Компьютерная система состоит из модулей – процессора, памяти и внешних устройств, каждое из которых управляется своим контроллером, соединенных между собой системной шиной. В современных компьютерных системах имеются такие модули, как процессор, память, общая шина PCI, порты – USB, COM, IEEE 1394, SCSI, HDMI и другие,. SCSI-порт допускает подключение к нему гирлянды устройств. Инфракрасный порт (IrDA) неудобен и фактически устарел. Беспроводной интерфейс Bluetooth используется для связи компьютера с мобильным устройством, наушниками, плеером.
Модули компьютерной системы – процессор, память и внешние устройства с их контроллерами – функционируют параллельно. Контроллер имеет локальный буфер, через который осуществляется обмен с устройством. Оптимизация – режим DMA, при котором роль буферной памяти играет часть оперативной памяти. При необходимости выполнения ввода-вывода процессор информирует систему об этом через прерывание. По окончании операции контроллер также генерирует прерывание.
Обработка прерываний осуществляется через резидентный вектор прерываний, содержащий адреса подпрограмм обработки прерываний – модулей ОС. ОС – это фактически программа, управляемая прерываниями. Она вызывается либо по прерыванию, либо по программируемому прерыванию (ловушке), либо системным вызовом подпрограммы ОС из программы пользователя. В системе имеется очередь прерываний, с помощью которой обрабатывается последовательно вся цепочка возникающих прерываний. При прерывании ОС сохраняет состояние процессора, обработчик прерывания определяет, какого типа прерывание произошло и какие действия следует предпринять по его обработке. Возможны прерывания по таймеру с целью периодического опроса устройств.
Ввод-вывод может быть синхронным и асинхронным. Для обработки ввода-вывода ОС хранит и использует таблицу состояния устройств.
Устройства памяти имеют свою иерархию, от самых быстрых к наиболее медленным. Для оптимизации обращения к более медленной памяти используется ассоциативная память (кэш), организуемый в более быстрой памяти. Наиболее распространенные виды внешней памяти – жесткие диски, а также флэш-память, CD, DVD и BluRay – диски.
Для защиты памяти и всей системы вводятся два режима исполнения – привилегированный (для ядра ОС) и непривилегированный (для обычных программ). Для защиты памяти используются два регистра – базы и границы, задающие границы области памяти, выделенной пользовательской программе.Все команды ввода-вывода – привилегированные. Бит режима задает текущий режим выполнения. Ввод-вывод реализуется с помощью системных вызовов.
В системах с теговой архитектурой защита памяти осуществляется в помощью адресных слов со специальными тегами – дескрипторов. Дескриптор содержит адрес начала массива, длину и признаки защиты.
Прерывания по таймеру организуются системой для опроса устройств и для реализации режима разделения времени.