Semaine 9, Cours 12- Introduction aux systèmes d`exploitation et

Ordinateurs, Structure
et Applications
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Cours 12a, Le BIOS et UEFI
Etienne Tremblay
Université Laval, Hiver 2014
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Cours 12, p.1
Le BIOS
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BIOS signifie Basic Input Output System
Le BIOS est une mémoire non-volatile, contenant un programme qui
s’exécute au démarrage de votre ordinateur.
Le BIOS est sur la carte mère. Les premiers BIOS étaient soudés à
la carte mère et inchangeables (en mémoire ROM). Cependant, les
BIOS modernes sont configurables et souvent en mémoire FLASH.
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Cours 12, p.2
Les rôles de BIOS
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Le BIOS a plusieurs fonctions:
– Self-test de l’ordinateur (POST)
– Lancer le système d’exploitation
– Acquérir et maintenir l’information de base sur les périphériques
du système.
– Fournir une librairie de fonctions au système d’exploitation afin
de contrôler les périphériques (sous la forme d’interruptions).
Ces fonctions sont beaucoup moins utilisées avec les systèmes
d’exploitation récents.
– Dans les ordinateurs modernes, le BIOS a acquis plusieurs
autres tâches secondaires, souvent reliées aux périphériques:
gestion de la puissance, gestion de la température, support pour
le plug N play, etc.
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Cours 12, p.3
Le POST
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Le POST est le Power On Self Test
Les tests suivants sont effectués dans l’ordre sur les PC compatibles:
– 1.Test du microprocesseur lui-même (test des registres en écriture et en lecture)
– 2.Test de la ROM contenant le programme de démarrage et le BIOS
(vérification du «checksum» de la mémoire)
– 3.Initialisation du contrôleur de DMA
– 4.Test des 16 premiers K de mémoire RAM
– 5.Initialisation du contrôleur d’interruption et des interruptions
– 6.Test du temporisateur servant à compter le temps
– 7.Test de l’adaptateur d’écran et affichage du curseur
– 8.Test de l’ensemble de la mémoire RAM
– 9.Test du clavier
– 10.Vérification de la présence d’un lecteur de disquette ou d’un disque dur
– 11.Test de l’imprimante et des ports de communication
– 12.Comparaison des résultats obtenus lors des tests avec la configuration
sauvegardée en mémoire CMOS (petite quantité de mémoire dont le contenu est
préservé par une batterie au lithium)
– 13.«Beep» du haut-parleur
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Cours 12, p.4
Lancement du système d’exploitation
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Une fois les tests initiaux complétés, la seconde partie du
programme de démarrage va être exécutée: le «boot-strap loader».
Le «boot-strap loader» est une courte routine utilisée pour charger
un programme à partir du disque. Essentiellement, cette routine
tente de lire un enregistrement appelé le «boot record» sur le disque
(ou un CD/DVD). Le «boot record» est rangé sur la première piste
du disque (de la disquette). Le «boot-strap loader» cherche d’abord
sur C: (configurable pour certains BIOS, peut même être sur D: ou
E:, c’est-à-dire à partir de CD/ROM). Si cette tentative est réussie, le
«boot-strap loader» passe le contrôle au programme qui est rangé
dans cet enregistrement. Le rôle de ce programme est d’abord de
charger le reste du système d’exploitation.
Le processus décrit ci-dessus, le boot strapping, est aussi appelé
IPL, ou Initial Program Load.
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Cours 12, p.5
BIOS et périphériques
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Le BIOS fournit une interface avec le matériel de l'ordinateur au
système d'exploitation sous la forme d'une librairie d'interruptions.
Par exemple, chaque fois qu'une touche du clavier est enfoncée, le
processeur utilise une interruption du BIOS pour lire la touche. C'est
le même principe pour les autres composantes d'entrées/sorties
(ports séries et parallèles, cartes vidéo, cartes de son, contrôleurs de
disque, etc.).
Les fonctions d’accès aux périphériques du BIOS sont minimalistes:
leur but est de permettre le chargement du système d’exploitation.
C’est pour cette raison qu’elles sont habituellement remplacées par
celles du système d’exploitation qui réécrit la table des vecteurs
d’interruption.
Le BIOS offre souvent des options à l’usager reliées au démarrage
de l’ordinateur ou aux périphériques.
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Cours 12, p.6
Exemples d’options du BIOS
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Boot Sequence
– Cette option permet de définir par ordre de priorité sur quel
support/périphérique doit booter votre PC.
IDE (Primary, secondary) Master / Slave
– Ces options permettent de définir le disque rattaché aux ports IDE de la
carte mère.
Typematic Rate Delay (Msec)
– Cette option permet de définir le temps qui s’écoule avant la répétition
d’un caractère.
SDRAM RAS-to-CAS Delay
– SDRAM est de la mémoire DRAM rapide (Synchronous DRAM)
– Les données sont emmagasinées sous la forme de tableaux 2D en
mémoire DRAM. Les lignes RAS et CAS du processeur (Row/Colomn
Address Strobe) permettent d’aller chercher des données de la DRAM.
Lorsque des données sont requises, RAS est activé afin de choisir la
rangée, puis CAS est activé afin de choisir la colonne. Il existe un délai
minimum entre l’activation de RAS et celle de CAS.
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Cours 12, p.7
La RAM CMOS
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Le CMOS (complementary metal-oxide semiconductor ) est une
technologie de circuit intégré qui une utilise une voltage plus bas que
le TTL (3.3V plutôt que 5V) et qui consomme moins de puissance
que le TTL.
La RAM CMOS est une très petite zone de mémoire (64bytes
initialement) qui est maintenue alimentée par une pile (ou un gros
condensateur) lorsque l’ordinateur est éteint. Par abus de langage,
elle est communément appelée CMOS, simplement.
La RAM CMOS contient plusieurs informations relatives au matériel
d’un PC telles que les types de disque dur, de clavier, d’écran et de
chipset. La RAM CMOS contient aussi la date et le temps du
système qui est mis à jour par un RTC (Real Time Clock, un circuit
qui compte le temps, alimenté aussi par la pile et consommant peu
d’énergie).
L’information contenue dans la RAM CMOS est utilisée par le BIOS.
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Cours 12, p.8
La RAM CMOS de EMU8086
Adresse
(hex)
Taille
Description
0040h:0010
WORD
(MOT)
Liste de l'équipement BIOS
0040h:0013
WORD
(MOT)
Nombre de kilo-octets de mémoire contiguë commençant
à l'adresse absolue
0040h:004A
WORD
(MOT)
Nombre de colonnes de l'écran.
0040h:004E
WORD
(MOT)
Page vidéo courante débutant à l'adresse de la mémoire
vidéo
0040h:0050
8WORDs
8 MOTS
Contient la position de la ligne et colonne pour les
curseurs de chacune des huit pages vidéo.
0040h:0062
BYTE
(OCTET)
Numéro de la page vidéo courante.
0040h:0084
BYTE
(OCTET)
Nombre de lignes de l'écran, minimum une.
Tiré de EMU8086
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Cours 12, p.9
Notes à propos du UEFI
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Le UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) est un programme
qui est conçu pour remplacer le BIOS
Il tient plus du système d’exploitation que du « Binary Input/Output
System »
Il offre un contrôle avancé des ressources de l’ordinateur même s’il
n’y a pas de système d’opération d’installé
– Interface graphique à fenêtre
– Accès à internet
– Mesures de sécurité et anti-virus intégrés
– Détection de logiciels problématiques intégrés (ex. Linux en
« dual boot »)
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Cours 12, p.10
Petite histoire du UEFI
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Intel fournit des spécifications pour le UEFI en 1998
L’initiative est transférée à un consortium dont fait partie AMD,
Apple, IBM, Microsoft etc. en 2005
2012: Windows 8 est compatible avec le UEFI, mais le support pour
le BIOS est encore là pour ne pas forcer la mise au rancart des PCs
à BIOS et les autres joueurs tardent à suivre
Fait intéressant, le UEFI comprend des mesures pour rendre le
démarrage sécuritaire: Windows 8 est maintenant en mesure de
détecter une installation Linux sur un système « dual-boot »: il tolère
pour l’instant…
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Cours 12, p.11
Architecture simplifiée du UEFI
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12
Les couches supérieures communiquent avec le UEFI qui est
un système d’opération en soi
Le UEFI s’occupe du matériel et des communications avec
l’extérieur
Il ne s’agit pas d’un BIOS amélioré
Références et exercices
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Références
– LE BIOS DE VOTRE ORDINATEUR.doc, Demarrage.doc ainsi
que LE BIOS.doc
– Les systemes d'exploitation.doc et Structure d'acces au
materiel.doc
Exercices
– Décrivez la séquence de démarrage de votre PC.
– Qu’elle est la différence entre DRAM, SRAM, RAM et RAM
CMOS?
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Cours 12, p.13
Ordinateurs, Structure
et Applications
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Cours 12b, Présentation des
systèmes d’exploitation
Etienne Tremblay
Université Laval, Hiver 2012
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Cours 12, p.14
Définition de système d’exploitation
(SE, Operating System, OS)
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Un système d’exploitation est un ensemble de programmes qui
gèrent les ressources matérielles d’un ordinateur et qui rendent ces
ressources disponibles à l’usager, de telle sorte que l’usager peut
utiliser effacement son ordinateur.
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Cours 12, p.15
Rôles du système d’exploitation
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Les principaux rôles d’un système d’exploitation sont:
– Fournir une interface usager conviviale.
– Gérer, lire et exécuter des programmes.
– Gérer les ressources matérielles de l’ordinateur.
Le but d’un système d’exploitation est de facilité l’utilisation de
l’ordinateur et de rendre son utilisation efficace.
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Cours 12, p.16
Le système d’exploitation: un programme
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Le système d’exploitation est un programme.
– Il occupe une partie de la mémoire de l’ordinateur.
– Il est chargé en mémoire par le BIOS.
– Le système d’exploitation est chargé de lancer d’autres
programmes. Il doit « abandonner » le contrôle du
microprocesseur aux autres programmes pour que ceux-ci
puissent être exécutés.
– Un système d’exploitation est toujours composé de plusieurs
parties. Il comprend un programme pour interfacer avec l’usager,
des routines pour traiter les interruptions, des interfaces
logicielles pour accéder aux fichiers sur les disques durs, etc.
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Cours 12, p.17
Un vision simplifiée des services d’un
système d’exploitation (1/2)
Usager/
Programmeur
Applications et
Utilitaires
Interface de
commandes
Gestion des
fichiers
Noyau du Système
d’Exploitation
Gestion du
réseau
Réseau
Gestion des
Entrées/Sorties
Matériel
Système d’exploitation
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Cours 12, p.18
Un vision simplifiée des services d’un
système d’exploitation (1/2)
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Un système d’exploitation doit fournir les services suivants:
– Une interface de commandes pour l’usager
– Un support pour la création de programmes
– Une gestion des fichiers
– Une gestion des programmes et applications
– Une façon de poursuivre le démarrage de l’ordinateur amorcé
par le BIOS
– Un service des interruptions (Software et Hardware)
– Une gestion des entrées/sortie et du matériel qui y est relié.
– Des services pour les réseaux et pour le matériel qui y est
associé.
– Une mesure des statistiques et performances de l’ordinateur.
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Cours 12, p.19
Les premiers ordinateurs
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Il n’y avait pas de système d’exploitation sur les premiers
ordinateurs:
– Les premiers ordinateurs étaient constitués d’un
microprocesseur, une mémoire, un périphérique d’entrée,
quelques voyants/bascules et une imprimante…
– Le programmeur introduisait le programme à exécuter dans la
mémoire du microprocesseur à partir du périphérique d’entrée
(lire lecteur de carte perforée…). Le microprocesseur était
déconnecté pendant ce temps!
– Des bascules permettaient de lancer l’exécution du programme
par le microprocesseur.
– Des voyants donnaient les statuts d’erreurs et les résultats du
programme. En cas d’erreur, le programmeur regardait
directement la mémoire…
– Un seul programme était exécuté à la fois. Il fallait s’inscrire sur
des listes afin de pouvoir utiliser l’ordinateur.
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Cours 12, p.20
Systèmes d’exploitation simples
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Les premiers systèmes d’exploitation avaient plusieurs composantes
logicielles de plus qu’un simple microprocesseur avec une mémoire.
Il s’agissait de systèmes d’exploitation «moniteurs » ou exécutant
une seule tâche à la fois:
– Le système d’exploitation est chargé en mémoire par du code en
ROM (i.e. BIOS).
– Le système d’exploitation gère des périphériques.
– Le système d’exploitation traite les interruptions du système.
– Le système d’exploitation fournit un interpréteur de commande
qui traite des requêtes de l’usager
– Le système d’exploitation peut charger un programme en
mémoire, puis de l’exécuter. Il est responsable de la séquence
de tâches exécutées par le microprocesseur.
– Le système d’exploitation fournit un ensemble de routines
disponible pour la création de programmes.
– Le système d’exploitation gère les fichiers et les accès disques.
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Cours 12, p.21
Systèmes d’exploitation multi-tâches
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Les systèmes d’exploitation modernes exécutent plusieurs
programmes « simultanément » et possèdent plusieurs
caractéristiques additionnelles:
– Le SE détermine la séquence de programmes à exécuter selon
plusieurs facteurs (priorité, utilisation d’entrées/sorties, conflit de
ressources, etc.)
– Le SE offre des protections et des niveaux de sécurité au niveau
des accès aux ressources de l’ordinateur.
– Le SE gère une mémoire et des ressources pouvant être
communes à plusieurs processus.
– Le SE établit des statistiques sur le système.
– Le SE gère la communication avec d’autres ordinateurs.
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Cours 12, p.22
Références et exercices
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Références
– Irv Englander: Section 13.1, 13.2 (début) et 13.8
– William Stallings: Section 8.1
– Les systemes d'exploitation.doc et Structure d'acces au
materiel.doc
Exercices
– Qu’est-ce qu’un système d’exploitation?
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Cours 12, p.23