А.В. Столяров - Введение в операционные системы, страница 3

Ïîä ìàøèíîé Ôîí Íåéìàíà ïîíèìàåòñÿâû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà, èìåþùàÿ îäíîðîäíîå çàïîìèíàþùåå óñòðîéñòâî,ïðåäíàçíà÷åííîå êàê äëÿ õðàíåíèÿ äàííûõ, òàê è äëÿ õðàíåíèÿ êîìàíä, ñîñòàâëÿþùèõ ïðîãðàììó. Àðõèòåêòóðíûé ïðèíöèï Ôîí Íåéìàíà èíîãäà íàçûâàþò òàêæå ïðèíöèïîì õðàíèìîé ïðîãðàììû. Ñàì ïðèíöèï áûë ñôîðìóëèðîâàí Ôîí Íåéìàíîì â 1945 ãîäó â ñòàòüå, ïîñâÿùåííîé åùå îäíîìó ïðîåêòó,íàçâàííîìó EDVAC.Èìåþòñÿ ñâåäåíèÿ î òîì, ÷òî ïðèíöèï õðàíèìîé ïðîãðàììû áûë ñôîðìóëèðîâàí ðàíüøå Ôîí Íåéìàíà; òàê, ñõîæèå ïðèíöèïû óïîìèíàþòñÿ â ïàòåíòíîé çàÿâêå Êîíðàäà Öóçå, äàòèðîâàííîé 1936 ãîäîì.

Âñòðå÷àþòñÿ óòâåðæäåíèÿ è î òîì, ÷òî IAS áûë äàëåêî íå ïåðâîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíîé, õðàíèâøåé ïðîãðàììó â òîì æå ïðîñòðàíñòâå ïàìÿòè, ÷òî è äàííûå. Ïðè ýòîìóïîìèíàþò òàêèå ïðîåêòû, êàê IBM SSEC (1948), Manchester SSEM (1948),BINAC (1949) è äðóãèå.Òàê èëè èíà÷å, ñëîâîñî÷åòàíèå ìàøèíà Ôîí Íåéìàíà ÿâëÿåòñÿ óñòîÿâøèìñÿ òåðìèíîì, èñïîëüçóåìûì äëÿ îáîçíà÷åíèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí,ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðèíöèïó õðàíèìîé ïðîãðàììû.Òîò ôàêò, ÷òî ñàìà ïðîãðàììà ÿâëÿåòñÿ (â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïîì Ôîí8Íåéìàíà) äàííûìè, õðàíÿùèìèñÿ â ïàìÿòè, ïîçâîëÿåò âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíå ñàìîé ãåíåðèðîâàòü è èçìåíÿòü ïðîãðàììû. Èíà÷å ãîâîðÿ, ñòàíîâèòñÿìîæíî íàïèñàòü ïðîãðàììû, îáðàáàòûâàþùèå äðóãèå ïðîãðàììû. Òàêèì îáðàçîì, ïîÿâëåíèå ïðèíöèïà õðàíèìîé ïðîãðàììû ñäåëàëî âîçìîæíûìè ñíà÷àëà ñèñòåìû ïðîãðàììèðîâàíèÿ, âêëþ÷àþùèå êîìïèëÿòîðû, à çàòåì è îïåðàöèîííûå ñèñòåìû êàê òàêîâûå.Ïîÿâëåíèå àðõèòåêòóðíîãî ïðèíöèïà Ôîí Íåéìàíà ñëåäóåò ñ÷èòàòü, âèäèìî, îäíèì èç ñàìûõ ñåðüåçíûõ äîñòèæåíèé ïåðèîäà ëàìïîâûõ ÝÂÌ, íàçûâàåìûõ òðàäèöèîííî ÝÂÌ ïåðâîãî ïîêîëåíèÿ.

Ðàçëè÷íûå àâòîðû ðàñõîäÿòñÿ âîìíåíèè, ñ÷èòàòü ëè îòíîñÿùèìèñÿ ê ïåðâîìó ïîêîëåíèþ ìàøèíû, íå ïîääåðæèâàâøèå õðàíèìóþ ïðîãðàììó; òàê, îäíè àâòîðû ïðåäëàãàþò ïåðâûìè ìàøèíàìè ïåðâîãî ïîêîëåíèÿ ñ÷èòàòü êîìïüþòåð Àòàíàñîâà è Áåððè, Colossusè ENIAC, äðóãèå ïðåäëàãàþò îòñ÷èòûâàòü èñòîðèþ ïåðâîãî ïîêîëåíèÿ ñ ìàøèíû IAS (ïîñêîëüêó, íàïðèìåð, IBM SSEC áûë ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèì, à íåëàìïîâûì, à Colossus è ENIAC íå îáëàäàëè ñïîñîáíîñòüþ õðàíèòü ïðîãðàììû).Íåëüçÿ íå îòìåòèòü, ÷òî íåçàâèñèìî îò ðàçðàáîòîê, ïðîõîäèâøèõ â çàïàäíûõ ñòðàíàõ, àíàëîãè÷íûå ïðèíöèïû, âêëþ÷àÿ è ïðèíöèï õðàíèìîé ïðîãðàììû, áûëè ðåàëèçîâàíû â ÑÑÑÐ. Ìàëàÿ ýëåêòðîííàÿ ñ÷åòíàÿ ìàøèíà (ÌÝÑÌ), ñîçäàííàÿ ïîä ðóêîâîäñòâîì Ñåðãåÿ Àëåêñååâè÷à Ëåáåäåâà, èìàøèíà Ì-1, ñîçäàííàÿ ïîä ðóêîâîäñòâîì Èîñèôà Ñåìåíîâè÷à Áðóêà, íà÷àëèðàáîòàòü â 1951 ãîäó, êàê è IAS Äæîíà Ôîí Íåéìàíà.2.4Âòîðîå ïîêîëåíèå ÝÂÌ (ìàøèíû íà òðàíçèñòîðàõ)Òðàíçèñòîð, ïîëóïðîâîäíèêîâûé ïðèáîð ñ òðåìÿ êîíòàêòàìè, ñïîñîáíûéçàìåíèòü ðàäèîëàìïû â ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâàõ, áûë èçîáðåòåí ÄæîíîìÁàðäèíîì, Óîëòåðîì Áðàòòåéíîì è Óèëüÿìîì Øîêëè â óæå óïîìèíàâøèõñÿBell Labs; â 1956 ãîäó èçîáðåòàòåëè áûëè óäîñòîåíû Íîáåëåâñêîé ïðåìèè ïîôèçèêå.Ñõåìàòè÷åñêè òðàíçèñòîð (óñòðîéñòâî äîñòàòî÷íî ìèíèàòþðíîå è íåïðèõîòëèâîå) ñïîñîáåí çàìåíèòü ãðîìîçäêóþ è íåíàäåæíóþ ðàäèîëàìïó ïðè ïîñòðîåíèè ýëåêòðîííûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ.

Åñòåñòâåííûì ñëåäñòâèåì ýòîãî ôàêòà ñòàë ïåðåõîä êîìïüþòåðîñòðîèòåëåé íà íîâóþ ýëåìåíòíóþ áàçó. Âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû, ïîñòðîåííûå íà îñíîâå òðàíçèñòîðîâ, ïðèíÿòî íàçûâàòü ÝÂÌ âòîðîãî ïîêîëåíèÿ.Óñëîâíî ýïîõó ìàøèí âòîðîãî ïîêîëåíèÿ ìîæíî îãðàíè÷èòü 1955 − 1965ãîäàìè. Èìåííî ê ýòîìó ïåðèîäó îòíîñèòñÿ íà÷àëî ìàññîâîãî ïðîèçâîäñòâàâû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí. Òàê, êîìïàíèÿ Digital Equipment Corporation ïðîäàëà îêîëî 50000 ýêçåìïëÿðîâ êîìïüþòåðà PDP-8. Êñòàòè, ýòà ìàøèíà çíàìå9íèòà åùå è òåì, ÷òî èìåííî â åå àðõèòåêòóðå áûë âïåðâûå ïðèìåíåí ïðèíöèïîáùåé øèíû.Ê ýïîõå êîìïüþòåðîâ âòîðîãî ïîêîëåíèÿ îòíîñÿòñÿ òàêèå âàæíûå èííîâàöèè, êàê çàìåíà êîììóòàöèîííûõ ïàíåëåé, ïðèìåíÿâøèõñÿ äëÿ ïðîãðàììèðîâàíèÿ ðàííèõ êîìïüþòåðîâ, íà óñòðîéñòâà ââîäà ñ ïåðôîêàðò; ïîÿâëåíèåÿçûêîâ ïðîãðàììèðîâàíèÿ âûñîêîãî óðîâíÿ (ïåðâûì ÿçûêîì ïðîãðàììèðîâàíèÿ ñ÷èòàåòñÿ Ôîðòðàí, ðàçðàáîòàííûé Áåêóñîì â ïåðèîä ñ 1954 ïî 1957ãîäû); è, íàêîíåö, ïîÿâëåíèå îïåðàöèîííûõ ñèñòåì. êà÷åñòâå ïåðâîé îïåðàöèîííîé ñèñòåìû (âî âñÿêîì ñëó÷àå, îäíîé èç ïåðâûõ) îáû÷íî íàçûâàþò FORTRAN Monitor System, ðàáîòàâøåé íà ìàøèíåIBM 7094.

Äî ïîÿâëåíèÿ FMS ïðè âûïîëíåíèè êàæäîé çàäà÷è îïåðàòîð ñ ïîìîùüþ ñ÷èòûâàþùåãî óñòðîéñòâà ââîäèë â ìàøèíó ñ ïåðôîêàðò ïðîãðàììóíà Ôîðòðàíå, èñõîäíûå äàííûå ê ýòîé ïðîãðàììå è ñàì òðàíñëÿòîð Ôîðòðàíà;òîëüêî ïîñëå ýòîãî (ïðè óñëîâèè îòñóòñòâèÿ îøèáîê) ìàøèíà ìîãëà ïðèñòóïèòü ñîáñòâåííî ê ðàñ÷åòó. Ïðè òàêîé ñõåìå ðàáîòû ìíîãî âðåìåíè óõîäèëîíà ðó÷íûå ìàíèïóëÿöèè ñ êîëîäàìè ïåðôîêàðò, à â ñëó÷àå âîçíèêíîâåíèÿîøèáîê (îáû÷íîå äåëî â ïðîãðàììèðîâàíèè) − è íà îáäóìûâàíèå ðåçóëüòàòîâ è èñïðàâëåíèå èñõîäíîé ïðîãðàììû. Ïðè ýòîì äîðîãîñòîÿùàÿ áîëüøàÿìàøèíà ïîïðîñòó ïðîñòàèâàëà. Ïîÿâëåíèå FMS ïîçâîëèëî ôîðìèðîâàòü ïàêåòû ïðîãðàìì íà ìàãíèòíûõ ëåíòàõ ñ ïîìîùüþ áîëåå äåøåâîé ìàøèíû IBM1401; ñôîðìèðîâàííóþ ëåíòó ïåðåíîñèëè íà IBM 7094 è çàïóñêàëè íà âûïîëíåíèå, à ðåçóëüòàòû, çàïèñàííûå íà äðóãóþ ëåíòó, ðàñïå÷àòûâàëè îïÿòü æåñ ïîìîùüþ IBM 1401.

Ñðàçó ïî îêîí÷àíèè ðàáîòû ñ ïðåäûäóùåé çàäà÷åé âíåçàâèñèìîñòè îò ðåçóëüòàòà áîëüøàÿ ìàøèíà ïðèñòóïàëà ê ðàáîòå ñî ñëåäóþùåé çàäà÷åé, èñêëþ÷àÿ, òàêèì îáðàçîì, ïðîñòîè.2.5Òðåòüå ïîêîëåíèå ÝÂÌ (èíòåãðàëüíûå ñõåìû)Ïîÿâëåíèå èíòåãðàëüíûõ ñõåì (èçîáðåòàòåëü Ðîáåðò Íîéñ, 1958) ïîçâîëèëî êàðäèíàëüíî óìåíüøèòü ôèçè÷åñêèå ðàçìåðû ÝÂÌ. Îáû÷íî áîëüøèå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû, ïîñòðîåííûå íà îñíîâå èíòåãðàëüíûõ ñõåì, íàçûâàþòÝÂÌ òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ.

Ê ïåðèîäó ãîñïîäñòâà ÝÂÌ òðåòüåãî ïîêîëåíèÿìîæíî óñëîâíî îòíåñòè 1965 − 1980 ãîäû.Ê íàèáîëåå âàæíûì íîâîââåäåíèÿì ýòîãî ïåðèîäà ñëåäóåò îòíåñòè, âîïåðâûõ, âîçíèêíîâåíèå ñåìåéñòâ ÝÂÌ, ñîâìåñòèìûõ ìåæäó ñîáîé è ñîçäàíèåóíèôèöèðîâàííûõ àïïàðàòíûõ êîìïîíåíòîâ, ïîäõîäÿùèõ ê ðàçíûì ìàøèíàì(îáû÷íî â ðàìêàõ îäíîãî ñåìåéñòâà).Âî-âòîðûõ, èìåííî ê ýòîìó ïåðèîäó îòíîñèòñÿ ïîÿâëåíèå ìóëüòèïðîãðàììíîãî ðåæèìà, èëè ðåæèìà ìóëüòèçàäà÷íîñòè, òî åñòü òàêîãî ñïîñîáà èñïîëüçîâàíèÿ âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíû, ïðè êîòîðîì â ïàìÿòè íàõî10äÿòñÿ îäíîâðåìåííî íåñêîëüêî âûïîëíÿþùèõñÿ ïðîãðàìì.

Ïåðâîíà÷àëüíî òàêîé ðåæèì áûë ïðåäíàçíà÷åí äëÿ óìåíüøåíèÿ âðåìåíè ïðîñòîÿ öåíòðàëüíîãîïðîöåññîðà: â òî âðåìÿ, êîãäà îäíà ïðîãðàììà çàòðåáîâàëà îïåðàöèþ ââîäàâûâîäà (íàïðèìåð, ÷òåíèÿ äàííûõ ñ ëåíòû) è îæèäàåò åå çàâåðøåíèÿ, ïðîöåññîð ìîæåò âûïîëíÿòü äðóãóþ ïðîãðàììó.Ïîçæå ñ èçîáðåòåíèåì òåðìèíàëüíîãî äîñòóïà è äèàëîãîâîãî ðåæèìà ðàáîòû ñ ÝÂÌ ìóëüòèçàäà÷íîñòü ïîçâîëèëà ðàáîòàòü ñ îäíîé ìàøèíîé îäíîâðåìåííî íåñêîëüêèì ïîëüçîâàòåëÿì; òàê ïîÿâèëèñü ìíîãîïîëüçîâàòåëüñêèåòåðìèíàëüíûå êîìïëåêñû.2.6×åòâåðòîå ïîêîëåíèå (ïåðñîíàëüíûå êîìïüþòåðû)Ñ ïîÿâëåíèåì ñâåðõáîëüøèõ èíòåãðàëüíûõ ñõåì ñòàëî âîçìîæíî óìåíüøèòü ãàáàðèòû êîìïüþòåðà äî ðàçìåðîâ íàñòîëüíîãî ïðèáîðà, à ñòîèìîñòüñíèçèòü äî óðîâíÿ, íà êîòîðîì êîìïüþòåðû îêàçàëèñü äîñòóïíû ÷àñòíûìëèöàì.Ïî ñâîèì âîçìîæíîñòÿì ïåðâûå ïåðñîíàëüíûå êîìïüþòåðû íàñòîëüêî îòñòàâàëè îò áîëüøèõ ìàøèí, ÷òî ó íåêîòîðûõ ïðîôåññèîíàëüíûõ ïðîãðàììèñòîâ áóì ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ âûçûâàë íåäîóìåíèå.

Òàê, ïîëíîöåííàÿïîääåðæêà ìóëüòèçàäà÷íîãî ðåæèìà íà ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðàõ ëèíèèIBM PC ñòàëà âîçìîæíà ëèøü â 1986 ãîäó ñ ïîÿâëåíèåì ïðîöåññîðà Intel80386. íàñòîÿùåå âðåìÿ ïåðñîíàëüíûå êîìïüþòåðû äàëåêî îáîãíàëè êîìïüþòåðû òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ è èñïîëüçóþòñÿ íå òîëüêî êàê íàñòîëüíûå ðàáî÷èå ïðèáîðû äëÿ êîíå÷íûõ ïîëüçîâàòåëåé, íî è â êà÷åñòâå ìîùíûõ ñåðâåðîâ.Ìàññîâîñòü êîìïüþòåðîâ íà îñíîâå àðõèòåêòóðû IBM PC äåëàåò ýòè ìàøèíû ñàìûìè äåøåâûìè èç ïðåäñòàâëåííûõ íà ðûíêå; â ðåçóëüòàòå, íàïðèìåð,êîìïàíèÿ Google äëÿ ïîñòðîåíèÿ ñâîåé ïîèñêîâîé ñèñòåìû ïðåäïî÷ëà èñïîëüçîâàòü êëàñòåð èç ñîòåí ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ − ýòî îêàçàëîñü ìíîãîêðàòíî äåøåâëå ðåøåíèé àíàëîãè÷íîé ìîùíîñòè íà îñíîâå ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ñåðâåðíûõ ìàøèí.3Çàäà÷è ñîâðåìåííûõ îïåðàöèîííûõ ñèñòåìÍà ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðàõ îïåðàöèîííàÿ ñèñòåìà èãðàåò ÷ðåçâû÷àéíî âàæíóþ ðîëü, îñâîáîæäàÿ ïðèêëàäíûå ïðîãðàììû îò ðåøåíèÿ ðóòèííûõçàäà÷.

Ïåðå÷èñëèì çàäà÷è, ðåøàåìûå îïåðàöèîííûìè ñèñòåìàìè.Ìóëüòèçàäà÷íûé ðåæèì ðàáîòû. Îïåðàöèîííàÿ ñèñòåìà ïîçâîëÿåòçàïóñêàòü íà îäíîé ìàøèíå îäíîâðåìåííî íåñêîëüêî ïðîãðàìì è èçîëèðóåò11ïðîãðàììû äðóã îò äðóãà. Ïîëüçîâàòåëüñêîé ïðîãðàììå ïðåäîñòàâëÿåòñÿ àáñòðàêòíàÿ âèðòóàëüíàÿ ìàøèíà, êîòîðóþ ìîæíî èñïîëüçîâàòü, êàê åñëè áûíèêàêèõ äðóãèõ ïðîãðàìì â ñèñòåìå íå âûïîëíÿëîñü.Óïðàâëåíèå óñòðîéñòâàìè ââîäà-âûâîäà. Îïåðàöèîííàÿ ñèñòåìà áåðåò íà ñåáÿ âñå òîíêîñòè îáðàùåíèÿ ñ ïåðèôåðèéíûìè óñòðîéñòâàìè ðàçëè÷íûõ òèïîâ, ïðåäîñòàâëÿÿ ïîëüçîâàòåëüñêèì ïðîãðàììàì ïðîñòîé èíòåðôåéñ,àáñòðàãèðîâàííûé îò îñîáåííîñòåé êîíêðåòíîãî îáîðóäîâàíèÿ.Óïðàâëåíèå îïåðàòèâíîé ïàìÿòüþ.

Îáúåìà ôèçè÷åñêîé ïàìÿòè ìîæåò áûòü íåäîñòàòî÷íî äëÿ ðàçìåùåíèÿ âñåõ âûïîëíÿþùèõñÿ â ñèñòåìå ïðîãðàìì è èõ äàííûõ; ïðîãðàììû ìîãóò áûòü ÷óâñòâèòåëüíû ê àäðåñàì, â êîòîðûõ èõ ðàçìåùàþò; ïðè àêòèâíîì ðàçìåùåíèè è óäàëåíèè ïðîãðàìì â ïàìÿòèìîæåò âîçíèêíóòü ïðîáëåìà ôðàãìåíòàöèè (êîãäà îáùèé îáúåì ñâîáîäíîé ïàìÿòè äîñòàòî÷åí äëÿ ðàçìåùåíèÿ î÷åðåäíîé ïðîãðàììû, íî ïðè ýòîì íàðåçàííà íåáîëüøèå áëîêè â ðàçíûõ ìåñòàõ àäðåñíîãî ïðîñòðàíñòâà). Ñîâðåìåííàÿàïïàðàòóðà èìååò ñïåöèàëüíûå âîçìîæíîñòè, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ ðåøåíèÿýòèõ è äðóãèõ ïðîáëåì ñ èñïîëüçîâàíèåì îïåðàòèâíîé ïàìÿòè.