46215 (Лекции по курсу Информатика), страница 10

Под ресурсами микроЭВМ подразумевается следующее: процессорное время, оперативная память, периферийные устройства и математическое обеспечение.

1.ПРОЦЕССОРНОЕ ВРЕМЯ - время доступа к процессору и, следовательно, время счета. Большинство задач при вычислении их на ЭВМ тратит половину времени на ожидание завершения операций ввода/вывода. Экономическая необходимость вынуждает разделять ЭВМ между многими пользователями, одновременно работающими. Таким образом, для эффективного использования процессорного времени требуется сложный механизм разделения времени - механизм, использующий одновременную работу центрального процессора (ЦП) и устройства ввода/вывода информации.

2.ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ. Планирование доступа к оперативной памяти неотъемлемо от доступа к центральному процессору. Программа может выполняться, если есть доступ к центральному процессору, она оказывается в оперативной памяти и исполняется, так как па-

мять дефицитна, система должна использовать ее с максимальной эффективностью. Есть много предложений использовать оперативную память между несколькими пользователями. Цель этих предложений максимально сократить пустые пространства оперативной памяти, возникающие из - за различных объектов и особенностей программ пользователя.

3.ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА. С большинством периферийных устройств в каждый момент времени может работать только один пользователь. Такая работа периферийных устройств может привести к неэффективному их использованию, если время счета счета программы довольно велико. Устройства с быстрым доступом разделяются между пользователями с помощью системы управления файлами. Задержки, возникающие при работе с периферийными устройствами быстрого доступа, вполне удовлетворительны виду скорости этих устройств и в виду интервалов времени между программными запросами ввода/вывода.

Так как большинства миниЭВМ имеют по одному АЦПУ. Медленность работы этого устройства может привести к приостановке выполнения программ. Для того, чтобы этого не было в программе операционная система обслуживания ввода/вывода выключается механизм, который называется СПУЛИНГОМ. Спулинг - процедура автоматической записи на магнитный диск данных, предназначенных для вывода на принтер, и распечатки их по мере готовности последнего.

4. РЕСУРСЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ - представляют собой доступные пользователю функции, предназначенные для работы с данными и для контроля за выполнением программ. Среди этих ресурсов находятся сервисные программы по управлению файлами и по обслуживанию ввода/вывода, программ системного планирования и системные библиотеки.

При рассмотрении операционной системы необходимо остановится на типах и составе операционных систем.

Как было сказано раньше, назначение операционной системы - это распределение ресурсов микроЭВМ. Освободив пользователя от забот по распределению ресурсов, операционная система может обеспечить функционирование микроЭВМ в одном из трех режимов: однопрограммный; многопрограммный; многозадачный.

ОДНОПРОГРАММНЫЙ РЕЖИМ - режим, в котором все ресурсы ЭВМ представляется лишь одной программе, которая выполняет обработку данных. На рисунке 1 изображена диаграмма работы двух программ в однопрограммном режиме.

МНОГОПРОГРАММНЫЙ РЕЖИМ - МУЛЬТИПРОГРАММНЫЙ режим, в котором несколько независимых друг от друг программ выполняют обработку данных одновременно.При этом программы делят ресурсы ЭВМ между собой. Основой мультипрограммного режима является совмещение во время работы центрального процессора и выполнение операций периферийных устройств. Достоинство этого режима перед однопрограммным режимом более эффективное использование ресурсов ЭВМ и повышение ее пропускной способности. На рисунке 2 изображена диаграмма работы двух программ в мультипрограммном режиме.

МНОГОЗАДАЧНЫЙ РЕЖИМ - режим мультизадачный, предусматривающий параллельное, т. е. одновременное выполнение более чем одной программы по разным задачам, но использующих результат одной задачи как исходные данные для другой, другими словами в операционной системе должны быть средства, позволяющие задачам взаимодействовать друг с другом.В отличие от многопрограммного режима, где используется принцип разделения времени между программами, в этом режиме идет параллельное вычисление по всем задачам.

Многопрограммный режим возможен только в мультисистеме (системе с несколькими ЦП).

Операционная система является посредником между ЭВМ и пользователем. Операционная система осуществляет анализ запросов пользователя и обеспечивает их выполнение. Запрос представляется последовательностью команд на особом языке директив операционной системы.

Операционная система может выполнять запросы в разных режимах, поэтому операционную систему можно разделить на следующие типы:

• операционная система пакетной обработки ;

• операционная система разделения времени ;

• операционная система реального времени ;

• операционная система диалоговая.

1. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПАКЕТНОЙ ОБРАБОТКИ - это система, которая обрабатывает пакет заданий, т. е. несколько заданий, подготовленной одним или больше пользователями. Пакет заданий поступает в ЭВМ и взаимодействие между пользователем и его заданием во время вычислительного процесса невозможно. Данная операционная система может функционировать однопрограммном и мультипрограммном режимах.

2. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА РАЗДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ - обеспечивает одновременное обслуживание многих пользователей, позволяет любому пользователем взаимодействовать со своим заданием. Эффект одновременной работы достигается разделением процессорного времени и других ресурсов между несколькими вычислительными процессами, которые заданны разными пользователями. Операционная система выстраивает очередь из поступающих заданий, выделяет квант времени для доступа к центральному процессору каждому заданию согласно очереди. Выполнив первое задание, операционная система 1 отсылает его в конец очереди и переходит ко второму и т. д.

3. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ - это система, которая гарантирует оперативное выполнение запросов в течении заданного интервала времени. При этом скорость вычислительных процессов в ЭВМ должна согласоваться со скоростью временных процессов, т.е. и ходом реального времени. ЭВМ с данной операционной системой чаще всего работает в однозначном режиме.

4.ДИАЛОГОВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ - предназначены для индивидуального пользования и обеспечивают удобную форму диалога ЭВМ с пользователем через дисплей при вводе и выполнении команд. Функционирует операционная система обычно в однопрограммном режиме.

Независимо от типа операционная система чаще всего состоит из относительно компактного ядра - монитора (супервизора) и и набора системных программ и данных. Состав операционной системы предоставлен на рис.3.

ДРАЙВЕР - программа, управляющая физической работой внешнего - периферийного устройства.

УТИЛИТА - программа, предназначена для подготовке исходных информации и организации хранение и использование программ - СЕРВИСНАЯ ПРОГРАММА.

БИБЛИОТЕКА ПРОГРАММ - набор файлов, связанных одним каталогом, в который могут входить объектные модули (программы), макроопределения языка программирования и др.

Рассмотрим операционную систему MS-DOS, с которой работают большинство персональных компьютеров.

Важнейшим достоинством MS-DOS является модульность. Это свойство позволяет изолировать друг от друга отдельные части большой и сложной программы, облегчая ее разработку, а также позволяет объединить в каждом модуле определенные логически связанные группы функций. Если возникает необходимость в замене или расширении такой группы функций, то это можно сделать путем замены или модификации лишь одного модуля, а не всей системы.

MS-DOS состоит из следующих основных модулей:

• базовая система ввода/вывода (BIOS - Basic Input Uotrut SYSTEM);

• блок начальной загрузки (Boot Record);

• модуль расширения базовой системы ввода/вывода (IO.SYS);

• модуль обработки прерываний (MSDOS.SYS);

• командный процессор (COMMAND.COM);

• внешние команды (файлы);

• драйверы устройств (файлы).

В таблице 1 указывается место нахождения модулей операционной системы.

Рассмотрим функции модулей MS-DOS и алгоритм (см. приложение

1) загрузки в оперативно-запоминающее устройство компьютера.

1.Базовая система ввода/вывода размещается в постоянной памяти компьютера и является одновременно аппаратной частью и частью операционной системы.

Первая функция BIOS - автоматическое тестирование основных компонентов компьютера при его включении. Основная часть времени тестирования тратится на проверку ОЗУ (на экране во время тестирования выводятся цифры, которые отражают количество проверенных блоков памяти). При обнаружении ошибки на экран выводится сообщение о найденном сбое оборудования.

Вторая функция BIOS - вызов блока первоначальной загрузки операционной системы с диска, выполняется по окончании тестирования. Загрузив в ОЗУ блок первоначальной загрузки, BIOS передает ему управление, а он в свою очередь, загружает другие модули операционной системы.

Третья функция BIOS - обслуживание прерываний. Основным принципом работы компьютера является принцип базирующийся на системе прерываний. Система прерывание - это совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих процесс переключения с одной программы на другую и возврат к продолжению прерванной программы за счет операций процессора, называемых прерыванием. Прерывание - это операция процессора, состоящая в сохранении состояния процессора, предшествовавшего прерыванию, и установлении нового состояния. Это состояние запоминается в регистрах процессора и называется - слово состояние процессора, которое состоит из последовательности битов, значение которых отражают текущее состояние процессора и выполняемой им программы. Прерывание это реакция процессора на некоторое условие, возникающее в процессоре или вне его. Реакция выражается в прекращении выполнения текущей команды для обработки возникщего условия. Прерывание иногда позволяет обработать такое условие специальной программой и вернуться к прерванной программе.

Прерывания бывают трех видов:

• аппаратные (например: нажатие клавиши);

• логическое или процессорное (например: деление на ноль);

• программные (например: команды ввода/вывода).

Каждое прерывание имеет уникальный номер от 0 до 255 и с ним связана определенная программа, призванная обслуживать возникшую ситуацию. На BIOS возложена задача обслуживать прерывания нижнего уровня, т.е. тех, которые требуют непосредственного управления аппаратными компонентами компьютера. Это прерывания с номерами от 0 до 31. Прерывания с номерами от 32 и выше относятся к прерываниям верхнего уровня и обрабатываются модулем обработки прерываний MSDOS.SYS.

BIOS является "программной оболочкой" вокруг аппаратных средств компьютера, предоставляет возможность другим программам, а также и самой операционной системе, обращаться к внешним устройствам компьютера через механизм прерываний.

2.Блок первоначальной загрузки - очень короткая программа, которая выполняет функцию загрузчика двух модулей операционной системы - модуля расширения BIOS (IO.SYS) и модуля обработки прерываний (MSDOS.SYS). Блок первоначальной загрузки всегда расположен на нулевой дорожке диска в первом секторе.

Блок первоначальной загрузки просматривает каталог гибкого диска А, при его отсутствии - диска С, убедившись, что первые два файла являются модулями IO.SYS и MSDOS.SYS, считывает их в ОЗУ компьютера. Оба файла размещаются на диске всегда первыми, что делает диск системным, и снабжены специальным атрибутом файла, который делает их "невидимыми" (при выводе корневой директории диска на экран дисплея эти имена файлов будут отсутствовать).

3.Модуль расширения базовой системы ввода/вывода (IO.SYS) - это файл, представляющий собой дополнение к BIOS. Он загружается в ОЗУ и остается в ней постоянно.

Расширение BIOS придает гибкость операционной системе, позволяя добавлять к BIOS драйверы, обслуживающие дополнительные устройства. Драйверы требуются в тех случаях, когда обмен информацией с устройствами должен происходить иначе, чем принято в BIOS. О необходимости подключения к операционной системе драйверов внешних устройств, а также об изменении параметров операционной системы сообщается в файле конфигурации CONFIG.SYS. Этот файл обрабатывается модулем расширения BIOS.