Basic System 的基本架构

by Daniel 2020-02-23

一、基本结构

外部系统

• 因为我们这个系统是需要在外部系统上运行的，也就是在需要在 MacOS、Windows、Linux 上运行，所以我们需要解决系统兼容性的问题。

• 最后需要把我们的程序封装起来，因为C++写出来的程序很多都是在exe文件，如果需要在Mac上运行的话，可能会更加麻烦一些。

子环境

• 我们的所有的代码都是储存在这个子环境之中，也就是我们需要些的部分。

• 包括：

  • RAM 运行内存；
    

  • ROM 只读储存器；
    

  • 指令集 （Fake ROM）
    

RAM

1. 结构：

   • 内存中所有的数据都是 0 或 1，这样的二元数据；
   • 是一个 n*4 的 2D 型的内存，每一个 byte 都是一个 4 bits 的4位储存结构；
   • 需要向量化处理，每一个 byte 都可以用 ${content, index, usage}$ 来表示；
   • 只能暂时储存数据，每次打开关闭程序，RAM会重新初始化；
   • $content$ 就是一个 0 0 0 0 , 1 0 1 0, 1 1 1 1这样的组合；
   • $index$ 就是这个 byte 的索引，似乎只用一维的数据就好了，但是如果考虑到更复杂的情况下，可能会进行维度的提升；
   • $usage$ 就是这个 byte 有没有被使用。

2. Allocation and Release; 详见天石的proposal。

3. 多进程问题： 因为考虑到多进程的问题，所以需要考虑到RAM是否需要分区的问题，动态分区，固定分区，还是其他怎么分区的办法。

4. 内存大小： 如果需要在RAM中暂存的数据超过了内存或者内存分区的大小，需要怎么办？

ROM

• 结构与RAM基本相同，区别在于能够永久储存数据。

• input 与 output 在 ROM 中的数据怎么才能传入到 RAM 中去；在 RAM 中的数据怎么写入到 ROM 中来。

• 文件储存的形式，如何生成新的文件，如何储存？

• 是否需要多层次处理，如何处理储存路径的问题。如果新建路径的话，需要怎么储存路径？

指令集（Fake ROM）

• 这部分是需要我们用C++完成的程序指令，我做了一些简单的分类，包括了以下几部分：

  • 模拟BIOS
    

  • 主程序 (Main system code)
    

  • UI (GUI or terminal like)
    

  • 代码库 (Coding library)
    

  • 编码规则 (Coding rule)
    

• 具体的内容见后面

• PS1:因为在真正的系统中，这些东西都是储存在 ROM 中的，但是因为我们的数据储存结构实在是太菜了，而且我们都不会汇编语言，所以就用C++来完成这些代码吧！加油 ~

• PS2:因为我也不是很懂这方面的东西，肯定会有很多疏漏之处，所以希望大家能够一起来丰富这部分的内容！

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二、指令集结构

模拟BIOS

• 真正的 BIOS 是电源开启后立即启动，会进行硬件自检，然后加载主系统。

• 我们的模拟破产版 BIOS 只需要初始化 RAM 和 ROM，是否需要加载其他的硬件呢？

• 之后加载我们的主系统，加载完主系统后 BIOS 会自动退出。

主系统

• 我们的主系统并没有在我们的 RAM 中运行，而是在外部环境中运行的，不知道这样是否可行。

• 在主系统开始运行后，会自动调用一些 Code Library 中必须加载的东西，比如：

  • GUI 的加载
  • 与 RAM 和 ROM 对接的端口
  • RAM 与 ROM 是否正常的监测程序
  • ...

GUI

• 我们是用 GUI 呢，还是用 terminal-like 的界面呢？

• GUI 的情况下，系统需要如何读取，鼠标键盘对窗口、图标、界面的操作？

• terminal 的情况下，我们需要编写什么样的指令？

编码规则

• 可以模仿 utf-8, ASCII 这样的编码模式。因为我们是 2-D,4-bits 的储存系统，有没有适合我们的编码规则？还是需要我们自己进行编码。

• 如何让 OS 在0和1与数字字母两种方式中进行转换？

代码库/Code Implementation

1. Test application

• 需要用来跑的应用，比如说计算器，扫雷，时钟。
• 考虑一下我们的系统只能对 0 和 1 进行操作，所以不能太复杂

2. Input and Output function

• Application 中传入和传出的数据怎么在内存中读取和吸入，指向内存中的哪一个部分。
• 是否需要一个统一的端口来统一控制应用I&O。

3. Multiprocess

• Multiprocess 的集中情况
• one by one
• random
• drill 像转盘一样

4. Reference of mouse and key

• 需要获取外部系统的鼠标位置和硬盘输入。

5. GUI

Solutions	Advantages	Disadvantages	Decision
(1) Command line	Simple!	Worst visual aid	Just in case...the other two are too difficult 😅
(2) User Interface markup language	Plenty of supporting libraries; easy implementation	Not C++	I'll try it out anyways
(3) C++ Web Development Framework	Using C++, recommended by prof 👍	Less supporting resources	Save this for later
(4) Qt GUI widgets	Using C++, recommended by prof 👍, comes with Qt Creator		Let's do this

Proposal

1. Strategy

• Coding the user interface of simulated operating system using pure C++ code
• Making use of Qt GUI libraries and widgets
• Simplicity > Functionality > Appearance at the first stage

2. Sample result 

6. Exception

• 程序异常怎么处理？
• 模拟硬件 RAM 中断怎么处理？

7. Security

• 是否需要用户控制？
• 是否需要加密？

8. Storage Path

• 在写入 ROM 里面的数据，是否需要自己的储存路径？
• 如何按照文件夹来储存，如何确定储存地址？

9. ...