Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос icon

Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос


Скачать 250.25 Kb.
НазваниеСостав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос
страница2/4
Размер250.25 Kb.
ТипДокументы
1   2   3   4
^

Пакетная обработка


Пакетная обработка используется для достижения максимальной эффективности использования ресурсов вычислительной машины при выполнении вычислительных задач путём сбалансированной загрузки её компонентов, как например, АЛУ и УВВ. Задачи, планируемые к выполнению, называются пакетом. Переключение между задачами в пакетном режиме инициируется выполняющейся в данный момент задачей, поэтому промежутки времени выполнения той или иной задачи неопределены.


^

Системы разделения времени


Системы разделения времени используются для «одновременного» выполнения нескольких программ в интерактивном режиме. В отличие от пакетного режима, все программы получают определённые временные промежутки времени для выполнения, затем система инициирует переключение. Выделяемые временные интервалы могут быть равными для всех задач, а могут определяться их приоритетами.



  1. Пояснить понятия: Системные вызовы, Прерывания, Исключительные ситуации, Файлы, Процессы и Нити.
Системные вызовы (system calls) – это интерфейс между операционной системой и пользовательской программой. Они создают, удаляют и используют различные объекты, главные из которых – процессы и файлы. Пользовательская программа запрашивает сервис у операционной системы, осуществляя системный вызов. Имеются библиотеки процедур, которые загружают машинные регистры определенными параметрами и осуществляют прерывание   процессора, после чего управление передается обработчику данного вызова, входящему в ядро операционной системы. Цель таких библиотек – сделать системный вызов похожим на обычный вызов подпрограммы.
Основное отличие состоит в том, что при системном вызове задача переходит в привилегированный режим или режим ядра (kernel mode). Поэтому системные вызовы иногда еще называют программными прерываниями, в отличие от аппаратныхпрерываний, которые чаще называют просто прерываниями.
Прерывание (hardware interrupt) – это событие, генерируемое внешним (по отношению к процессору ) устройством. Посредством аппаратных прерыванийаппаратура либо информирует центральный процессор о том, что произошло какое-либо событие, требующее немедленной реакции (например, пользователь нажал клавишу), либо сообщает о завершении асинхронной операции ввода-вывода (например, закончено чтение данных с диска в основную память). Важный тип аппаратных прерываний  прерывания таймера, которые генерируются периодически через фиксированный промежуток времени. Прерывания таймера используются операционной системой при планировании процессов. Каждый тип аппаратных прерываний имеет собственный номер, однозначно определяющий источник прерывания. Аппаратное прерывание – это асинхронное событие, то есть оно возникает вне зависимости от того, какой код исполняется процессором в данный момент. Обработка аппаратного прерывания не должна учитывать, какой процесс является текущим.
Исключительная ситуация (exception) – событие, возникающее в результате попытки выполнения программой команды, которая по каким-то причинам не может быть выполнена до конца. Примерами таких команд могут быть попытки доступа к ресурсу при отсутствии достаточных привилегий или обращения к отсутствующей странице памяти. Исключительные ситуации, как и системные вызовы, являются синхронными событиями, возникающими в контексте текущей задачи.Исключительные ситуации можно разделить на исправимые и неисправимые. К исправимым относятся такие исключительные ситуации, как отсутствие нужной информации в оперативной памяти. После устранения причины исправимой исключительной ситуации программа может выполняться дальше. Возникновение в процессе работы операционной системы исправимых исключительных ситуаций считается нормальным явлением. Неисправимые исключительные ситуации чаще всего возникают в результате ошибок в программах (например, деление на ноль). Обычно в таких случаях операционная система реагирует завершением программы, вызвавшей исключительную ситуацию.

Файлы предназначены для хранения информации на внешних носителях, то есть принято, что информация, записанная, например, на диске, должна находиться внутри файла. Обычно под файлом понимают именованную часть пространства на носителе информации.

Главная задача файловой системы (file system) – скрыть особенности ввода-вывода и дать программисту простую абстрактную модель файлов, независимых от устройств. Для чтения, создания, удаления, записи, открытия и закрытия файлов также имеется обширная категория системных вызовов (создание, удаление, открытие, закрытие, чтение и т.д.).

 Понятие процесса характеризует некоторую совокупность набора исполняющихся команд, ассоциированных с ним ресурсов (выделенная для исполнения память или адресное пространство, стеки, используемые файлы и устройства ввода-вывода и т. д.) и текущего момента его выполнения (значения регистров, программного счетчика, состояние стека и значения переменных), находящуюся под управлением операционной системы.

Усилия, направленные на ускорение решения задач в рамках классических операционных систем, привели к появлению новой абстракции внутри понятия "процесс" – нити исполнения или просто нити. Нити процесса разделяют его программный код, глобальные переменные и системные ресурсы, но каждая нить имеет собственный программный счетчик, свое содержимое регистров и свой стек. Теперь процесс представляется как совокупность взаимодействующих нитей и выделенных ему ресурсов. Нити могут порождать новые нити внутри своего процесса, они имеют состояния, аналогичные состояниям процесса, и могут переводиться операционной системой из одного состояния в другое.



  1. Архитектура ОС. Монолитное ядро. Многоуровневые системы.
^

Монолитное ядро




 монолитное ядро – это такая схема операционной системы, при которой все ее компоненты являются составными частями одной программы, используют общие структуры данных и взаимодействуют друг с другом путем непосредственного вызова процедур. Для монолитной операционной системы ядро совпадает со всей системой.

Во многих операционных системах с монолитным ядром сборка ядра, то есть его компиляция, осуществляется отдельно для каждого компьютера, на который устанавливается операционная система. При этом можно выбрать список оборудования и программных протоколов, поддержка которых будет включена в ядро. Так как ядро является единой программой, перекомпиляция – это единственный способ добавить в него новые компоненты или исключить неиспользуемые. Следует отметить, что присутствие в ядре лишних компонентов крайне нежелательно, так как ядро всегда полностью располагается в оперативной памяти. Кроме того, исключение ненужных компонентов повышает надежность операционной системы в целом.

Монолитное ядро – старейший способ организации операционных систем. Примером систем с монолитным ядром является большинство Unix-систем.


^

Многоуровневые системы (Layered systems)


Продолжая структуризацию, можно разбить всю вычислительную систему на ряд более мелких уровней с хорошо определенными связями между ними, так чтобы объекты уровня N могли вызывать только объекты уровня N-1. Нижним уровнем в таких системах обычно является hardware, верхним уровнем – интерфейс пользователя. Чем ниже уровень, тем более привилегированные команды и действия может выполнять модуль, находящийся на этом уровне. Впервые такой подход был применен при создании системы THE (Technishe Hogeschool Eindhoven) Дейкстрой (Dijkstra) и его студентами в 1968 г. Эта система имела следующие уровни:

c:\users\kristina\desktop\1-2.gif Слоеная система THE



  1. Архитектура ОС. Виртуальные машины. Микроядерная архитектура. Смешанные системы.
^

Микроядерная архитектура


Современная тенденция в разработке операционных систем состоит в перенесении значительной части системного кода на уровень пользователя и одновременной минимизации ядра. Речь идет о подходе к построению ядра, называемом микроядерной архитектурой (microkernel architecture) операционной системы, когда большинство ее составляющих являются самостоятельными программами. В этом случае взаимодействие между ними обеспечивает специальный модуль ядра, называемый микроядром. Микроядро работает в привилегированном режиме и обеспечивает взаимодействие между программами, планирование использованияпроцессора, первичную обработку прерываний, операции ввода-вывода и базовое управление памятью.

c:\users\kristina\desktop\1-4.gif

 Микроядерная архитектура операционной системы

^

Виртуальная машина



Виртуальная машина исполняет некоторый машинно-независимый код (например, байт-код, шитый код, p-код) или машинный кодреального процессора. Помимо процессора, ВМ может эмулировать работу как отдельных компонентов аппаратного обеспечения, так и целого реального компьютера (включая BIOS, оперативную память, жёсткий диск и другие периферийные устройства). В последнем случае в ВМ, как и на реальный компьютер, можно устанавливать операционные системы (например, Windows можно запускать в виртуальной машине под Linux или наоборот). На одном компьютере может функционировать несколько виртуальных машин (это может использоваться для имитации нескольких серверов на одном реальном сервере с целью оптимизации использования ресурсов сервера).

^

Смешанные системы


Все рассмотренные подходы к построению операционных систем имеют свои достоинства и недостатки. В большинстве случаев современные операционные системы используют различные комбинации этих подходов. Так, например, ядро операционной системы Linux представляет собой монолитную систему с элементами микроядерной архитектуры. При компиляции ядра можно разрешить динамическую загрузку и выгрузку очень многих компонентов ядра – так называемых модулей. В момент загрузки модуля его код загружается на уровне системы и связывается с остальной частью ядра. Внутри модуля могут использоваться любые экспортируемые ядром функции.

Другим примером смешанного подхода может служить возможность запуска операционной системы с монолитным ядром под управлением микроядра. Так устроены 4.4BSD и MkLinux, основанные на микроядре Mach. Микроядро обеспечивает управление виртуальной памятью и работу низкоуровневых драйверов. Все остальные функции, в том числе взаимодействие с прикладными программами, осуществляется монолитным ядром. Данный подход сформировался в результате попыток использовать преимущества микроядерной архитектуры, сохраняя по возможности хорошо отлаженный код монолитного ядра.

Таким образом, Windows NT можно с полным правом назвать гибридной операционной системой.



  1. Классификация ОС по признакам многозадачности, многопользовательского режима, многопроцессорности, реального времени.

Существует несколько схем классификации операционных систем.
^

Реализация многозадачности


По числу одновременно выполняемых задач операционные системы можно разделить на два класса:

  • многозадачные (Unix, OS/2, Windows);

  • однозадачные (например, MS-DOS).

Многозадачная ОС, решая проблемы распределения ресурсов и конкуренции.

Многозадачный режим, который воплощает в себе идею разделения времени, называется вытесняющим (preemptive). Каждой программе выделяется квант процессорного времени, по истечении которого управление передается другой программе. Говорят, что первая программа будет вытеснена. В вытесняющем режиме работают пользовательские программы большинства коммерческих ОС.

В некоторых ОС (Windows 3.11, например) пользовательская программа может монополизировать процессор, то есть работать в невытесняющем режиме. Как правило, в большинстве систем не подлежит вытеснению код собственно ОС. Ответственные программы, в частности задачи реального времени, также не вытесняются. Более подробно об этом рассказано в лекции, посвященной планированию работы процессора.
^

Поддержка многопользовательского режима


По числу одновременно работающих пользователей ОС можно разделить на:

  • однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x);

  • многопользовательские (Windows NT, Unix).

Наиболее существенное отличие между этими ОС заключается в наличии у многопользовательских систем механизмов защиты персональных данных каждого пользователя.
^

Многопроцессорная обработка


Вплоть до недавнего времени вычислительные системы имели один центральный процессор. В результате требований к повышению производительности появилисьмногопроцессорные системы, состоящие из двух и более процессоров общего назначения, осуществляющих параллельное выполнение команд. Поддержка мультипроцессирования является важным свойством ОС и приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. Многопроцессорная обработка реализована в таких ОС, как Linux, Solaris, Windows NT, и ряде других.

Многопроцессорные ОС разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных ОС на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро, и задача может быть выполнена на любом процессоре, то есть обработка полностью децентрализована. При этом каждому из процессоров доступна вся память.

В асимметричных ОС процессоры неравноправны. Обычно существует главный процессор (master) и подчиненные (slave), загрузку и характер работы которых определяет главный процессор.
^

Системы реального времени


Они используются для управления различными техническими объектами или технологическими процессами. Такие системы характеризуются предельно допустимым временем реакции на внешнее событие, в течение которого должна быть выполнена программа, управляющая объектом. Система должна обрабатывать поступающие данные быстрее, чем они могут поступать, причем от нескольких источников одновременно.

Столь жесткие ограничения сказываются на архитектуре систем реального времени, например, в них может отсутствовать виртуальная память, поддержка которой дает непредсказуемые задержки в выполнении программ. (См. также разделы, связанные с планированием процессов и реализацией виртуальной памяти.)



  1. Архитектура ЦП. Принцип работы и взаимодействие с периферией.

Выполнение различных операций с данными осуществляется изолированной частью компьютера, называемой центральным процессором (ЦП). ЦП также имеет ячейки для запоминания информации, называемые регистрами. Их разделяют на регистры общего назначения и специализированные регистры. В современных компьютерах емкость регистра обычно составляет 4–8 байт. Регистры общего назначения используются для временного хранения данных и результатов операций. Для обработки информации обычно организовывается передача данных из ячеек памяти в регистры общего назначения, выполнение операции центральным процессором и передача результатов операции в основную память.

Специализированные регистры используются для контроля работы процессора. Наиболее важными являются: программный счетчик, регистр команд и регистр, содержащий информацию о состоянии программы.

Программы хранятся в виде последовательности машинных команд, которые должен выполнять центральный процессор. Каждая команда состоит из поля операции и полей операндов, то есть тех данных, над которыми выполняется данная операция. Весь набор машинных команд называется машинным языком.

Выполнение программы осуществляется следующим образом. Машинная команда, на которую указывает программный счетчик, считывается из памяти и копируется в регистр команд. Здесь она декодируется, после чего исполняется. После выполнения команды программный счетчик указывает на следующую команду. Эти действия, называемые машинным циклом, затем повторяются.
^

Взаимодействие с периферийными устройствами


Периферийные устройства предназначены для ввода и вывода информации. Каждое устройство обычно имеет в своем составе специализированный компьютер, называемый контроллером или адаптером. Когда контроллер вставляется в разъем на материнской плате, он подключается к шине и получает уникальный номер (адрес). После этого контроллер осуществляет наблюдение за сигналами, идущими по шине, и отвечает на сигналы, адресованные ему.

Любая операция ввода-вывода предполагает диалог между ЦП и контроллером устройства. Когда процессору встречается команда, связанная с вводом-выводом, входящая в состав какой-либо программы, он выполняет ее, посылая сигналы контроллеру устройства. Это так называемый программируемый ввод-вывод.

В свою очередь, любые изменения с внешними устройствами имеют следствием передачу сигнала от устройства к ЦП. С точки зрения ЦП это является асинхронным событием и требует его реакции. Для того чтобы обнаружить такое событие, между машинными циклами процессор опрашивает специальный регистр, содержащий информацию о типе устройства, сгенерировавшего сигнал. Если сигнал имеет место, то ЦП выполняет специфичную для данного устройства программу, задача которой – отреагировать на это событие надлежащим образом (например, занести символ, введенный с клавиатуры, в специальный буфер). Такая программа называется программой обработки прерывания, а само событие прерыванием, поскольку оно нарушает плановую работу процессора. После завершения обработки прерывания процессор возвращается к выполнению программы. Эти действия компьютера называются вводом-выводом с использованием прерываний.

В современных компьютерах также имеется возможность непосредственного взаимодействия между контроллером и основной памятью, минуя ЦП, – так называемый механизм прямого доступа к памяти.



  1. Понятие Процесса и его состояния. Условия изменения состояния
1   2   3   4

Похожие:

Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconСостав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос
Любая вычислительная система состоит, во первых из того, что в англоязычных странах принято называть словом hardware, или техническое...
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconПонятие системного программного обеспечения и прикладного программного обеспечения. Отличие спо и ппо. Кольцевая схема вычислительной системы
То комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная...
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconТема Программное обеспечение ЭВМ
Классификация программного обеспечения 1 Краткий обзор прикладного и сервисного программного обеспечения 2 Что такое операционная...
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconПрактическая работа №1. Установка операционной системы Windows. Состав системного программного обеспечения ос windows. Цель работы
Практическая работа №1. Установка операционной системы Windows. Состав системного программного обеспечения ос windows
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconИнструкция по обновлению программного обеспечения при помощи программы FlashTool
Программа FlashTool используется для загрузки программного обеспечения в память телефона Fly. Прошивка телефона производится для...
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconКафедра программного обеспечения вычислительной техники курсовая работа (проект)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconСведения о себе
Среднее специальное (факультет Вычислительной Техники и Программного обеспечения (ВТиПО) Центрально-Азиатского Технико-Экономического...
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconК вопросу о классификации программных ошибок Березкин Д. В. Определение понятия «ошибка в программе»
Классификация ошибок в зависимости от их места в жизненном цикле программного изделия 14
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconДисциплина к госэкзамену 2014г для пиэ "Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций"
Дайте определение телекоммуникационной вычислительной сети и ее основных компонентов
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconДисциплина к госэкзамену 2012г для пиэ "Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций"
Дайте определение телекоммуникационной вычислительной сети и ее основных компонентов
Состав вычислительной системы. Классификация по. Слои программного обеспечения и их взаимодействие. Определение ос iconПравила построения сетевых графиков Расчет временных параметров сетевых графиков. Оптимизация сетевого графика
Основные понятия теории систем (классификация, определение, качество функционирования системы, характеристики элементов, порядок...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы