Stefan Bosse - Grundlagen der Betriebssysteme - Modul T Zeitmanagement ::

Zeitmanagement

Stefan Bosse - Grundlagen der Betriebssysteme - Modul T Zeitmanagement :: Timer

Timer

In einem Betriebssystem müssen häufig zeitliche Abläufe synchronisiert werden.

• Zeitauflösung für Ereignisse könnte Mikro- oder Millisekunden sein

  • Eine solch hohe Auflösung ist aber meistens nicht erforderlich
  • Beispiel: Ein Mikroprozessr arbeitet mit einem Kerntakt von 72MHZ. Dann beträgt die minimale Ausführungszeit einer Maschineninstruktion ca. 20 ns, typischerweise nebötigt ein Funktionaufruf einer kleinen Funktion ca. 50 Instruktionen, was 1 μs entspricht.

• Daher wird in den meisten Betriebssystemen eine virtuelle Zeiteinheit genutzt, die Ticks.

  • Ein Tick entspricht Zeitintervallen typischerweise im Breich 10-100 ms
  • Prozessscheduling wird bei Zeitscheibenverfahren in Ticks behandelt, d.h. eine Zeitscheibe häufig ein Tick

Stefan Bosse - Grundlagen der Betriebssysteme - Modul T Zeitmanagement :: Programmable Interval Timer

Programmable Interval Timer

Wikipedia

Der Programmable Interval Timer (PIT) war ursprünglich ein spezieller Baustein (Chip) im IBM-PC, der für die zeitliche Steuerung von Prozessen sorgte. Die am häufigsten verwendeten Timer-Chips waren die Typen 8253 und 8254 von Intel mit drei 16-Bit breiten Zählern.

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Programmable Interval Timer

A. Sahu, Dept. of Comp. Sc. & Eng. IIT Guwahati Die Architektur eines PITs (8254)

• Die Ausgänge der drei Zähler können/sind mit dem Interruptcontroller verbunden

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Programmable Interval Timer

• Der PIT wird, unabhängig von der Rechnergeschwindigkeit, stets im Takt von (idealerweise) 1,19318181818… MHz betrieben; das ist 1/3 der Farbträger-Frequenz des NTSC-Fernsehsystems!
• In den ersten PCs von IBM wurde diese merkwürdig anmutende Frequenz gewählt, da für die Einbindung einer CGA-Grafikkarte, die auch Fernsehgeräte als Monitor verwenden konnte, ohnehin ein Quarz mit einem Vielfachen des Farbträgers vorhanden sein musste.
• Aus diesem Quarz konnte die PIT-Frequenz dann leicht mittels Frequenzteilung gewonnen werden; diese Vorgehensweise war günstiger als der Einsatz weiterer Quarze, da mit nur einem Quarz in der Schaltung keine störenden Schwebungen das Bildsignal beeinträchtigen können, die dann mit weiterem Schaltungsaufwand herausgefiltert werden müssten.
• Auch der CPU-Takt der ersten PCs von 4,772727 MHz ergab sich aus einer solchen Erwägung, er betrug 4/3 der Farbträgerfrequenz.

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Programmable Interval Timer

Der PIT hat verschiedene Betriebsarten:

1. Standard Interrupt Modus: Interrupt bei Erreichen eines einstellbaren Zählwerts (Über- oder Unterlauf)
2. Periodischer Modus: Erzeugung eines Rechtecksignals
3. Periodischer Modus: Erzeugung von Pulssignalen
4. Software Modus: Softwaresteuerung des Zählers

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Programmable Interval Timer

• Im Standard-Modus zählt der Timer vom Startwert (maximal 65535) auf 0 hinunter und fängt beim folgenden Überlauf wieder von vorne an.
• Bei jedem solchen Überlauf sendet er ein Signal, den Timer-Interrupt (IRQ0), an den Prozessor.
• Wenn man die Taktfrequenz durch die Takte bis zum erneuten Überlauf dividiert, erhält man die Frequenz, mit der der IRQ0 erzeugt wird.
• Unter MS-DOS und älteren Windows-Versionen bis einschließlich Windows 98 und Windows ME wurde der Maximalwert 65535 in den Timer geladen, man erhält somit 1193181,8181… Hz / 65536 = ca. 18,2065 Hz.
• Es kommt auf diese Art ein Intervall von ca. 55 ms zwischen den Aufrufen des IRQ 0 zustande.
• Modernere Betriebssysteme (Linux, Windows NT und Abkömmlinge) verwenden kürzere Intervalle zwischen 1 und 10 ms.

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Programmable Interval Timer

Mehr Info gibt es hier:

https://wiki.osdev.org/Programmable_Interval_Timer

Stefan Bosse - Grundlagen der Betriebssysteme - Modul T Zeitmanagement :: Ticks,Frequenzen, Zeiten und Timer

Ticks,Frequenzen, Zeiten und Timer

Folgende Parameter sind die Zutaten des Zeitmanagements im Betreibssystem:

$$\text{TIMER_FREQ}={1193182}\\ \text{TICKS_PER_SECOND}={20}\\ \text{TICKS_MILLITIME}=\frac{{1}}{\text{TICKS_PER_SECOND}}\\ \text{TIMER_COUNT}=\frac{\text{TIMER_FREQ}}{\text{TICKS_PER_SECOND}}$$

D.h. der Timer muss immer mit TIMER_COUNT intialisiert werden um die Vorgabe TICKS_PER_SECOND zu erreichen.

• Im Basekernel werden die Ticks als Clicks bezeichnet.

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Ticks,Frequenzen, Zeiten und Timer

• Benötigt man eine genauere Zeitmessung so müssen entweder andere Timer oder der aktuelle Timercount des PIT benutzt werden.

• Bekannt ist mindestens die Anzahl der Ticks (Clicks), dann kann man den aktuellen Zählerwert des PIT auslesen und kann die Zeit zwischen zwei Ticks intgerpolieren.

• Bei ca. 1 MHZ Timerfrequenz ist die kleinste Auflösung 1 μs.