szabványosítás. Periféria típusok és tulajdonságaik. Mágneslemez-tárak: tárolás elve, kódolás adattárolás szervezése, track, szektor, szoftszektor szervezés, adatelérés. SSD meghajtók. Egyéb jellegzetes perifériatípusok.

6. Többprocesszoros rendszerek. Lazán és szorosan csatolt rendszerek, a laza és a szoros csatolás logikai és fizikai szintje, tipikus megvalósításai.

7. Sínrendszerek. Sín-kialakítás elve, modularitás, hierarchia szintek, alkatrész, kártya, hátlap interface. Közös és osztott sín. Közös rendszersín funkciók: adatátvitel, megszakítás, vezérlésátadás, hibakezelés, szolgáltatások. Sínre kapcsolódó jellegzetes modulok és funkcióik. Címzési módok, logikai és hely szerinti címzés, címzési tartományok. Időzítés: szinkron-, aszinkron-, részben szinkron, nem kapcsolt, félig kapcsolt, kapcsolt protokoll.

8. Sínvezérlés, vezérlésátadás, statikus- és dinamikus vezérlésátadás, egy- és többprocesszoros sínvezérlés. Sín-megszerzési és -elengedési stratégiák. Centralizált- és decentralizált arbiterek. Sínek megszakítás-kezelő mechanizmusai. Vezeték nélküli kapcsolatok. Fejlődési irányok.

Operációs rendszerek:

9. Bevezetés, történeti áttekintés. Általános jellemzők, kapcsolódási felületek, tipikus szolgáltatások, hardver követelmények, alapvető rendszerhívások és rendszerprogramok, eseményvezérelt működés, programszerkezet, virtuális gép, kliens szerver, felhő architektúra. Biztonsági funkciók, védelmi, jogosultsági rendszerek.
Folyamatok, folyamatrendszerek. A programvégrehajtás, mint folyamat. Több program konkurens végrehajtása egy, illetve több processzoron. A szál fogalma. Erőforrások. Folyamatok közötti csatolások: versengés és együttműködés. Folyamatok együttműködésének alapesetei: közös memória, üzenetváltás.

10. Közös memóriás együttműködés. Szinkronizáció szükségessége. Szinkronizációs alapesetek: kölcsönös kizárás, precedencia, egyidejűség. Kölcsönös kizárás szoftver megoldása. Hardver támogatás: oszthatatlan TAS és XCHG műveletek. Szemafor. Szinkronizációs alapesetek megoldása szemaforral. Szemafor megvalósítása multiprogramozott rendszerben. Üzenetváltással történő együttműködés. Kommunikációs alrendszerek. Megnevezési módok. Szinkron, aszinkron kommunikáció, a szemantikai konzisztencia feltétele. Pufferelés és hatása a kommunikáló folyamatok futására.

11. Holtponthelyezetek kezelése. A holtpont fogalma, a holtpont kialakulásának feltételei erőforrásokért versengő rendszerekben, az erőforráskezelés modellezése, erőforrásfoglalási gráf. A holtpont és az éhezés összevetése. Holtpontkezelési stratégiák: strucc algoritmus, megelőzés, elkerülés, felismerés és felszámolás.

12. Multiprogramozott operációs rendszerek. A multiprogramozás alapelve, az operációs rendszer új feladatai. Sorállási modell és állapotmodell. Ütemezők. Folyamatok környezete. A folyamatkezelés adatszerkezetei, egy megvalósítási séma. CPU ütemezés. A CPU, mint kitüntetett erőforrás. FCFS, SJF, prioritásos, nem-preemptiv és preemptiv ütemezési algoritmusok, időszeleteléses ütemezés. Többszintű ütemezési sorok. Az ütemezési algoritmusok értékelése.

13. Memóriakezelés. Címek kialakítása, áthelyezhetőség, újrahívhatóság. Szerkesztés és programbetöltés. Object modul, könyvtár, statikus és dinamikus relokáció, betöltési és futási idejű dinamikus szerkesztés. Memóriaallokáció problémái.
Virtuális tárkezelés. Működési elv lapszervezésű tárkezelés esetén, hardver-szoftver munkamegosztás. Találati arány, effektív elérési idő. Vergődési határhelyzet. Lapváltási algoritmusok. Tárgazdálkodás, működő lapkészlet, dinamikus lokális tárgazdálkodás a laphiba-gyakoriság mérésére alapozva.

14. Lemezkezelés és fájlrendszer. A lemezkezelő réteg feladatai. Lemezműveletek hatékonyságának javítása (lemezműveletek ütemezése, gyorsítási lehetőségek). Fájl és könyvtár mint adatszerkezet és a rajtuk értelmezett műveletek. Fájlmodellek, szabad helyek nyilvántartása, allokációs módszerek. Védelmi mechanizmusok sérülés és téves hozzáférés ellen. A megnyitás és bezárás szerepe. I/O rendszer, készülékek csatlakoztatása, interfészek szintjei. Eszköz-meghajtók szerepe. Készülékfüggetlen hívási felület kialakítása. Karakteres és blokkos eszközök.
Korszerű beágyazott rendszerek operációs rendszerei. Erőforrás korlátok hatása az operációs rendszer szolgáltatásaira.