1625914891-62d0978a4faa71912bcf30efde0ff3e3 (Лекции Гуськов (слайды))

СИСПО. Лекция (1)2СИСПО. Лекция (2)26СИСПО. Лекция (3)66СИСПО. Лекция (4)117СИСПО. Лекция (5)139СИСПО. Лекция (6)162СИСПО. Лекция (7)195СИСПО. Лекция (8)219СИСПО. Лекция (9)247СИСПО. Лекция (10)273СИСПО. Лекция (11)300СИСПО. Лекция (12)321Системное и прикладноеПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕЛекция №1. Введение.Поколения ЭВМ.Гуськов Андрей Евгеньевичhttp://my.ict.nsc.ru/~guskov/courses/software/guskov (dog) ict.nsc.ru2008 г.1Лекция №1. Содержание1. Введение.2. Понятия системного и программногообеспечения. Классификацияпрограммного обеспечения.3.

История развития средстввычислительной техники, операционныхсистем, программного обеспечения.Поколения ЭВМ.2Определения• Данные – сведения, которые: 1) получены путемизмерения, наблюдения, логических илиарифметических операций и 2) представлены вформе, пригодной для постоянного хранения,передачи и (автоматизированной) обработки(синтаксис – форма, семантика – содержание).• Программа (ГОСТ 19781-90) – данные,предназначенные для управления конкретнымикомпонентами системы обработки информации вцелях реализации определенного алгоритмаОпределение алгоритма• Алгоритм – это конечная последовательностьоднозначных предписаний, исполнение которыхпозволяет с помощью конечного числа шагов получитьрешение задачи, однозначно определяемое исходнымиданными.Свойства алгоритмов:– Однозначность - определённость применения правил к исходнымданным, что приводит к однозначности решения;– Массовость - возможность изменения исходных данных внекоторых пределах (пределы – «область определения»алгоритма).– Результативность - для допустимых исходных данных черезконечное количество шагов происходит остановка и выдачарезультата;– Дискретность - известность на каждом шаге результата шага.Понятие программного обеспечения••••АлгоритмПрограммаДанныеДокументацияПрограммное обеспечение (ГОСТ 19781-90 «Обеспечениесистем обработки информации программное.

Термины иопределения») – совокупность программ системыобработки информации и программных документов,необходимых для их эксплуатации.По назначению ПО разделяется на системное, прикладноеи инструментальное.Системное ПОСистемное ПО — это набор программ, которые управляюткомпонентами вычислительной системы, такими какпроцессор, коммуникационные и периферийныеустройства, а также которые предназначены дляобеспечения функционирования и работоспособностивсей системы.В частности, к системному ПО относятся:• Операционные системы — общего назначения, реальноговремени, сетевые ОС, встраиваемые• Загрузчик операционной системы• Драйверы устройств• Программные кодекиПрикладное ПОПрикладное ПО – программы, предназначенныедля выполнения определенных пользовательскихзадач и рассчитанные на непосредственноевзаимодействие с пользователем.В частности, к прикладному ПО относятся:• Офисные приложения;• Корпоративные информационные системы;• Системы проектирования и производства;• Геоинформационные системы;• Клиенты для доступа к интернет-сервисам;• Мультимедиа.Архитектура фон НеманаВ 1944 году американский инженер Джон Эккерт(John Presper Eckert) впервые выдвинул концепциюхранимой в памяти компьютера программы.В 1951 г.

Джон фон Нейман используя идею Эккерта формулируетпринципы организации вычислительного устройства, которыелегли в основу современных персональных компьютеров.• Вычислительная машина должна быть полностьюавтоматической, т.е. после начала вычислений, работа машиныне должна зависеть от человека-оператора.• Вычислительная машина должна запоминать некоторымобразом не только цифровую информацию, необходимую дляданного вычисления, но и промежуточные результатывычислений, а также и команды, управляющие работой машины.• Как сами данные, так и команды машине необходимо свести кчисловому коду, который должен храниться в оперативной8памяти и автоматически распознаваться.•••Архитектура фон НейманаВ машине должен существовать орган управления, которыйможет автоматически исполнять команды, хранящиеся впамяти.Вычислительная машина должна иметь арифметическийорган, который может выполнять некоторые элементарныеарифметические операции: сложения, вычитания,умножения и деления.В машине должны существовать органы ввода и вывода, спомощью которых осуществляется связь между человекомоператором и машиной.Принципы фон Неймана1.

Принцип двоичного кодирования.Для представления данных и команд используется двоичная системасчисления.2. Принцип программного управления.Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно,одна после завершения другой, в последовательности, определяемойпрограммой.3. Принцип однородности памяти.Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той жепамяти.

Над командами можно выполнять такие же действия, как и надданными.4. Принцип адресуемости памяти.Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек;процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.Поколения ЭВМ«Марк-1» Гарвардского университета создан по заказу ВМС США.Это был монстр весом в35 тонн, основан на использованииэлектромеханических реле и оперировал десятичными числами,закодированными на перфоленте. Машина могла манипулироватьчислами длинной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.Компьютер содержал около 750 тыс.

деталей, 3304 реле и более800 км проводов (1941 год).11ENIAC - (Electronic Numerical Integrator and Computer )В 1942 году американский физик Джон Моучли (John Mauchly)(1907-1980), после детального ознакомления с проектомАтанасова, представил собственный проект вычислительноймашины. В работе над проектом ENIAC (Electronic NumericalIntegrator and Computer - электронный числовой интегратор икалькулятор) под руководством Джона Моучли и Джона Эккерта(John Presper Eckert) участвовало 200 человек.Весной 1945 года машина была построена, а в феврале 1946года рассекречена.ENIAC, содержал 178468 электронных ламп шести различныхтипов, 7200 кристаллических диодов, 4100 магнитныхэлементов.

Занимала площадь в 300 кв.метром, в 1000 разпревосходил по быстродействию релейные вычислительныемашины.12ENIAC - (Electronic Numerical Integrator and Computer )13EDSAC - Electronic Delay Storage Automatic Calculator50-е годы - первые ЭВМ наэлектронных вакуумных лампах.Эти ЭВМ отличались огромнымигабаритами, большим потреблениемэнергии, малым быстродействием,малойнадежностью,программированиемвкодахмашинных команд.В 1949 г. Морис Вилкес (MauriceWilkes) и сотрудникиматематической лабораторииКембриджского университета(Англия) ввели в эксплуатациюмашину "EDSAC" с хранимой впамяти программой.14EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer)Первая американская машина схранимой в памяти программой –(1944 – 1951).Еще до начала эксплуатации ENIACМоучли (John Mauchly) (19071980), и Эккерт (John PresperEckert) получили заказ на вторуюмашину.В этой машине была предусмотренабольшая память как для храненияпрограммы так, и для данных.15МЭСМ (Модель электронной счетной машины)В 1950 г.

С. А. Лебедев,Институт электротехники АН УССР.6 ноября 1950 года — выполнен пробный пуск машины, в ходе которого решалась задача:Y'' + Y = 0;Y(0) = 0;Y(π) = 0.164 января 1951 года — решены первые задачи:вычисление суммы нечётного ряда факториала числа; возведение в степень.БЭСМ-6Основные технические характеристики машины БЭСМ-6:• Быстродействие - около 1 млн. операций/сек.;• объем ОЗУ - от 32 до 128 тысяч машинных слов;• время выполнения сложения с плавающей запятой - 1,1 мксек;• время умножения - 1,9 мксек; время деления - 4,9 мксек;• Разрядность машинного слова - 48 двоичных разрядов.• Объем промежуточной памяти на магнитных барабанах - 512 тысяч слов.Сравнение поколений ЭВМ1 поколение2 поколение3 поколение4 поколениеЭлементнаябазаПроизв-ть ЦП1949-1958Электр.

лампы,реле3*105 оп/с1959-1963Транзисторы1964-1976ИС, БИС1977-…СБИС3*106 оп/с3*107 оп/с>3*107 оп/сОбъем ОЗУ< 64 Кб< 512 Кб< 16 Мб> 16 МбЯзыкипрограм-нияСредства I/OМашинныекодыПульт упр-ния,перфокартыАссемблерыПроцедурныеЯВУАлфавитноцифровыетерминалыНепроцедруныеЯВУДисплеи,клавиатура,мышьОперац. сист.НетХарактерноеПОКодыСистемыпакетнойобработкиЯзыки прогрния, АСУСистемыразделениявремениСУБД, ЯВУКлассич.

ОС,реал. врем.,сетевые ОСБазы знаний,системыпараллельногопрограм-нияПерфокарты,перфолентыМультипрограммированиеМультипрограммирование - способ организации вычислительногопроцесса, при котором в памяти компьютера находятсяодновременно несколько программ, попеременно выполняющихсяна одном процессоре.Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах:1.

системы пакетной обработки (СПО);2. системы разделения времени (СРВ).19Мультипрограммирование (СПО)Для повышения эффективности использования компьютера заданияс похожими ресурсами начинают собирать вместе, создаваяпакет заданий.Таким образом, системы пакетной обработки автоматизируютзапуск одной программы из пакета за другой и, тем самым,увеличивают коэффициент загрузки процессора.

Приреализации систем пакетной обработки был разработанформализованный язык управления заданиями, с помощьюкоторого программист сообщал системе и оператору, какуюработу он хочет выполнить на вычислительной машине.Системы пакетной обработки стали прообразом современныхоперационных систем, они были первыми системнымипрограммами, предназначенными для управлениявычислительным процессом.20Мультипрограммирование (СПО)При обработке пакета заданий на магнитном диске появиласьвозможность выбора очередного выполняемого задания.Пакетные системы начинают заниматься планированиемзаданий: в зависимости от наличия запрошенных ресурсов,срочности вычислений и т.д. на счет выбирается то или иноезадание.Дальнейшее повышение эффективности использования процессорабыло достигнуто с помощью следующей идеи: пока однапрограмма выполняет операцию ввода-вывода, процессор непростаивает, как это происходило при однопрограммном режиме,а выполняет другую программу.

Когда операция ввода-выводазаканчивается, процессор возвращается к выполнению первойпрограммы.21Мультипрограммирование (СРВ)Появление СРВ потребовало настоящей революции в строениивычислительной системы:•Реализация защитных механизмов. Программы не должныиметь самостоятельного доступа к распределению ресурсов,что приводит к появлению привилегированных инепривилегированных команд. Привилегированные команды,например команды ввода-вывода, могут исполняться толькооперационной системой.

Кроме того, это защита памяти,позволяющая изолировать конкурирующие пользовательскиепрограммы друг от друга, а ОС – от программ пользователей.•Наличие прерываний. Внешние прерывания оповещают ОСо том, что произошло асинхронное событие, напримерзавершилась операция ввода-вывода. Внутренние прерывания(сейчас их принято называть исключительными ситуациями)возникают, когда выполнение программы привело к ситуации,требующей вмешательства ОС, например деление на ноль илипопытка нарушения защиты.•Развитие параллелизма в архитектуре.

Прямой доступ кпамяти и организация каналов ввода-вывода позволилиосвободить центральный процессор от рутинных операций. 22Основные функции операционных системПросмотрев этапы развития вычислительных систем, мы можемвыделить шесть основных функций, которые выполняликлассические операционные системы в процессе эволюции:••••••Планирование заданий и использования процессора.Обеспечение программ средствами коммуникации исинхронизации.Управление памятью.Управление файловой системой.Управление вводом-выводом.Обеспечение безопасности23Лекция окончена!Благодарю за внимание!24Системное и прикладноеПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕЛекция №2.

Операционные системы.Процессы.Гуськов Андрей Евгеньевичhttp://my.ict.nsc.ru/~guskov/courses/software/guskov (dog) ict.nsc.ru2008 г.1Лекция №2. Содержание1.2.3.Введение в архитектуру компьютера.Операционные системы: понятия,свойства, концепции.Процессы. Состояния процессов.Планирование процессов, алгоритмыпланирования.2Архитектура компьютераЦентральный процессорВыполнение различных операций с данными осуществляетсяизолированной частью компьютера, называемойцентральным процессором (ЦП).ЦП также имеет ячейки для запоминания информации,называемые регистрами. Их разделяют на регистры общегоназначения и специализированные регистры. В современныхкомпьютерах емкость регистра обычно составляет 4–8 байт.Регистры общего назначения используются для временногохранения данных и результатов операций. Для обработкиинформации обычно организовывается передача данных изячеек памяти в регистры общего назначения, выполнениеоперации центральным процессором и передача результатовоперации в основную память.Центральный процессорСпециализированные регистры используются для контроляработы процессора.