Курынин Р.В., Машечкин И.В., Терехин А.Н. - Конспект лекций по ОС, страница 4

Кроме того, для обеспеченияпростоты и «дружественности» общения пользователя с различными устройствами компьютерапоявились виртуальные устройства, драйверы которых предоставляли пользователю набор единыхправил работы с группой внешних устройств, что позволило создавать программы, не зависящиеот типов используемых внешних устройств. Операционные системы компьютеров третьегопоколения предоставляли новые режимы использования компьютеров, одним из таких режимов8был диалоговый режим доступа к компьютеру.

Вершиной идей, заложенных в операционныесистемы компьютеров третьего поколения, стала операционная система Unix, которая открыланаправление развития комплексной стандартизации пользовательских интерфейсов, как на уровнеинтерфейсов командных языков, так и на различных уровнях программных интерфейсов от правилвзаимодействия с драйверами устройств до интерфейсов с прикладными системами.Завершение формирования сегодняшнего понятия операционной системы может бытьсвязано с появлением четвертого и последующих поколений компьютеров, в построениикоторых использовалась элементная база, основанная на больших интегральных схемах.Компьютеры четвертого поколения, в первую очередь, ассоциируются с персональнымикомпьютерами, совершившими в полном смысле слова революцию в массовом распространенииинформационных технологий. Компьютер из инструмента прикладного программиста сталповседневным, массово распространенным и доступным оборудованием.

В связи с этим возникцелый ряд проблем, решение которых потребовалось в операционных системах. В первую очередьэто совершенствование «дружественности» пользовательских интерфейсов, упрощающихвзаимодействие пользователя и операционной системы. Здесь лидирующую позицию занимаютоперационные системы компании Microsoft, которые в полном смысле слова совершилиреволюцию в обеспечении массовости освоения компьютера. Активное развитие получилисетевые технологии, что привело к появлению сетевых и распределенных операционных систем. Вэтот период времени наибольшее развитие получила всемирная сеть Internet. В свою очередьвозникли задачи обеспечения операционными системами безопасности хранения и передачиданных.9ПервоеТретьеВторое«дружественность» пользовательскихинтерфейсов, сетевых и распределенныхоперационных систем, Internet, вычислительнаясистемадрайверы устройств,виртуальные устройстваПакетная обработка, мониторнымисистемами, супервизорами,мультипрограммирование, языкиуправления заданиями, файловаясистемаСервисные, управляющиепрограммы,Поколения компьютеровЧетвертоеВремяРис.

3. Этапы эволюции.На данном этапе в результате эволюции понятий образовалось достаточно полное иоднозначное определение того, что называется операционной системой, определена типоваяструктура операционной системы и функции ее основных компонентов. Сформировалисьпринципиально новые разновидности операционных систем и режимов использованиякомпьютеров.Следует отметить тот факт, что развитие компьютеров, системного программногообеспечения, методов применения вычислительной техники показали, что единственнымпериодом истории, когда аппаратная часть разрабатывалась исключительно в качествевычислителя без учета потребностей поддержки решения задач организации вычислительногопроцесса был период создания и производства компьютеров первого поколения.

На сегодняшнийдень аппаратура и программное обеспечение современных компьютеров представляют единуювзаимозависимую вычислительную систему, в которой многие функции операционной системынельзя рассматривать вне контекста аппаратной поддержки компьютера, а многие аппаратныевозможности сложно рассматривать вне контекста операционных систем (1).101.1Основы архитектуры вычислительной системыСовременный компьютер и его программное обеспечение невозможно рассматривать вотдельности друг от друга. Рассматривая функционирование компьютера, мы всегда имеем в видуфункционирование системы, в которой интегрированы аппаратура компьютера и его программноеобеспечение. Результатом этой интеграции является вычислительная система (ВС),возможности и эксплуатационные качества которой определяются как аппаратурой компьютера,так и функционирующим на нем программным обеспечением.

Вычислительную систему можноопределить, как совокупность аппаратных и программных средств, функционирующих в единойсистеме и предназначенных для решения задач определенного класса. Рассмотрим структурнуюорганизацию вычислительной системы.1.1.1Структура ВСТрадиционным представлением структуры вычислительной системы является пирамида(1.1.1).

Каждый из уровней пирамиды определяет свой уровень абстракции свойстввычислительной системы. Основанием является аппаратный уровень вычислительнойсистемы — это основа всей иерархии, так как многие характеристики и функциональныевозможности последующих программных уровней существенно определяются свойствамиаппаратуры компьютера, находящегося в основе вычислительной системы.Представление о возможностях и свойствах конкретной вычислительной системыформируются с позиций каждого из уровней структурной организации. Так вычислительнаясистема представляется пользователю прикладной системы, работающей на компьютере, в видесовокупности возможностей этой прикладной системы.

Примером может служить игровойавтомат, являющийся компьютером, на котором функционирует операционная система, а такжеигровая программа, которая в данном случае является прикладной системой. Пользователюданной специализированной вычислительной системы ее свойства представляются в видефункциональных возможностей игровой программы и итоговой производительностью системы(если процессор компьютера маломощный, до динамика игры может быть недостаточной).Другой пример — компьютер, используемый для обучения школьников языкупрограммирования.

Это означает, что для школьника или его учителя свойства даннойвычислительной системы будут представляться с позиций уровня системы программирования,построенной на основе транслятора языка программирования, на котором идет обучение.Представление свойств вычислительной системы в данном случае будет формироваться изпользовательского интерфейса системы программирования в сочетании со свойствами ипроизводительностью аппаратных компонентов компьютера.11ПрикладныесистемыСистемыпрограммированияУправление логическими/виртуальными устройствамиВСОСУправление физическимиустройствамиАппаратные средстваРис. 4.

Структура вычислительной системы.Взаимосвязи уровней иерархической структуры вычислительной системы, иххарактеристики могут проявляться как в виде непосредственных межуровневых интерфейсов,определенных однозначным набором правил использования объектов одного уровня другим, так икосвенным влиянием одного уровня на другой. Примером подобного косвенного взаимодействияможет служить влияние, оказываемое на характеристики функционирования всей вычислительнойсистемы в целом, производительности или емкости аппаратных компонентов компьютера(внешних устройств, процессора, оперативной памяти, линий связи и пр.). В качествеиллюстрации рассмотрим вычислительную систему, имеющую канал связи, обеспечивающийдоступ в Интернет со скоростью 64 Kbps. Данная система сможет обеспечить достаточнокомфортные условия для интенсивной работы в Интернете одного–двух пользователей.

Есликоличество пользователей возрастет до 10, будут возникать задержки при обработке запросов, чтоснизит качество работы пользователей. При росте числа пользователей до 100, организовать ихинтенсивную работу в Интернете на данной вычислительной системе не представляетсявозможным, т.к. пропускная способность канала связи не справится с потоком запросов,поступающих от пользователей. Таким образом, проявляется косвенное влияние пропускнойспособности канала связи на эксплуатационные характеристики (или качества) вычислительнойсистемы.Рассмотрим основные характеристики и суть взаимосвязи уровней пирамиды,представляющей структуру вычислительной системы.1.1.2Аппаратный уровень ВСИтак, аппаратный уровень вычислительной системы определяется набором аппаратныхкомпонентов и их характеристик, используемых вышестоящими уровнями иерархии иоказывающих влияние на эти уровни.

С позиций уровней, расположенных выше, аппаратныйуровень предоставляют т.н. физические ресурсы, или физические устройства вычислительнойсистемы. Каждому физическому ресурсу соответствуют определенные аппаратные компонентыкомпьютера и их характеристики. Физическими ресурсами являются процессор компьютера,оперативная память, внешние устройства, входящие в состав компьютера. Каждому физическомуресурсу вычислительной системы обычно соответствуют следующие характеристики:− правила программного использования, определяющие возможность корректногоиспользования данного ресурса в программе (для процессора компьютера этиправила описывают машинный язык — систему команд данного компьютера, наосновании которой возможно построение работающей программы, для внешнегоустройства компьютера подобные правила описывают способы программного12управления данным устройством, к примеру, это могут быть специальные командыввода-вывода процессора);− параметры физического ресурса, характеризующие его объемные характеристикии/или производительность (для процессора компьютера таким параметром можетслужить его тактовая частота, а для внешнего запоминающего устройства — объеминформации, которая может храниться на данном устройстве и скорость доступа);− степень использования данного физического ресурса в вычислительной системе —это параметры, которые характеризуют степень занятости или используемостиданного физического ресурса (для процессора компьютера такой характеристикойявляется время его работы, затраченное на выполнение программ пользователей, дляоперативного запоминающего устройства это будет объем используемой памяти,для линий связи — это ее загруженность).В принципе нет единого правила формирования этих характеристик для любого физическогоресурса: они зависят от конкретного устройства компьютера, от архитектуры компьютера, отстратегии использования данного ресурса.