Архитектура компьютеров

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Архитектура компьютеров

Содержание

2. Система аттестации
3. Лекция Системное программное обеспечение компьютеров
4. Назначение ОС Операционная система представляет собой программный компонент, контролирующий выполнение других компонентов — прикладных программ, —
5. Назначение ОС Разработчики операционных систем преследуют две цели: - обеспечить удобство пользования системой, - эффективность ее
6. Иерархическая организация вычислительной системы Аппаратные и программные средства, обеспечивающие решение некоторой прикладной задачи, можно представить как
7. Иерархическая организация вычислительной системы
8. Иерархическая организация вычислительной системы Приложения (прикладные задачи) формулируется прикладным программистом на языке программирования Если используется язык
9. Утилиты Облегчить участь программиста может комплекс специализированных программ, которые принято называть системными На часть из этих
10. Операционная система скрывает от прикладного программиста детали функционирования аппаратных средств того вычислительного комплекса, на котором выполняется
11. Операционная система Операционная система играет роль посредника между программистом и прикладной программой, с одной стороны, и
12. Типовые процедуры и служебные функции операционной системы Формирование программы Операционная система обеспечивает программисту доступ к разнообразным
13. Типовые процедуры (2) 2. Выполнение прикладной программы В процессе выполнения программы всегда возникает необходимость в рутинных
14. Типовые процедуры (3) 3 Доступ к устройствам ввода-вывода Для обращения к каждому типу внешних устройств необходима
15. Типовые процедуры (4) 4. Управление доступом к файлам. Процедуры обращения к файлам должны учитывать не только
16. Типовые процедуры (5) 5 Доступ к вычислительной системе Если вычислительный комплекс функционирует в режиме общедоступной системы,
17. Типовые процедуры (6) 6. Обнаружение и обработка ошибок Операционная система должна обнаружить ошибочную ситуацию и адекватно
18. Типовые процедуры (6) Довольно часто ОС ограничивается тем, что выводит сообщение пользователю о сложившейся ситуации и
19. Типовые процедуры (7) 7 Оценка работы комплекса Большинство современных операционных систем выполняет сбор разнообразной статистики и
20. Операционная система в роли менеджера ресурсов Компьютер можно рассматривать как совокупность ресурсов, осуществляющих перемещение, сохранение и
21. Особенности функций управления ОС 1 ОС является такой же программой, как и все прочие, т.е. состоит
22. Особенности функций управления ОС Ключевым фактором, отличающим ОС от прочих программ, является назначение ОС нацеливает процессор
23. Операционная система в роли менеджера ресурсов
24. Операционная система в роли менеджера ресурсов Часть программ ОС находится в оперативной памяти Эта часть включает
25. Операционная система в роли менеджера ресурсов Остальная часть ОП может быть предоставлена в распоряжение одной или
26. Операционная система в роли менеджера ресурсов ОС также решает, когда устройство ввода-вывода может быть предоставлено выполняемой
27. Классификации операционных систем По дисциплине обслуживания программ: - интерактивный режим; – пакетный режим. По количеству одновременно
28. Интерактивный режим Обеспечивает непосредственное взаимодействие пользователей (одного или нескольких) с приложениями В качестве средства взаимодействия чаще
29. Интерактивный режим После запуска задания пользователь может передавать ему данные, получать информацию о промежуточных результатах, управлять
31. Режим пакетной обработки Все приложения и данные, необходимые для текущего сеанса, собираются в единый пакет и
33. Однопрограммные и мультипрограммные ОС В однопрограммных ОС все системные ресурсы полностью предоставлены в распоряжение одного пользователя
34. Операционные системы для пакетного режима Операционная система, реализующая режим пакетной обработки, получила называние монитор
35. Распределение оперативной памяти в пакетном режиме
36. Функции монитора Монитор должен постоянно присутствовать в оперативной памяти, чтобы доступ к нему был открыт в
37. Функции монитора Монитор последовательно считывал задания из устройства ввода и помещал текущее задание в область ОП,
38. Аппаратные средства и реализация режима ПО Защита памяти Таймер Привилегированные команды Прерывания
39. Защита памяти Во время выполнения прикладной программы должны блокироваться любые попытки изменить содержимое области оперативной памяти,
40. Таймер Таймер в системе применяется для того, чтобы предотвратить монопольный захват ее одним заданием В начале
41. Привилегированные команды Определенным машинным командам можно придать особый статус — их принято называть привилегированными — в
42. Привилегированные команды Если процессор обнаруживает, что такую команду пытается выполнить прикладная программа, это трактуется как ошибочная
43. Прерывания Аппаратная поддержка такой функции обеспечивает необходимую гибкость в работе операционной системы, которая по прерыванию может
44. Операционные системы для пакетного режима Время работы процессора делится между выполнением прикладных программ и программ операционной
45. Мультипрограммный пакетный режим Вариант пакетного режима с последовательным выполнением заданий не исключал простоев процессора Основным источником
46. Однопрограммный пакетный режим
47. Однопрограммный пакетный режим Чтобы снизить простои процессора, необходимо в ОП разместить, помимо резидентного монитора, две или
48. Мультипрограммный пакетный режим
49. Мультипрограммный пакетный режим (3)
50. Мультипрограммный пакетный режим Мультипрограммная операционная система имеет гораздо более сложную структуру по сравнению с однопрограммной Для
51. Мультипрограммный пакетный режим Кроме того, если несколько программ готовы к выполнению, операционной системе предстоит решить, какой
52. Эффективность мультипрограммной операционной системы Преимущество: повышается производительность процессора (примерно в два раза). Недостатки: - требует дополнительных
53. Системы с разделением времени Проблема интерактивного доступа была решена с помощью дисциплины разделения времени вычислительной системы.
54. Система разделения времени
56. Скачать презентацию

Слайд 2

Система аттестации

Слайд 3

Лекция
Системное программное обеспечение компьютеров

Слайд 4

Назначение ОС
Операционная система представляет собой программный компонент, контролирующий выполнение других компонентов

— прикладных программ, — и выполняющий роль промежуточного звена (интерфейса) между пользователем и созданными им прикладными программами, с одной стороны, и аппаратными средствами компьютера — с другой

Слайд 5

Назначение ОС
Разработчики операционных систем преследуют две цели:
- обеспечить удобство

пользования системой,
- эффективность ее работы.
Операционная система обеспечивает максимальную реализацию потенциальных возможностей ресурсов системы

Слайд 6

Иерархическая организация вычислительной системы
Аппаратные и программные средства, обеспечивающие решение некоторой прикладной

задачи, можно представить как иерархически организованный комплекс, имеющий несколько уровней

Слайд 7

Иерархическая организация вычислительной системы

Слайд 8

Иерархическая организация вычислительной системы
Приложения (прикладные задачи) формулируется прикладным программистом на языке

программирования
Если используется язык программирования, являющийся почти "зеркальной" копией набора машинных команд, то прикладному программисту придется взять на себя всю ответственность за управление аппаратными средствами компьютера в процессе решения прикладной задачи

Слайд 9

Утилиты
Облегчить участь программиста может комплекс специализированных программ, которые принято называть системными

На часть из этих программ — утилит — возлагается выполнение часто встречающихся процедур, помогающих в разработке прикладной программы, реализующих управление файлами и внешними устройствами

Слайд 10

Операционная система
скрывает от прикладного программиста детали функционирования аппаратных средств

того вычислительного комплекса, на котором выполняется прикладная программа, и обеспечивает пользователя удобными средствами интерфейса с системой

Слайд 11

Операционная система
Операционная система играет роль посредника между программистом и прикладной программой,

с одной стороны, и вычислительным комплексом — с другой, предоставляя как программисту, так и конечному пользователю возможность пользоваться заранее подготовленными служебными функциями

Слайд 12

Типовые процедуры и служебные функции операционной системы
Формирование программы
Операционная система

обеспечивает программисту доступ к разнообразным средствам подготовки текста программы и ее отладки
Хотя сами средства подготовки и отладки прикладных программ относят к классу программ поддержки конкретных языков программирования, которые не входят в состав операционной системы, последняя обеспечивает программисту доступ к этим утилитам.

Слайд 13

Типовые процедуры (2)
2. Выполнение прикладной программы
В процессе выполнения программы всегда

возникает необходимость в рутинных процедурах, общих для любых прикладных программ
К ним относятся процедуры загрузки команд и данных программы в оперативную память, инициализации файлов и внешних устройств, подготовки к использованию других ресурсов системы
Все эти задачи выполняются компонентами операционной системы по "заказу" конечного пользователя и прикладной программы.

Слайд 14

Типовые процедуры (3)
3 Доступ к устройствам ввода-вывода
Для обращения к

каждому типу внешних устройств необходима своя последовательность машинных команд или управляющих сигналов
Операционная система берет на себя все детали процесса управления внешними устройствами, подключенными к системе, что позволяет программисту формулировать задачу обращения к ним в терминах обобщенных функций запуска/прекращения работы, чтения и записи

Слайд 15

Типовые процедуры (4)
4. Управление доступом к файлам.
Процедуры обращения к

файлам должны учитывать не только тип устройства, на котором хранятся требуемые файлы (УВПМД, компакт-диск, УВПМЛ), но и особенности формата файлов на разных носителях
Все эти детали скрываются от прикладной программы компонентами операционной системы
Более того, если с вычислительным комплексом одновременно работает несколько пользователей, операционная система обеспечивает функционирование механизма защиты файлов одних пользователей от несанкционированного доступа других пользователей

Слайд 16

Типовые процедуры (5)
5 Доступ к вычислительной системе
Если вычислительный комплекс функционирует в

режиме общедоступной системы, операционная система контролирует как доступ к комплексу в целом, так и доступ к отдельным его ресурсам
При этом, во-первых, комплекс защищается от несанкционированного доступа, а во-вторых, разрешаются конфликты между отдельными пользователями при попытке одновременного обращения к одному и тому же ресурсу.

Слайд 17

Типовые процедуры (6)
6. Обнаружение и обработка ошибок
Операционная система должна обнаружить

ошибочную ситуацию и адекватно на нее отреагировать, причинив при этом минимальный вред выполняющимся приложениям
Варианты реакции операционной системы могут быть самыми разными — от прекращения выполнения программы, в которой возникла ошибка, до попытки повторно выполнить операцию

Слайд 18

Типовые процедуры (6)
Довольно часто ОС ограничивается тем, что выводит сообщение пользователю

о сложившейся ситуации и предоставляет ему право решать, что же делать дальше
Но и в этом случае ОС должна предоставить пользователю всю необходимую для принятия решения информацию

Слайд 19

Типовые процедуры (7)
7 Оценка работы комплекса
Большинство современных операционных систем

выполняет сбор разнообразной статистики и мониторинг параметров, характеризующих эффективность работы вычислительного комплекса, в частности время реакции на запрос
Эта информация используется обслуживающим персоналом для настройки комплекса с целью повышения его производительности или для принятия решения о модернизации комплекса

Слайд 20

Операционная система в роли менеджера ресурсов
Компьютер можно рассматривать как совокупность ресурсов,

осуществляющих перемещение, сохранение и обработку данных и управление этими функциями
Обеспечение рационального использования этих ресурсов возлагается на ОС

Слайд 21

Особенности функций управления ОС
1 ОС является такой же программой, как

и все прочие, т.е. состоит из таких же команд, которые выполняются тем же процессором и хранятся в той же ОП
2 У операционной системы часто отбирается управление и от процессора зависит, когда она вновь это право получит

Слайд 22

Особенности функций управления ОС
Ключевым фактором, отличающим ОС от прочих программ, является

назначение
ОС нацеливает процессор на использование других системных ресурсов и синхронизирует их предоставление другим программам
При этом процессор должен прекратить выполнение программ ОС и переключиться на одну из прикладных программ

Слайд 23

Операционная система в роли менеджера ресурсов

Слайд 24

Операционная система в роли менеджера ресурсов
Часть программ ОС находится в оперативной

памяти
Эта часть включает ядро (kernel), состоящее из функций, наиболее часто использующихся ОС, и программы, которые нужны в конкретной ситуации, сложившейся в данный момент

Слайд 25

Операционная система в роли менеджера ресурсов
Остальная часть ОП может быть предоставлена

в распоряжение одной или нескольких прикладных программ
В ней хранятся команды этих программ и часть необходимых для них данных
Распределением этого ресурса (ОП) занимаются совместно ОС и аппаратные средства управления памятью, которые входят в состав процессора

Слайд 26

Операционная система в роли менеджера ресурсов
ОС также решает, когда устройство ввода-вывода

может быть предоставлено выполняемой прикладной программе, и управляет доступом к нему и файлам
Процессор сам по себе также является ресурсом, а потому ОС должна контролировать, какую часть общего времени процессора предоставить каждой отдельной прикладной программе
В том случае, когда в составе комплекса имеется несколько процессоров, это решение следует принимать в отношении каждого из них.

Слайд 27

Классификации операционных систем
По дисциплине обслуживания программ:
- интерактивный режим;
–

пакетный режим.
По количеству одновременно обслуживаемых пользователей:
- однопрограммные;
- мультипрограммные.

Слайд 28

Интерактивный режим
Обеспечивает непосредственное взаимодействие пользователей (одного или нескольких) с приложениями
В

качестве средства взаимодействия чаще всего выступает терминал (клавиатура и дисплей)
Пользователь может запросить выполнение определенного задания или транзакции

Слайд 29

Интерактивный режим
После запуска задания пользователь может передавать ему данные, получать информацию

о промежуточных результатах, управлять логикой выполнения приложения

Слайд 30

Слайд 31

Режим пакетной обработки
Все приложения и данные, необходимые для текущего сеанса, собираются

в единый пакет и передаются оператору комплекса
Оператор запускает пакет на выполнение без всякого участия конечных пользователей
Результаты выполнения каждого задания фиксируются в распечатке принтера и передаются пользователям

Слайд 32

Слайд 33

Однопрограммные и мультипрограммные ОС
В однопрограммных ОС все системные ресурсы полностью предоставлены

в распоряжение одного пользователя
В мультипрограммных ОС все системные ресурсы могут использоваться несколькими пользователями одновременно

Слайд 34

Операционные системы для пакетного режима
Операционная система, реализующая режим пакетной обработки,

получила называние монитор

Слайд 35

Распределение оперативной памяти в пакетном режиме

Слайд 36

Функции монитора
Монитор должен постоянно присутствовать в оперативной памяти, чтобы доступ к

нему был открыт в любой момент времени
Остальные компоненты операционной системы — утилиты и функции общего применения — загружались как подпрограммы конкретного задания перед его выполнением

Слайд 37

Функции монитора
Монитор последовательно считывал задания из устройства ввода и помещал текущее

задание в область ОП, отведенную для прикладных программ, а затем управление переходило к загруженной прикладной программе
Когда выполнение текущего задания завершалось, управление возвращалось монитору, который немедленно загружал следующее задание

Слайд 38

Аппаратные средства и реализация режима ПО
Защита памяти
Таймер
Привилегированные команды
Прерывания

Слайд 39

Защита памяти
Во время выполнения прикладной программы должны блокироваться любые попытки

изменить содержимое области оперативной памяти, в которой размещен резидентный монитор

Слайд 40

Таймер
Таймер в системе применяется для того, чтобы предотвратить монопольный захват

ее одним заданием
В начале выполнения каждого задания в таймере устанавливается максимальное время, отпущенное этому заданию
Если выполнение задания не завершено по истечении этого времени, вырабатывается сигнал прерывания и управление передается монитору

Слайд 41

Привилегированные команды
Определенным машинным командам можно придать особый статус — их

принято называть привилегированными — в том смысле, что содержать эти команды может только программа операционной системы.
В число привилегированных команд включаются и команды ввода-вывода, поскольку право управления всеми устройствами ввода-вывода в пакетном режиме предоставляется исключительно операционной системе.

Слайд 42

Привилегированные команды
Если процессор обнаруживает, что такую команду пытается выполнить прикладная программа,

это трактуется как ошибочная ситуация со всеми вытекающими отсюда последствиями
При необходимости ввести или вывести данные прикладная программа должна обращаться с запросом к операционной системе, которая и передаст соответствующие команды внешним устройствам

Слайд 43

Прерывания
Аппаратная поддержка такой функции обеспечивает необходимую гибкость в работе операционной

системы, которая по прерыванию может реагировать на те или иные ситуации, возникающие в процессе функционирования комплекса, перехватывая управление у прикладной программы

Слайд 44

Операционные системы для пакетного режима
Время работы процессора делится между выполнением прикладных

программ и программ операционной системы
Негативным следствием этого является то, что часть оперативной памяти приходится отводить для резидентных программ операционной системы, и часть машинного времени расходуется на выполнение программ операционной системы
Но даже с учетом этих накладных расходов эффективность комплекса в пакетном режиме была выше, чем в режиме ручного распределения машинного времени

Слайд 45

Мультипрограммный пакетный режим
Вариант пакетного режима с последовательным выполнением заданий не исключал

простоев процессора
Основным источником простоев были операции ввода-вывода, когда процессор ожидал завершения обмена данными со сравнительно медленно работающим внешним устройством

Слайд 46

Однопрограммный пакетный режим

Слайд 47

Однопрограммный пакетный режим
Чтобы снизить простои процессора, необходимо в ОП разместить, помимо

резидентного монитора, две или более прикладных программ
Тогда, как только в процессе выполнения первого задания встретится операция ввода-вывода, можно запустить ее, а процессор переключить на выполнение второго задания

Слайд 48

Мультипрограммный пакетный режим

Слайд 49

Мультипрограммный пакетный режим (3)

Слайд 50

Мультипрограммный пакетный режим
Мультипрограммная операционная система имеет гораздо более сложную структуру по

сравнению с однопрограммной
Для того, чтобы несколько прикладных программ одновременно размещались в оперативной памяти, в составе операционной системы должен быть специальный компонент управления распределением памяти

Слайд 51

Мультипрограммный пакетный режим
Кроме того, если несколько программ готовы к выполнению, операционной

системе предстоит решить, какой из них отдать предпочтение, а для этого в ее составе должен быть планировщик заданий

Слайд 52

Эффективность мультипрограммной операционной системы
Преимущество:
повышается производительность процессора (примерно в два

раза).
Недостатки:
- требует дополнительных аппаратных средств (прямого доступа к памяти, обработки прерываний);
- требует более сложной ОС.

Слайд 53

Системы с разделением времени
Проблема интерактивного доступа была решена с помощью дисциплины

разделения времени вычислительной системы.
Применяется принцип мультипрограммной работы.
Операционная система по очереди выделяла для выполнения программы каждого пользователя, работающего за собственным терминалом, короткий отрезок времени — квант.

Слайд 54

Архитектура компьютеров

Содержание

Система аттестации

ЛекцияСистемное программное обеспечение компьютеров

Назначение ОСОперационная система представляет собой программный компонент, контролирующий выполнение других компонентов

Назначение ОСРазработчики операционных систем преследуют две цели: - обеспечить удобство

Иерархическая организация вычислительной системыАппаратные и программные средства, обеспечивающие решение некоторой прикладной

Иерархическая организация вычислительной системы

Иерархическая организация вычислительной системыПриложения (прикладные задачи) формулируется прикладным программистом на языке

УтилитыОблегчить участь программиста может комплекс специализированных программ, которые принято называть системными

Операционная система скрывает от прикладного программиста детали функционирования аппаратных средств

Операционная системаОперационная система играет роль посредника между программистом и прикладной программой,

Типовые процедуры и служебные функции операционной системы Формирование программы Операционная система

Типовые процедуры (2) 2. Выполнение прикладной программыВ процессе выполнения программы всегда

Типовые процедуры (3) 3 Доступ к устройствам ввода-вывода Для обращения к

Типовые процедуры (4) 4. Управление доступом к файлам. Процедуры обращения к

Типовые процедуры (5)5 Доступ к вычислительной системеЕсли вычислительный комплекс функционирует в

Типовые процедуры (6)6. Обнаружение и обработка ошибок Операционная система должна обнаружить

Типовые процедуры (6)Довольно часто ОС ограничивается тем, что выводит сообщение пользователю

Типовые процедуры (7) 7 Оценка работы комплекса Большинство современных операционных систем

Операционная система в роли менеджера ресурсовКомпьютер можно рассматривать как совокупность ресурсов,

Особенности функций управления ОС 1 ОС является такой же программой, как

Особенности функций управления ОСКлючевым фактором, отличающим ОС от прочих программ, является

Операционная система в роли менеджера ресурсов

Операционная система в роли менеджера ресурсовЧасть программ ОС находится в оперативной

Операционная система в роли менеджера ресурсовОстальная часть ОП может быть предоставлена

Операционная система в роли менеджера ресурсовОС также решает, когда устройство ввода-вывода

Классификации операционных системПо дисциплине обслуживания программ: - интерактивный режим; –

Интерактивный режим Обеспечивает непосредственное взаимодействие пользователей (одного или нескольких) с приложениямиВ

Интерактивный режимПосле запуска задания пользователь может передавать ему данные, получать информацию

Режим пакетной обработкиВсе приложения и данные, необходимые для текущего сеанса, собираются

Однопрограммные и мультипрограммные ОСВ однопрограммных ОС все системные ресурсы полностью предоставлены

Операционные системы для пакетного режима Операционная система, реализующая режим пакетной обработки,