00-00001 (Лекции по Основам ВТ), страница 2

БУФЕРИЗАЦИЯ. БУФЕР- область основной памяти предназначеной для промежуточного хранения данных при выполнении операций ввода/вывода . Скорость выполнения операций ввода/вывода зависит от многих факторов: главная -характеристика устройства вв/в. Различают простую и 2-ю буферизацию. При простой канал помещает данные в буфер . Процессор обрабатывает эти данные . Последовательный процесс обработки. Метод 2-й буферизации позволяет совмещать операцию ввода/вывода с обработкой данных. Когда канал заносит данные в один буфер процессор может обрабатывать данные другого буфера.

Защита памяти. Очень важна –условие для нормальной работы многоабоненских вычислительных систем колективного пользования. Защита памяти ограничивает диапазон адресов в котором разрешены обращ к проге. Защиту памяти для проги занимающей непрерывный блок ячеик памяти можно реализовать при помощи граничных регистров где указываются старшие и младшие адреса этого блока памяти. Защиту памяти можно реализовать с помощью ключевой защиты памяти . Чаще делают 2-м ключом: программным и аппаратным.

Захват цикла. Узкое место где может возникнуть конфликтная ситуация м/у каналами ЦП -это доступ к основной памяти. В каждый конкретный момент времени может происходить одна операция обращения к некоторому модулю основной памяти, тк каналу и процессору одновременно может потребоватся обращение к основной памяти , а в этом случае приоритет представляется каналам. Этот процесс наз-ся захватом цикла памяти, в процессе которого канал активно захватывает цикл обращения у процессора. Все современные ОС без исключения с их основными компонентами и планировщиками отдают предпочтение прогам с большим обьемом инфы ввода/вывода по отношению к прогам с большим объемом вычисления.

Режим задачи,супервизора,приоритетные команды. В вычислительных машинах предусматриваются несколько режимов работы: динамический выбор режима позволяет лучшим образом организовать защиту прог и данных . В обычном режиме работающая прога может выполнить только некоторое подмножество команд. Так программам пользователя неразрешаются все операции ввода/вывода т.к он мог бы вывести главный список паролей системы, или инфу любого другого пользователя. ОС присваивается статус высшего приоритета и она как правило работает в режиме супервизора имеющая доступ ко всем командам машины. Для большинства современных ЭВМ этого разделения на 2 режима вполне достаточно. Однако в случае машин с высокими требованиями по защите от несанкционированного доступа желательно иметь более двух режимов работы. За счет этого можно увеличить степень защиты на программном уровне . Можно обеспечить доступ где каждому пользователю предоставляется минимальный приоритет права доступа к тем ресурсам которые нужны для решения его задач . В процессе развития компьютерных архитектур выявились тенденции к увеличению приоритетных команд которые не могут выполнятся в режиме задач.

Виртуальная память. Сист. виртуальной памяти дают возможность указать в прогах адреса которым не обязательно соответствовать физическим адресам основной памяти. Виртуальные адреса выдаваемые работающими прогами при помощи аппаратных ср-в динамически выполняются, преобразуются в адреса команд и данные, хранящиеся в основной памяти. Сист вирт памяти позволяют прогам работать с адресными пространствами гораздо большого размера , чем адр-е пространство основной памяти . Их основное достоинство они позволяют созд-ть программы независимо от ограничений основной памяти. В сист виртуальной памяти применяются также методы :страничная огрганизацияя и сегментация. В первом случае предусматривается обмен м/у основной и внешней памятью, блоками данных фиксированного размера. Во втором случае проги и данные разделяются на логические компоненты- сегменты. Мультипроцессорная обработка : в мульти процессорных машинах несколько процессоров одновременно работают с общим полем памяти и одной ОС. При мультипроцессорной работе возможно возникновение конфликтов(которых в принципе не бывает в однопроцесорных). Необходимо обеспечить упорядоченный доступ к каждой общей ячейки памяти так чтобы 2 и более процессоров не могли одновременно изменять ее содержимое. Это необходимо в тех случаях, когда один процессор пытается изменить содержимого ячейки котор. хочет прочитать другой процессор.

Прямой доступ к памяти. Одним из способов достижения высокой производительности ЭВМ является минимизация количества прерываний происходящих в процессе выполнения программы. Существующий для этого ПДП требует лишь одного прерывания на каждый блок символов, передаваемых во время операций ввода/вывода. Благодаря этому обмен данными осуществляется значительно быстрее чем в случае когда процессор прерывается при передаче одного символа. После начала операций ввода/вывода символы передаются в основную память по принципу захвата канала цикла (канал захватывает шину связи процессора с основной памятью на короткое время передачи одного символа после чего процессор продолжает работу). Когда внешнее устройство готово к передаче блока оно “прерывает” процессор. В случае ПДП состояние проца запоминать не требуется. ПДП – способ повышения производительности в системах с большим объемом операций ввода/вывода.

Конвейризация- апаратный способ, применяемый в высоко производительных машинах с целью использования опрделенных типов обработки* команд паралельно для повышения эфективности. Структура конвеерного примера можно представить как технологическую линию производства предприятия ** тех процес. На конвеере процессора на различных стадиях выполнения одновременно могут находится несколько команд.

Иерархия памяти- Современные ЭВМ содержат несколько видов памяти: основная, внешняя, КЕШ память .В основной памяти должны размещатся команды и данные к которым будет обращатся работающая программа. ЭМУЛЯЦИЯ-метод позволяющий сделать одну вычислительную машину функционально эквивалентной другой. Набор команд машинного языка эмулируемого компа микропрограмируется на эмулирующем компе благодаря этому программы представленные на языке 1-го компа могут выполнятся на 2-м без ограничений.Современные фирмы широко используют эмуляцию для своих продвинутых приложений..

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ- под процессом понимается прога в стадии выполнения, ассинхронная работа , которой выделяет процессоры диспетчируюмый модуль. Говорят что процесс выполняется если ему в данный времени выделяется процессор. Процесс находится в состоянии готовности если он может сразу использовать центральный процессор. Заблокированным если он находится в состоянии ожидания . В одно процессорной машине в каждый момент времени может реально выполнятся только один процесс , в состоянии готовности могут находится несколько процессов. Благодаря этому можно создать список готовых к выполнению процессов который упорядочевается по приоритету. Так что ЦП выполняетт самый приоритетный процесс. Список заблокированых процессов не упорядочен. Разблокировка в порядке той очереди как они заблокированы. Когда в систему поступает некоторое задание она создает соответствующий процесс который затем устанавливается в конец списка готовых процессов этот процесс постепенно продвигается к главной части списка по мере завершения выполнения предыдущих процессов. Когда процесс оказывается первым и когда освобождается ЦП то говорят что происходит смена состояния процессора . Который в свою очередь переходит в состояние выполнения. ГОТОВНОСТЬ –запускПЕРЕХОД В ФАЗУ ВЫПОЛНЕНИЯ –-блокировка БЛОКИРОВАНИЕ –пробуждениеПРИОСТАНОВКА* ГОТОВНОТЬ –возобновление процессаГОТОВНОСТЬ . Предоставление ЦП первому процессу списка готовых процессов называется запуском. Или выбором процесса для выполнения (это производится системной программой диспетчером). Ос в таймере прерываний определяет временной интервал (квант времени) в течении которого данному процессу пользователя разрешается занимать центральный процессор. Если процесс не освобождает ЦП до указанного времени то таймер вырабатывает сигнал прерывания по которому управление будет передано ОС. Представителем процессов в ОС явл-ся блок управления процессом(БУП). Это структура данных содержащая следующую инфу- текущее состояние процессора , уникальный идентификатор процесса, приоритет процесса, указатели памяти процесса, указатели выделеных процессу ресурсов, область сохранения регистров.

ОПЕРАЦИИ НАД ПРОЦЕССАМИ. 1) СОЗДАНИЕ ПРОЦЕССА, 2) уничтожение процесса, 3) возобновление процесса, 4) изменение приоритета процесса ,5) блокирование процесса, 6)пробуждение процесса, 7)запуск (выбор) процесса. В процессе создания процесса осуществляется мног мелких операций: присвоение имени процессу , включение этого имени в список имен процессов, определение начального приоритета процесса , формирование блока управления процессом, выделение процессу начальных ресурсов.

ЯДРО ОС. Все операции связанные с процессами выполняются под управлением той части ОС которая называется ее ядром ОС. Ядро представляет собой лишь небольшую часть кода ОС в целом , но она относится к числу наиболее интенсивно используемых компонентов системы. По этой причине оно резидентно находится в памяти . В то время как другие части ОС подкачиваются к ядру по мере необходимости.

Ф-ИИ ЯДРА ОС 1)обработка фпрерываний ,2)создание и уничтожение процессов, 3) переключение процесса из состояния в состояние, 4)диспетчирование , 5) приостановка и активизация процессов, 6)синхронизация процессов, 7)организация взаимодействия м/у процессами, 8)манипулирование блоками управления процессами, 9) поддержка операций ввода/вывода, 10) поддержка распределения и перераспределения памяти, 11)поддержка механизма вызова/возврата при обращении к процессам, 12)поддержка определенных ф-ий по ведению учетной работы машины(сбор статистики).

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ.

MS-DOS.

Созд. В 1981г. Microsoft по заказу IBM. 1-ая версия-однопользовательская, однозадачная.Цель-поддержание раб. С дискетами, клавиатурой, дисплеем.

Соврем. Возможности MS-DOS обеспеч. Более мощное взаимодействие пользователя с ЭВМ: поддержка нов. Устройств-HDD, CD-ROM, нов. Дискет и т.д. С помощью драйверов поддерживает и др. устр-ва(написанных производителями этих устройств).

Была вкл. Поддержка иерархической, файловой структуры на дискетах и HDD, представляющая соотв. Команды пользователя и функции для их вызова.

Была обеспечена поддержка национальных алфавитов, нов. Возможности для пользователя-нов. Команды DOS, полезные утилиты, оптимизатор используемой памяти, сжатие диска и т.д.

Осн. Принципы MS-DOS от MICROSOFT: совместимость версий и работоспособность на любой машине.

Недостатки MS-DOS: 1.Однозадачная 2.Невозможно встраивать надежные средства для защиты данных и организация коллективной работы с данными. 3.DOS-программы могут выполняться т-ко в пределах 1-го Мбайта памяти, осн. Память используется только для хранения данных. 4.Ограниченность поддержки устройств. 5.Отсутствие стандартных средств для создания пользовательского интерфейса-меню, запросов и т.д.

Составные части DOS: 1.Дисковые файлы IO.SYS и MS-DOS.SYS. Это основные системные файлы и содержат основные программы, которые постоянно находятся в памяти компьютера. В версиях до 8-ой файл IO.SYS представляет дополнения к функции ввода-вывода, а MSDOS.SYS реализовывал осн. Высокоуровневые услуги DOS.

Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые польз-лем command.com, тоже находится в корневом каталоге. Некоторые команды пользователя процессор выполняет сам – это внутренние команды. Для выполнения внешних команд процессор ищет программу на диске с соответствующим именем и если находит ее, то загружает ее в память и передает ей управление.

Драйверы устройств – это специальные программы (системные), дополняющие MS-DOS, они загружаются в память ЭВМ при загрузке DOS, а их имена указываются в специальном файле config.sys.

Базовая система ввода – вывода (BIOS) находится в ПЗУ компьютера, тесно связана с MS-DOS. BIOS содержит не т-ко программы для проверки компьютера и инициирования загрузки О.С., но и программы для выполнения базовых низкоуровневых операций ввода – вывода, связь с монитором, клавиатурой, дисками и принтером. BIOS имеет сегментный адрес (16-ый) FE00 в ПЗУ, все остальные модули хранятся на магнитном диске. Блок начальной загрузки О.С. (загрузчик) всегда записан в 1-ом секторе системного диска.

BIOS реализует след. Функции: 1. Автоматическую проверку аппаратных компонент при включении ЭВМ. 2. Вызов блока начальной загрузки О.С. Загрузка в память ЭВМ программы О.С. происходит в 2 этапа: сначала загружается блок начальной загрузки и с его помощью остальные модули О.С. 3. Обслуживание системных вызовов или прерываний.

С пом. Config.sys можно расширять О.С., изменять ее параметры, подключать новые драйверы для работы и т.д.

Файл autoexec.bat выполняется за config.sys. Здесь устанавливаются альтернативные маршруты поиска, задаются форматы приглашения О.С., выдается дополнительная информация и т.д.

Создание текстовых файлов в MS-DOS.