БИЛЕТ 1 Поколения компьютеров

1.1. Первое поколение компьютеров.

В них использовались электронно-вакуумные лампы.

Конец 40-х-начало 50-х годов 20 века. ENIAC (1946 год, Пенсильванский университет США). Для решения задач с ядерным оружием. Компьютер состоял из оперативной памяти, процессора, устройства печати данных на узкой ленте. Эти машины использовались в однопользовательском режиме. Программа и данные вводились в оперативную память, потом запускались. Пользователь вводил в память машины команды. Результаты появлялись на печати. В случае ошибки машина останавливалась. На лампочках загоралась ошибка. Средство программирования – машинный язык (машинный код). Пользователь должен был знать эти коды и программировать на них. В таких машинах частота аппаратных сбоев была достаточно высокой. Позднее аппаратный загрузчик упрощал ввод данных в оперативную память.

Первые решения в области операций программирования: появление ассемблеров и автокодов. Появление служебных программ, которые переводили программы с языка Ассемблер на язык машинного кода.

• зарождение класса сервисных, управляющих программ

• Зарождение языков программирования

• Однопользовательский, персональный режим

1.2. Второе поколение компьютеров.

Компьютеры второго поколения построены на полупроводниковых приборах: диодах и транзисторах. (конец 50-х вторая половина 60) Они потребляют меньше электроэнергии и являются более производительными: выполняют несколько миллионов операций в секунду. Создаются новые внешние устройства, совершенствуется программное обеспечение.

Пакетная обработка программ:

Формируется пакет программ. Это были программы для последовательного выполнения. Этот пакет мог представляться как стопка перфокарт, данные на магнитной ленте, перфоленты. Наличие специальной управляющей программы, позволяло координировать обработку заданий из пакета и определять момент, когда программа могла начать выполняться.

В случае ошибки управление также передавалось на управляющую программу. Такую систему называли мониторной.

Следующий этап – появление компьютеров, в которых поддерживался режим мультипрограммирования. На обработке находилось сразу несколько программ. Центральным процессором выполнялась одна программа, другие ожидали или занимались обменом. С появлением таких компьютеров появляются операционные системы.

БЭСМ-6: развита система управляющих программ. Автор математического обеспечения – Королев Л.Н. Архитектура этих машин – предел развития машин второго поколения. Расширился спектр задач, для решения которых использовались компьютеры.

Языки управления заданиями.

Появляется проблема дружественности программных объектов (интерфейсов). Командные языки упростили работу пользователя с системой. Развиваются средства программирования, доступные для пользователя. Появляются языки высокого уровня. Начинается борьба за аппаратную независимость команд. Появилась новая задача: упростить процесс программирования посредством использования языков высокого уровня.

Появляются проблемно-ориентированные языки программирования.

Появились первые прообразы файловых систем. Нужно было хранить данные вне оперативной памяти. Появление файловых систем упростило процесс организации и хранения данных на внешних устройствах. Появилось понятие именованного набора данных - абстракция пользователя от внешних устройств (виртуальные устройства).

• пакетная обработка заданий

• мультипрограммирование

• языки управления заданиями

• файловые системы

• виртуальные устройства

1.3. Третье поколение – компьютеры на интегральных схемах.

Элементная база третьего поколения компьютеров (конец 60-х – начало 70-х годов 20 века) – интегральные схемы. Такие устройства потребляли меньше электроэнергии. Характерны более компактные размеры вычислительной техники. Основная особенность – унификация программных и аппаратных узлов и устройств. Как следствие такой унификации – появление семейств компьютеров. Появляется возможность аппаратной модификации компьютеров, а также унификация программных интерфейсов.

Программа, работающая на младшей модели, должна была работать и на старшей модели. Появление семейств компьютеров создало возможность увеличения сроков жизни программных систем.

В операционной системе появляются драйверы устройств. Появляются правила разработки драйверов, а также внесение в систему новых драйверов.

Развитие получили концепции виртуальных устройств, управляющие программы которых представляли унифицированный интерфейс.

1.4. Компьютеры четвертого поколения и далее.

Их элементная база – большие и сверхбольшие интегральные схемы. Устройства – законченные функциональные узлы компьютера. Микропроцессор – реализация функционального узла компьютера.

Происходит революция в области размеров компьютера, “дружественность” пользовательских интерфейсов, развитие и массовое использование сетей ЭВМ.

Появились новые функции в операционной системе: проблемы безопасности хранения и передачи данных. Массово формируются многопроцессорные системы. Параллельные системы становятся массовыми.

• «дружественность» пользовательских интерфейсов

• сетевые технологии

• безопасность хранения и передачи данных

Билет №2 Структура Вычислительной системы. Ресурсы ВС – физические ресурсы, виртуальные ресурсы. Уровень операционной системы.

Вычислительная система (ВС) – совокупность аппаратных и программных средств, функционирующих в единой системе и предназначенных для решения задач определенного класса.

Вычислительная система – это результат интеграции.

Вычислительная система ориентирована для решения задач определенного класса.

Структура вычислительной системы:

				5. Прикладные системы
			4. Системы программирования
		3. Управление логическими ресурсами
	2. Управление физическими ресурсами
1. Аппаратные средства ВС

Аппаратный уровень вычислительной системы

Определяется наборами аппаратных компонентов и их характеристиками, используемыми вышестоящими уровнями иерархии и определяющими воздействие на них.

Физические ресурсы: процессор, оперативная память, внешнее устройство.

Характеристики:

1. Правила программного использования, которые определяют возможность корректного использования в программе.

2. Производительность или емкость: тактовая частота, длина обрабатываемого машинного слова.

3. Степень занятости или используемости данного физического ресурса.

Нет единого правила формирования этих характеристик. Мы можем определить, какие компоненты соответствуют данному физическому ресурсу.

Средства программирования, доступные на аппаратном уровне:

1. Система команд компьютера.

2. Аппаратные интерфейсы программного взаимодействия с физическими ресурсами.

2.2. Управление физическими ресурсами

Назначение – систематизация и стандартизация правил программного использования физических ресурсов.

Драйвер физического устройства – программа, основанная на использовании команд управления конкретного физического устройства и предназначенная для организации работы с данным устройством.

Появились специализированные устройства – драйверы физических устройств.

Предоставление унифицированного интерфейса для программного использования.

Драйвер физического устройства решал задачи:

1. Сокрытие от пользователя некоторых нюансов.

2. Предоставление упрощенного интерфейса для упрощенного доступа к данному физическому ресурсу.

С помощью драйвера мы можем читать и писать поблочно. Драйвер позволяет работать с записями определенной длины. Два драйвера: один обеспечивает блочный обмен, другой – работу с записями произвольной длины.

В программном обеспечении появились драйверы, которые достаточно хорошо были отлажены. Надежность программного обеспечения повысилась.

Упрощенные интерфейсы привели к преобразованию программы для работы с другим драйвером. Программист должен был быть знаком со всеми интерфейсами и драйверами физических устройств. Возникла проблема: программа и пользователь должны были модифицироваться каждый раз при смене устройств. Для решения этих проблем появляется следующий уровень:

2.3. Управление логическими/виртуальными ресурсами.

Логическое/виртуальное устройство (ресурс) – устройство, некоторые эксплуатационные характеристики которого реализованы программным образом.

Драйвер логического/виртуального ресурса – программа, обеспечивающая существование и использование соответствующего ресурса.

Этот уровень ориентирован на пользователя. Команды данного уровня не зависят от физических устройств, они обращены к предыдущему уровню. На базе этого уровня могут создаваться новые логические ресурсы.

При организации драйвера могут использоваться драйвера физических или логических/виртуальных устройств.

Система поддерживает иерархию драйверов. Многоуровневая унификация интерфейса.

Ресурсы вычислительной системы – совокупность всех физических и виртуальных ресурсов. Одной из характеристик ресурсов является их конечность, следовательно, возникает конкуренция за обладание ресурсом между его программными потребителями.

Средства программирования, доступные на уровнях управления ресурсами ВС:

• система команд компьютера

• программные интерфейсы драйверов устройств (как физических, так и виртуальных

Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами вычислительной системы. Пользователю же доступна система команд.

Разветвленная иерархия виртуальных и физических устройств.

Драйверы можно разделить на 3 группы:

1. драйверы физических устройств

2. драйверы устройств аппаратного типа

3)драйверы виртуальных устройств

Билет №3 Структура вычислительной системы. Ресурсы ВС – физические, виртуальные. Уровень систем программирования.

Система программирования – это комплекс программ, обеспечивающий поддержание жизненного цикла программы в вычислительной системе.

Жизненный цикл программы в вычислительной системе состоит из четырех основных этапов:

1. Проектирование программного продукта. Состоит из нескольких взаимосвязанных между собой действий: исследование, характеристика объектов вычислительной системы, модель функционирования, характеристика инструментальной вычислительной системы, алгоритмы и инструментальные средства, априорная оценка.

2. Кодирование (программная реализация). Построение кода на основании спецификаций при использовании языков программирования и трансляторов. Системы поддержки версий – фиксируют реализацию продукта в данный момент времени.

3. Тестирование и отладка – это проверка программы на тестовых нагрузках, Принимается решение о формировании минимального набора тестов, более полно проверяющих программу.

4. Ввод программной системы в эксплуатацию (внедрение) и сопровождение.

Отладка – процесс поиска, локализации и исправления зафиксированных при тестировании ошибок.

Последний этап предъявляет программному продукту целый ряд специфических требований. Этапы жизненного цикла программы могут комбинироваться.

Среди современных технологий разработки программного обеспечения можно выделить каскадную модель, каскадную итерационную модель и спиральную модель, которые более подробно представлены на слайдах.

Система программирования – это комплекс программ, обеспечивающий технологию автоматизации проектирования, кодирования, тестирования, отладки и сопровождения программного обеспечения.

С 90-х годов 20 века по настоящее время – появляются промышленные средства автоматизации проектирования программного обеспечения, case-средств, унифицированного языка моделирования UML. Системы программирования – интегрированные системы.

Средства программирования, доступные на уровне системы программирования – программные средства и компоненты СП, обеспечивающие поддержание жизненного цикла программы. +2 слайда

Билет №4 Структура Вычислительной системы. Ресурсы ВС- физические и виртуальные. Уровень прикладных систем.

2.5 Прикладные системы

Прикладная система – программная система, ориентированная на решение или автоматизацию решения задач из конкретной предметной области.

Этапы развития

Первый этап развития прикладных систем