Московский государственный университет

им. Ломоносова

Факультет вычислительной математики и кибернетики

Конспект лекций

По курсу

«Операционные системы»

(Лектор Машечкин И.В. )

Выполнила студентка 208 группы

Лукьяница Василиса Андреевна

Москва, 2003

Лекция 1. Операционные системы.

План

1. Введение:

- историч. развитие ВС, определение понятия ВС, появление и развитие программного обеспечения;

• основные компоненты совр. Компьютеров;

• обзор свойств и характеристик совр. Компьютеров;

1. Методы и принципы ОС:

   • процессы;

   • файловые системы;

   • планирование в ОС;

   • организация управления внешними устройствами;

   • управление оперативной памятью, сетевое взаимодействие.

Экскурс в историю.

Первое поколение компьютеров.

Компьютеры 1ого поколения относятся к концу 40х гг. считается, что они возникли в результате развития ядерного оружия.

Основная модель – ENIAC, устройство которой было основано на лампах, за счет чего компьютер был достаточно большого размера, имел маленькую производительность и работал только в персональном режиме.

Основные трудности в работе с такой машиной:

• программисту не просто было необходимо знать все системные особенности компьютера, но и вводить данные со специального пульта в двоичном (машинном) коде;

• в случае аварийной ситуации компьютер останавливал работу и необходимо было искать ошибку в двоичном коде;

• трудно было изменять программу, т.к. использовалась безусловная ядресация

• возникали проблемы в работе с внешними устройствами.

На этом же этапе зародились первые сервисные программы с мнемоническими обозначениями => assembler => трансляторы с asm в машинный код => программы управления внешними устройствами.

Компьютеры второго поколения.

Компьютеры второго поколения датируются концом 50х – второй половиной 60х гг. Они основаны уже на полупроводниковых приборах – диодах и транзисторах, поэтому их размер меньше, уменьшилось потребление энергии, но увеличилась скорость работы.

Этот этап харрактеризуется появлением и развитием ПО:

• внешние устройства этих машин (магнитные ленты) очень медленные => появление мультипрограммных систем;

• появление языков управления заданиями, в которых декларировались ресурсы, необходимые для программы, такие как максимальное время выполнения, максимальный необходимый объем оперативной памяти и т.п.

• необходимо было знать все интерфейсы внешних устройств => появление файловой системы – возможности именовать данные и иметь доступ к ним;

• развитие внешних устройств => масса управляющих программ очень велика => виртуальные устройства (процесс обобщения св-в конкретных аппаратных устройств и объединение нескольких групп св-в, напр., файловая система).

Компьютеры третьего поколения.

Конец 60х – 70х гг, основаны на интегральных схемах малой интеграции. Массовое внедрение вычислительных Технологий в управление производством и активное развитие периферии.

Характерно:

• унификация узлов и устройств для совместимости различных моделей;

• появление «семейств» компьютеров, для преемственности программ компьютерами различных моделей снизу вверх;

• большое развитие получили ОС, напр., UNIX =>появление драйверов.

Компьютеры четвертого и последующих поколений.

Осн. характеристика – использование интегральных схем большой и сверхбольшой интеграции.

• потребность создания максимально «дружественных» систем => «дружественные пользовательские интерфейсы; возрождение понятия персональный компьютер => массовое распределение ПК по всем нишам социума;

• толчок к развитию сетевых технологий: первоначально корпоративные сети слишком закрытые, но кол-во информации требовало унификации сетей;

• проблема обеспечения безопасности хранения и передачи данных.

Основы архитектуры вычислительных систем.

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

Элементарными примерами ВС могут служить игровые автоматы и мобильные телефоны.

Эксплутационные качества вычислительной системы определяются как свойствами аппаратуры, так и программных компонентов.

Взаимодействие уровней происходит ввиду непосредственных уровневых интерфейсов или какого либо косвенного влияния (например Если канал рассчитан на 10 человек, а используется 100).

Аппаратные средства ЭВМ

С позиции уровней выше, т.н. физические ресурсы, каждому из которых соотв. определенные характеристики и аппаратные компоненты. Физ.ресурсы: процессор, Оперативная память, наличие\отсутствие внешних устройств.

Характеристики каждого ресурся (в идеале):

• правила программного использования;

• производительность или емкость;

• степень занятости или используемости.

Но не существует единого правила формирования этих характеристик, в т.ч. одно и то же устройство может обладать различными характеристиками в зависимости от назначения.

Уровень аппаратных средств ЭВМ – система команд ЭВМ и программно управляемые компоненты ЭВМ.

Управление физическими ресурсами

Уровень управления физическими ресурсами – программная составляющая вычислительной системы, обеспечивающая предоставление для каждого конкретного физического ресурса интерфейса для использования – драйвер физического ресурса (устройства).

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

Драйвер физического устройства скрывает от пользователя детальные элементы управления конкретным физическим устройством. Драйвер физического устройства ориентирован на конкретные свойства устройства.

На данном уровне иерархии вычислительной системы обеспечивается корректное функционирование и использование физических ресурсов/устройств.

Пример различных драйверов для магнитной ленты.

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

Пользователю доступны:

• системы команд компьютера;

• аппаратные средства;

• программные интерфейсы доступа через соответствующие драйверы.

Возникающие проблемы:

• должна использоваться модификация для перехода от одного устройства к другому;

• необходимо организовывать одновременную работу большого кол-ва устройств.

Управление логическими/виртуальными ресурсами

Основа: обобщение свойств и интерфейсов физ. устройств и унификация интерфейсов.

Логическое/виртуальное устройство (ресурс) – это устройство/ресурс, некоторые эксплутационные характеристики которого (возможно все) реализованы программным образом.

Пример.

Иерархия логических/виртуальных устройств (ресурсов):

- 1-й уровень обобщения

Драйвер логического устройства определенного типа – обобщает интерфейсы драйверов физических устройств этого типа => унификация обращения.

- 2-й уровень обобщения

Создание логического/виртуального устройства, которому, в конечном счете, соответствует реальное устройство другого типа.

- 3-й уровень обобщения

Реализация логических/виртуальных устройств (ресурсов) базируется на использовании других логических/виртуальных устройств.

Функция управления логическими/виртуальными устройствами (ресурсами) – контроль за созданием и использованием.

На уровне управления логическими ресурсами пользователю предоставляется система команд ЭВМ и интерфейсы к драйверам логических/виртуальных устройств/ресурсов.

Ресурсы вычислительной системы - совокупность всех физических и виртуальных ресурсов.

Одна из характеристик ресурсов вычислительной системы их конечность, следовательно возникает конкуренция за обладание ресурсом между его программными потребителями.

Операционная система - это комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами вычислительной системы.

Уровни управления физическими и логическими устройствами вычислительной системы обычно составляют операционную систему.

Системы программирования

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

Уровень системы программирования обеспечивает поддержание этапов жизни программы: проектирование, кодирование, тестирование, отладка, изготовление программного продукта.

На данном уровне пользователю предоставляются средства программирования виртуальной машины, основанные на некотором языке программирования и совокупности доступных логических/виртуальных ресурсов.

1
. Проектирование.

1. Кодирование.

Кодирование – организация поддержки выполнения программы.

Средства для разработки программного обеспечения:

1. средства автоматического контроля межмодульных связей;

2. средства автоматически выполняемых задач;

3. системы поддержки версий.

3
. Тестирование и отладка.

Тестирование – проверка спецификации выполнения программы на некоторых наборах данных.

Отладка – процесс локализации ошибок.

4.Ввод программы в эксплуатацию и сопровождение.

Лекция 2. Системы программирования.

На сегодняшний день существует много различных моделей систем программирования. Основными примерами могут служить каскадная модель (в которой этапы обработки тестирования и отладки работают одновременно, в линейное время, но такая модель почти невозможна, т.к. необходима возможность возврата к предыдущей ступени) и каскадно-итерационная модель (она более реальная, т.к. существует возможность возврата, но более хаотическая, т.к. заказчик не имеет детерминированной информации о сроках получения реальных результатов).

К

аскадная модель Каскадно – итерационная модель

С
уществует также спектральная модель. Для получения каждого прототипа проходит все этапы, пока какой-нибудь прототип не станет конечным результатом.

Итак, Система программирования – это комплекс программ, обеспечивающий технологию автоматизации

• проектирования,

• кодирования,

• тестирования,

• отладки и сопровождения программного обеспечения.

Этапы развития систем программирования

Начало 50-х годов ХХ – века.

Система программирования или система автоматизации программирования включала в себя ассемблер (или автокод) и загрузчик, позже появились библиотеки стандартных программ и макрогенераторов.

Середина 50-х – начало 60-х годов ХХ – века.