Тема 1.1. Основні концепції операційних систем

Самостійна робота №1

Тема 1.1. Основні концепції операційних систем

Системні виклики

У будь-якій операційній системі підтримується механізм, що дозволяє користувальницьким програмам звертатися до послуг ядра ОС. В операційних системах найбільш відомої радянської обчислювальної машини БЭСМ-6 відповідні засоби "спілкування" з ядром називалися екстракодами, в операційних системах IBM вони називалися системними макрокомандами й т.д. В ОС Unix такі засоби називають системними викликами.

Системні виклики (system calls) – це інтерфейс між операційною системою й користувальницькою програмою. Вони створюють, видаляють і використають різні об'єкти, головні з яких – процеси й файли. Користувальницька програма запитує сервіс в операційної системи, здійснюючи системний виклик. Є бібліотеки процедур, які завантажують машинні регістри певними параметрами здійснюють переривання процесора, після чого керування передається оброблювачеві даного виклику, що входить у ядро операційної системи. Ціль таких бібліотек - зробити системний виклик схожим на звичайний виклик підпрограми.

Основна відмінність полягає в тому, що при системному виклику завдання переходить у привілейований режим або режим ядра (kernel mode). Тому системні виклики іноді ще називають програмними перериваннями, на відміну від апаратних переривань, які частіше називають просто перериваннями.

У цьому режимі працює код ядра операційної системи, причому виконується він в адресному просторі й у контексті його завдання, що викликало. Таким чином, ядро операційної системи має повний доступ до пам'яті користувальницької програми, і при системному виклику досить передати адреси однієї або декількох областей пам'яті з параметрами виклику й адреси однієї або декількох областей пам'яті для результатів виклику.

У більшості операційних систем системний виклик здійснюється командою програмного переривання (INT). Програмне переривання - це синхронна подія, що може бути повторене при виконанні того самого програмного коду.

 

Переривання

Переривання (hardware interrupt) - це подія, яка генерується зовнішнім (стосовно процесора) пристроєм. За допомогою апаратних переривань апаратури або інформує центральний процесор про те, що відбулася яка-небудь подія, що вимагає негайної реакції (наприклад, користувач нажав клавішу), або повідомляє про завершення асинхронної операції вводу-виводу (наприклад, закінчене читання даних з диска в основну пам'ять). Важливий тип апаратних переривань - переривання таймера, які генеруються періодично через фіксований проміжок часу. Переривання таймера використаються операційною системою при плануванні процесів. Кожен тип апаратних переривань має власний номер, що однозначно визначає джерело переривання. Апаратне переривання - це асинхронна подія, тобто воно виникає поза залежністю від того, який код виконується процесором у цей момент. Обробка апаратного переривання не повинна враховувати, який процес є поточним.

 

Виняткові ситуації

Виняткова ситуація (exception) - подія, що виникає в результаті спроби виконання програмою команди, що з якихось причин не може бути виконана до кінця. Прикладами таких команд можуть бути спроби доступу до ресурсу при відсутності достатніх привілеїв або звертання до відсутньої сторінки пам'яті. Виняткові ситуації, як і системні виклики, є синхронними подіями, що виникають у контексті поточного завдання. Виняткові ситуації можна розділити на поправні й непоправні. До поправного ставляться такі виняткові ситуації, як відсутність потрібної інформації в оперативній пам'яті. Після усунення причини поправної виняткової ситуації програма може виконуватися далі. Виникнення в процесі роботи операційної системи поправних виняткових ситуацій уважається нормальним явищем. Непоправні виняткові ситуації найчастіше виникають у результаті помилок у програмах (наприклад, розподіл на нуль). Звичайно в таких випадках операційна система реагує завершенням програми, що викликала виняткову ситуацію.

 

Самостійна робота №2

Тема 1.2. Архітектура операційних систем

Принцип модульності ОС

Під модулем у загальному випадку розуміють функціонально закінчений елемент системи, виконаний відповідно до прийнятих меж про дуловим і інтерфейсам. Модуль передбачає можливість без зусиль замінити його на інший при наявності заданих інтерфейсів

Найбільший ефект від його використання досяжний, коли принцип розповсюджений одночасно на операційну систему, прикладні програми та апаратуру.

 

Принцип функціональної вибірковості

ВОС виділяється деяка частина важливих модулів, що повинні постійно знаходитися в оперативній пам'яті для більш ефективної організації обчислювального процесу (ядро)

 

При формуванні складу ядра потрібно враховувати два суперечливих вимоги.

1) До складу ядра повинні увійти найбільш часто використовувані системні модулі.

2) Кількість модулів повинно бути таким, щоб обсяг пам'яті, займаний ядром, був би не занадто великим.

Транзитні програмні модулі завантажуються в оперативну пам'ять тільки при необхідності і

у разі відсутності вільного простору можуть бути заміщені іншими транзитними модулями.

 

Принцип генерування ОС

Цей принцип дозволяє настроювати центральну системну керуючу програму ОС, виходячи з конкретної конфігурації конкретного обчислювального комплексу і кола розв'язуваних завдань.

Ця процедура проводиться рідко, перед протяжним періодом експлуатації ОС. Процес генерації здійснюється за допомогою спеціальної програми - генератора і відповідного вхідного мови для цієї програми, що дозволяє описувати програмні можливості системи і конфігурацію машини. Принцип генерування суттєво спрощує налаштування ОС на необхідну конфігурацію обчислювальної системи.

 

Самостійна робота №3

Тема 1.3. Процеси та потоки

Рис. 3.1. Стани потоків

 

Перехід потоків між станами очікування і готовності реалізовано на основі планування задач, або планування потоків.

 

Визначення процесу та потоку

Під процесом розуміють абстракцію ОС, яка об'єднує все необхідне для виконання однієї програми в певний момент часу.

 

Для успішного виконання програми потрібні певні ресурси. До них належать:

-ресурси, необхідні для послідовного виконання програмного коду (передусім процесорний час);

-ресурси, що дають можливість зберігати інформацію, яка забезпечує виконання програмного коду (регістри процесора, оперативна пам'ять тощо).

 

 

Ці групи ресурсів визначають дві складові частини процесу:

- послідовність виконуваних команд процесора;

- набір адрес пам'яті (адресний простір), у якому розташовані ці команди і дані для них.

 

Виділення цих частин виправдане ще й тим, що в рамках одного адресного простору може бути кілька паралельно виконуваних послідовностей команд, що спільно використовують одні й ті самі дані. Необхідність розмежування послідовності команд і адресного простору підводить до поняття потоку.

 

Потоком (потік керування, нитка, thread) називають набір послідовно виконуваних команд процесора, які використовують загальний адресний простір процесу.

 

Оскільки в системі може одночасно бути багато потоків, завданням ОС є організація перемикання процесора між ними і планування їхнього виконання.

У багатопроцесорних системах код окремих потоків може виконуватися на окремих процесорах.

 

Самостійна робота №4

Тема 1.4. Планування процесів і потоків

Самостійна робота №5

Тема 1.5. Віртуальні машини

Самостійна робота №6

Тема 1.6. Операційна система Linux

Робота в мережі

 

Linux підтримує два базових мережних протоколи UNIX: TCP/IP і UUCP. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) є безліч мережних парадигм, що дозволяють системам по усьому світі зв'язуватися по єдиній мережі, відомої як Internet. За допомогою Linux, TCP/IP і підключення до мережі ви можете спілкуватися з користувачами й машинами всього Internet через електронну пошту, новини USENET, передачу файлів FTP і т.п. В Internet багато машин під Linux.

Більшість мереж TCP/IP використають Ethernet, як фізичний транспортний засіб. Linux підтримує багато популярних карт Ethernet і інтерфейси. Однак, оскільки не в усіх є будинку плата Ethernet, Linux також підтримує SLIP (Serial Line Internet Protocol), що дозволяє зв'язуватися з Internet через модем. Для використання SLIP ви повинні мати доступ до SLIP-сервера, машині пов'язаної з мережею й, що забезпечує вам вхід в Internet. Багато фірм і університети надають SLIP-сервіс. Якщо ваш Linux має Ethernet і модем, ви можете зконфігурувати систему як SLIP-сервер для інших хостів.

NFS (Network File System) дозволяє вам використати файли разом з іншими машинами мережі. FTP (File Transfer Protocol) дозволяє передавати файли між машинами. Інші додатки включають sendmail - систему передачі й одержання електронної пошти з використанням протоколу SMTP; базовану на протоколі NNTP, системі електронних новин типу C-News і INN; telnet, rlogin і rsh - дозволяють увійти й виконати команди на інших машинах мережі; finger - дозволяє одержувати інформацію про інших користувачів Internet. Фігурально виражаючись - існують тонни різних додатків для протоколу TCP/IP. Повний спектр різних програм для читання пошти й новин існує в Linux, це, наприклад: elm, pine, rn, nn і tin. Система забезпечує стандартний програмний інтерфейс, тому будь-яка програма, що використає TCP/IP, може бути легко перенесена на Linux. X-сервер Linux також підтримує TCP/IP, дозволяючи відображати виконувані на інших машинах прикладні програми на вашому дисплеї.

UUCP (UNIX-to-UNIX Copy) - найстарший механізм передачі файлів, електронної пошти й електронних новин між UNIX-машинами.Класично, UUCP-машини зв'язуються один з одним по телефонних лініях через модем, але UUCP може використати як транспортний засіб і зв'язок по TCP/IP. Якщо у вас немає доступу по TCP/IP або SLIP-сервера, ви можете зконфігурувати свою систему так, щоб посилати й одержувати файли й електронну пошту з використанням UUCP.

 

Самостійна робота №7

Папка

Папка (folder) - це логічна ємність, у якій можна згрупувати будь-які елементи, наприклад, документи, файли, інші папки або ярлики.

Ярлик (shortcut) - це можливість використати посилання на об'єкт без необхідності створення копії цього об'єкта.

Папки в Windows діляться на файлові й об'єктні. Файлові папки є відображенням каталогів на диску, а об'єктні є зображенням логічних і фізичних пристроїв комп'ютера. Папки мають ієрархічну структуру. Для створення папки необхідно виокремити папку, у якій буде розміщена нова папка, і обрати одну з наступних дій:

– меню Файл→Створити→Папка й ввести ім'я папки;

– у контекстовому меню обрати команду Створити.

Піктограма ярлика повністю збігається з піктограмою оригіналу. Ярлик відрізняється тільки стрілкою в нижньому лівому куті. Ярлик не є ні файлом, ні папкою. Його можна визначити як посилання на той чи інший об'єкт. Ярлик займає менше ніж 1 Кбайт пам'яті й має розширення.lnk.

Ярлик забезпечує швидкий доступ (шляхом подвійного натискання) до будь-якої папки, документа, програми. Для створення ярлика досить виконати наступні дії:

– скористатися засобами Мій комп'ютер, Провідник, Пошук для переходу до піктограми потрібної папки, програми, документа;

– натиснути праву кнопку миші й, не відпускаючи її перетягти цю піктограму на Робочий стіл або в іншу папку, або на кнопку Пуск;

– відпустити праву кнопку миші й обрати в меню, яке з'явилось, пункт Створити ярлик. Копія піктограми з маленькою стрілочкою з'явиться на Робочому столі.

 

Основні папки, з якими працюють користувачі:

1 Робочий стіл (desktop).

2 Мій Комп'ютер (доступ до ресурсів ЕОМ)(My Computer).

3 Логічні диски (А:, С:, D:).

4 Кошик (Recycle Bin).

5 Панель Управління (Control panel).

6 Сітьове оточення.

7 Принтери (Printers).

8 Папки з файлами.

Робочий стіл

Робочий стіл - це умовне позначення всієї галузі комп'ютерного простору, доступного при роботі із системною галуззю Windows. Робочий стіл - це підкаталог каталогу Windows.

На робочому столі розташовані графічні об'єкти, які відображають програми, документи, пристрої, які називаються позначками, ярликами, піктограмами. У нижній частині екрана розташована системна панель завдань, що забезпечує швидкий доступ до загальних системних функцій і швидке перемикання з одного додатка на інший.

Набір елементів, які з'являються на робочому столі при запуску Windows, залежать від настройки комп'ютера.

Папка Мій комп'ютер – це піктограма, що дозволяє переглянути зміст комп'ютера (рис.1). Мій комп'ютер - це системна папка, її не можна знищувати.

 

Для того, щоб побачити, які пристрої підключені до комп'ютера, потрібно двічі натиснути на піктограму „Мій Комп'ютер” на Робочому столі. Після цього можна виконати одну з наступних операцій:

1 Щоб побачити зміст обраного диска натисніть двічі на піктограму цього диска.

2 Щоб побачити зміст обраної папки натисніть двічі на піктограму цієї папки.

3 Щоб побачити зміст обраного файла необхідно натиснути двічі на піктограму цього файла.

 

 

Відтворити інформацію у вікні Мій Комп'ютер можливо у вигляді:

– великих позначок;

– дрібних позначок;

– у вигляді списку;

– у вигляді таблиці.

Мережеве оточення використовується для перегляду ресурсів мережі. Мережа - це група комп'ютерів, які підключені один до одного або до центрального процесора так, щоб вони мали можливість разом використовувати різні ресурси, наприклад документи й принтери.

Кошик призначений для тимчасового збереження знищених файлів. Він дозволяє повернути випадково знищені файли. Для визначення властивостей, треба натиснути праву кнопку миші і обрати пункт Властивості. Для очищення кошика в контекстному меню обрати пункт Очищення кошика.

Портфель – це папка, що дозволяє проводити синхронізацію різних версій того ж самого файла. Портфель необхідний при роботі на декількох комп'ютерах з одними й тими документами.

Кнопка ПУСК перебуває на системній панелі завдань і викликає Головне меню, що дозволяє запускати програму, відкривати документи, змінювати настройки системи, одержувати довідкову інформацію, знаходити файл та інше.

 

Самостійна робота №8

Принципи адресації пам'яті.

Спо́соби адреса́ції па́м'яті — комплекс стандартизованих для певної архітектури системи команд центрального процесора способів для визначення (обчислення) місця розташування операндів у пам'яті ЕОМ або адреси наступної команди при виконанні команд переходу. В цій статті висвітлюються аспекти адресації операндів. Докладніше про адресацію переходів див. Методи адресації переходів.

Для того, щоби отримати можливість використовувати дані з пам'яті в обчислювальних операціях, необхідно однозначно вказати процесору їхнє розташування. В фон-нейманівських машинах кожна комірка пам'яті має власну адресу й проблема визначення місця розташування потрібних даних зводиться до визначення цієї адреси. В перших ЕОМ адреса або номер комірки необхідно було вказувати явно, і такий метод адресації виявлявся дуже незручним. Труднощі в алгоритмізації різних задач, де була потрібна автоматизація процесу визначення адреси, стали причиною введення згодом широкого спектру методів адресації. Кожний з них фактично пропонує певну формулу для обчислення ефективної (тобто фактичної) адреси, зручну в тій або іншій ситуації.

Пік винахідництва в цій галузі припав на час панування CISC-архітектур «регістр-пам'ять», які дозволяли безпосередньо використовувати в якості одного з операндів комірку пам'яті.RISC-архітектури типу «регістр-регістр», в яких доступ до пам'яті регламентується значно більш жорстко, мають у порівнянні з CISC, дуже скромний набір методів адресації, і у найрадикальніших представниках цієї ідеології зведений до єдиного.

Як приклад CISC-моделі адресації пам'яті, розглянемо різноманітну палітру методів популярної колись архітектури VAX-11 і розглянемо її на прикладі двооперандної команди додавання ADD a, b (a:=a+b), де кожний операнд може бути як регістром, так і безпосередньо знаходитись в пам'яті. В таблиці зведені основні методи адресації VAX (загальна кількість їх перевищує два десятки, але інші є похідними від наведених) за умови, що операнд а завжди перебуває в регістрі R1, а ефективна адреса операнда b обчислюється залежно від зазначеного в команді методу адресації.

 

Формат двохоперандної команди архітектури VAX. Поля «режим» визначають режим адресації, поля «регістр» — номери задіяних регістрів

Інформація про операнд міститься в його специфікаторі, формат якого варіюється, але для більшості методів адресації складається з полів «регістр» і «режим». Тобто, режим адресації задається полем «режим», а номер задіяного регістра міститься у полі «регістр». В режимі адресації по зсуву, в команді після полів режиму й регістра, з'являється додаткове поле із зазначенням величини самого зсуву. В режимі масштабування також застосовується розширення команди й у додатковому полі знаходиться специфікатор для третього задіяного регістра.

Реалізація абсолютної та безпосередньої адресації в машинах PDP і VAX досить цікава й використовує неявно, як залучений регістр, регістр лічильника команди (PC). Абсолютна адресація реалізується через непряму регістрову з автоінкрементом, а безпосередня — через непряму з автоінкрементом та дописуванням зсуву або константи безпосередньо після команди. При цьому регістр PC у момент виконання команди завжди вказує на наступну після неї комірку пам'яті, яка містить адресу зсуву або константи, й обчислення абсолютної адреси відбудеться коректно. Після цього необхідно лише збільшити PC до адреси наступної команди. Це робиться шляхом додання до поточного значення лічильника одиниці (автоінкремента).

Спосіб адресації	Запис команди	Ефективна адреса	Розгорнутий запис	Застосування
Абсолютна (пряма)	ADD R1,@#1000	M[1000]	R1:=R1+M[1000]	Коли відома абсолютна (пряма) адреса операнда
Безпосередня	ADD R1,#4	-	R1:=R1+4	Один з операндів — константа (арифм. операції, перевірки умов)
Регістрова	ADD R1,R2	R2	R1:=R1+R2	Усі операнди в регістрах
Непряма регістрова	ADD R1,(R2)	M[R2]	R1:=R1+M[R2]	Доступ до даних за попередньо обчисленою адресою, визначення адреси, на яку посилається вказівник (адреса вказівника — в R2)
Непряма	ADD R1,@(R2)	M[M[R2]]	R1:=R1+M[M[R2]]	Робота з вказівниками: якщо в R2 — адреса вказівника р, то ефективна адреса — це значення *p
За зсувом (базова, індексна)	ADD R1,30(R2)	M[R2+30]	R1:=R1+M[R2+30]	Один з основных способів. Застосовується для організації переміщуваних програм (фіксація «початку відліку (база)» в R2), для роботи з масивами (адреса початку — в R2, змінною зсуву отримаємо доступ до різних комірок масиву)
Масштабування (індексна регістрова непряма)	ADD R1,(R2)[R3]	M[x*R3+R2]	R1:=R1+M[x*R3+R2] x — різне в залежності від типу операндів	Робота з масивами
Непряма регістрова з автоінкрементом	ADD R1,(R2)+	M[R2]	R1:=R1+M[R2]; R2:=R2+1	Робота з масивами у циклах. R2 початково вказує на початок масиву, кожна нова ітерація супроводжується позиціонуванням на наступний елемент
Непряма регістрова з автодекрементом	ADD R1,-(R2)	M[R2-1]	R2:=R2-1; R1:=R1+M[R2]	Аналогічно попередньому способу

Ri — регістр з порядковим номером i.
М[j] — комірка пам'яті з абсолютною адресою j.
M[Ri]- комірка пам'яті з адресою, яка розташована в регістрі Ri

В архітектурах «регістр-регістр» про методи адресації пам'яті має сенс говорити тільки щодо спеціальних команд завантаження й збереження даних. Всі обчислювальні команди в цих архітектурах використовують винятково регістри або константи в полі команди, а значить тільки регістрову або безпосередню адресацію. RISC-архітектури, які ми маємо на увазі, говорячи про машини типу «регістр-регістр» (хоча, якщо точніше, RISC є всього лише підмножиною цього класу), власне, використовують дуже обмежений набір методів адресації, які несуть інше функціональне навантаження й не є складовою частиною обчислювальних операцій.

Формати команд архітектури DEC Alpha

Під ефективною адресою тепер будемо розуміти адресу комірки пам'яті, призначеної для завантаження в регістр спеціальною командою LD (load) або збереження результату спеціальною командою ST (store).

Цей набір є досить скромним у порівнянні з різноманіттям VAX. Поряд з нею архітектура DEC Alpha, з її єдиним методом адресації, виглядає, на перший погляд, навіть дивно, тим більше, що довгий час процесорам саме цієї архітектури належав світовий рекорд швидкодії. Однак, як показують статистичні дослідження, таке рішення цілком обґрунтоване — найуживанішими є методи адресації за зсувом (базової) й з використанням константи в полі команди, на них припадає в середньому стільки ж, скільки й на всі інші разом узяті. Хоча, звичайно ж, дуже багато чого залежить від стратегії оптимізації, використовуваної компілятором для конкретної архітектури.

Подібно до того, як в VAX деякі методи адресації були спеціальними випадками інших, в Alpha на основі адресації за зсувом (базової) можна отримати, наприклад, регістрову адресацію зазначенням нуля в якості розміру зсуву, або абсолютну адресацію записом нуля в якості задіяного регістра (зазвичай замість цього використовується регістр R0, який в RISC-архітектурах містить константу нуля).

 

Сегментація пам'яті.

Технологія сегментації дозволяє поділити адресний простір процесу на кілька сегментів. Довільна адреса програми містить ідентифікатор сегмента (segment ID) і зсув від його початку. Кожен сегмент може мати власні налаштування захисту. Сегменти завантажуються в оперативну пам'ять цілком, кожний з них описується за допомогою дескриптора, що містить фізичну адресу, за яким завантажений сегмент (базова адреса), розмір і інформація про захист. Апаратна частина перевіряє границі сегмента при кожній операції доступу, що виключає факти ушкодження процесом сусіднього сегмента. Завантаження і вивантаження (свопінг) можуть бути проведені на рівні окремих сегментів, а не всієї програми. Сегментація в інших випадках використовується разом з розбиттям на сторінки, що в результаті дає гнучкий гібридний механізм керування пам'яттю. У таких системах сегменти не обов'язково повинні розташовуватися у пам'яті неперервно.

 

Самостійна робота №9

Тема 2.2. Файлові системи

Імена файлів

Файл - рядок символів, однозначно визначає файл в деякому просторі імен файлової системи (ФС), зазвичай званому каталогом, директорією або папкою. Імена файлів будуються за правилами, прийнятим в тій чи іншій файлової та операційної системах (ОС). Багато системи дозволяють призначати імена як звичайним файлів, так і каталогів і спеціальних об'єктів (символічним посиланням, блоковим пристроям і т. п.).

Файл (англ. file — шухляда, папка) — це концепція в обчислювальній техніці: сутність яка має такі ознаки:

· фіксоване ім'я (назва файлу) (послідовність символів, число чи щось інше, що однозначно характеризує файл);

· певне логічне представлення і відповідні йому операції читання/запису.

На практиці це іменований блок інформації, який зберігається на носії інформації.

Максимальна довжина імені та розміру файлу обмежується властивостями конкретної файлової системи. Файл може мати набір атрибутів. Треба зазначити, що файл може мати більш ніж одне ім'я (наприклад в Unix можна створювати жорсткі посилання на файл, які стають повним аналогом початкового імені файлу).

В інформатиці використовується наступне визначення: файл - це впорядкована сукупність даних, що зберігається на диску і займає іменовану область зовнішньої пам'яті. Згідно з термінологією, прийнятою в програмуванні, файл — це довільний блок інформації, пристрій вводу-виводу. Кожна комп'ютерна програма відкриває принаймні три файли стандартних потоків: вхідний файл (stdin), вихідний файл (stdout), файл виводу повідомлень про помилки (stderr). Вхідний файл зазвичай асоціюється із клавіатурою, вихідний файл та файл виводу помилок- із екраном терміналу, проте кожен із цих файлів може бути перенаправлений на інший носій інформації, наприклад, на дисковий файл, про який мовилося вище, на мережу, яка також є файлом, на контролер будь-якого периферійного пристрою комп'ютера, зчитувача інформації тощо. Файлом може бути також ділянка оперативної пам'яті програми.

 

Файлова система NTFS

NTFS – це рекомендована файлова система для Windows 7. Вона має багато переваг, порівняно з попередньою файловою системою FAT32, наприклад:

· можливість автоматично відновлювати роботу після деяких помилок, пов’язаних із диском;

· покращена підтримка жорстких дисків великої місткості;

· кращий захист, оскільки можна використовувати дозволи та шифрування для обмеження доступу до вказаних файлів певним користувачам.

Файлова система FAT32

Файлова система FAT32 (і FAT, що використовується рідше) застосовувалася в попередніх версіях Windows і наразі використовується на більшості пристроїв USB флеш-пам’яті. FAT32 не має таких функцій безпеки, як NTFS, тому якщо на розділі або жорсткому диску під керуванням Windows 7 використовується саме FAT32, кожен, хто має доступ до комп’ютера, зможе прочитати будь-який збережений файл. Файлова система FAT32 також обмежує розмір диска. Не можна створювати розділи FAT32 більше 32 гігабайтів (ГБ), на ньому також не можна зберігати файли, розмір яких перевищує 4 ГБ.

Форматувати жорсткий диск або розділ за допомогою FAT32 можна в тому разі, якщо, наприклад, на комп’ютері інколи потрібно запускати Windows 95, Windows 98 або Windows Millennium Edition, а в інший час – Windows 7. Такий тип конфігурації називається багатоваріантним завантаженням. Якщо потрібно використовувати подібну конфігурацію, операційну систему попередньої версії слід інсталювати в розділі FAT32 (або FAT) та зробити його первинним (таким, де може зберігатись операційна система). Усі додаткові розділи, які будуть потрібні під час роботи з попередніми версіями Windows, також слід від форматувати у файловій системі FAT32.

 

Самостійна робота №10

Самостійна робота №11

Тема 2.4. Завантаження ОС

Жорстке перезавантаження

Жорстке перезавантаження (англ. hard reboot) відбувається, коли на короткий час зникає живлення комп'ютера, або коли на процесор надсилається спеціальний сигнал (найчастіше така кнопка міститься на передній панелі комп'ютера). Це початкове завантаження без попереднього виконання завершальних процедур операційної системи. Для багатьох операційних систем, особливо тих що використовують дисковий кеш, після жорсткого перезавантаження файлова система може містити неузгодженості через незавершеність дискових операцій вводу-виводу; щоб виправити ці помилки запускається процедура сканування файлової системи на цілісність структури ще до того, як матиме місце нормальне завантаження. Жорстке перезавантаження може бути спричинено ненавмисно, через випадкове відключення живлення, або ж зроблене навмисно як остання спроба вийти з неприємного стану на комп'ютері, наприклад критичної помилки системи, чи вірусної атаки, чи DoS-атаки з інтернету.

М’яке перезавантаження

М'яким (англ. soft reboot) перезавантаження називається тоді, коли воно відбувається під контролем програмного забезпечення, без порушень в електроживленні і натискання кнопки перезавантаження на передній панелі. Як правило, але не завжди, це означає звичайне штатне завершення роботи машини і наступне перезавантаження.

Комбінація клавіш клавіатури Control-Alt-Delete на оригінальному комп'ютері IBM PC була назначена для виконання м'якого перезавантаження для скорішого і зручнішого (і, дехто стверджує, менш стресового для компонентів системи) рестарту, порівняно із тим, коли вимикається живлення комп'ютера.

Ядро Linux має опціональну підтримку системного виклику kexec, який зупиняє поточне робоче ядро і переключає виконання на інше. Це процес повністю незалежний від програм, зашитих в залізо (firmware). Зауважимо, що ядро, яке запускається, може навіть і не бути ядром Linux.

 

Самостійна робота №12

Самостійна робота №13

Самостійна робота №14

Класифікація архітектур

Архітектура комп'ютера

Комп'ютер - це електронний пристрій, що виконує операції введення інформації, зберігання та оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатів у формі, придатній для сприйняття людиною. За кожну з названих операцій відповідають спеціальні блоки комп'ютера:

· пристрій введення,

· центральний процесор,

· запам'ятовуючий пристрій,

· пристрій виведення.

Всі ці блоки складаються з окремих дрібніших пристроїв. Зокрема в центральний процесор можуть входити арифметико-логічний пристрій (АЛП), внутрішній запам'ятовуючий пристрій у вигляді регістрів процесора та внутрішньої кеш-пам'яті, керуючий пристрій (КП). Пристрій введення, як правило, теж не є однією конструктивною одиницею. Оскільки види інформації, що вводиться, різноманітні, джерел може бути декілька. Це стосується і пристрою виведення.

Запам'ятовуючий пристрій - це блок ЕОМ, призначений для тимчасового (оперативна пам'ять) та тривалого (постійна пам'ять) зберігання програм, вхідних і результуючих даних та деяких проміжних результатів. Інформація в оперативній пам'яті зберігається тимчасово лише при включеному живленні, але оперативна пам'ять має більшу швидкодію. В постійній пам'яті дані можуть зберігатися навіть при вимкненому комп'ютері, проте швидкість обміну даними між постійною пам'яттю та центральним процесором, у переважній більшості випадків, значно менша.

Арифметико-логічний пристрій - це блок ЕОМ, в якому відбувається перетворення даних за командами програми: арифметичні дії над числами, перетворення кодів та ін.

Керуючий пристрій координує роботу всіх блоків комп'ютера. У певній послідовності він вибирає з оперативної пам'яті команду за командою. Кожна команда декодується, за потреби елементи даних з указаних в команді комірок оперативної пам'яті передаються в АЛП. АЛП настроюється на виконання дії, вказаної поточною командою (в цій дії можуть брати участь також пристрої введення-виведення); дається команда на виконання цієї дії.

Цей процес буде продовжуватися доти, доки не виникне одна з наступних ситуацій: вичерпано вхідні дані, з одного з пристроїв надійшла команда на припинення роботи, вимкнено живлення комп'ютера.

Описаний принцип побудови ЕОМ носить назву архітектури фон Неймана - американського вченого угорського походження Джона фон Неймана, який її запропонував.

Сучасну архітектуру комп'ютера визначають також такі принципи:
Принцип програмного керування. Забезпечує автоматизацію процесу обчислень на ЕОМ. Згідно з цим принципом, запропонованим англійським математиком Ч.Беббіджем у 1833 р., для розв'язання кожної задачі складається програма, що визначає послідовність дій комп'ютера. Ефективність програмного керування є високою тоді, коли задача розв'язується за тією самою програмою багато разів (хоч і за різних початкових даних).

Принцип програми, що зберігається в пам'яті. Згідно з цим принципом, сформульованим Дж. фон Нейманом, команди програми подаються, як і дані, у вигляді чисел й обробляються так само, як і числа, а сама програма перед виконання завантажується в оперативну пам'ять. Це прискорює процес її виконання.

Принцип довільного доступу до пам'яті. Згідно з цим принципом, елементи програм та даних можуть записуватися у довільне місце оперативної пам'яті. Довільне місце означає можливість звернутися до будь-якої заданої адреси (до конкретної ділянки пам'яті) без перегляду попередніх.

На підставі цих приниців можна стверджувати, що сучасний комп'ютер - технічний пристрій, який після введення в пам'ять початкових даних у вигляді цифрових кодів і програми їх обробки, вираженої також цифровими кодами, здатний автоматично здійснити обчислювальний процес, заданий програмою, і видати готові результати розв'язання задачі у формі придатній для сприйняття людиною.

Реальна структура комп'ютера значно складніша, ніж розглянута вище (її можна назвати логічної структурою). У сучасних комп'ютерах, зокрема персональних, все частіше здійснюється відхід від традиційної архітектури фон Неймана, зумовлений прагненням розробників та користувачів до підвищення якості та продуктивності комп'ютерів. Якість ЕОМ характеризується багатьма показниками. Це і набір команд, які комп'ютер здатний розуміти, і швидкість роботи (швидкодія) центрального процесора, кількість периферійних пристроїв введення-виведення, які можна приєднати до комп'ютера одночасно і т.д. Головним показником є швидкодія - кількість операцій, яку процесор здатний виконати за одиницю часу. На практиці корситувача більше цікавить продуктивність комп'ютера - показник його ефективної швидкодії, тобто здатності не просто швидко функціонувати, а швидко розв'язувати конкретні поставлені задачі.

Як результат, всі ці та інші фактори спричинили принципове і конструктивне вдосконалення елементної бази комп'ютерів, тобто створення нових, більш швидких, надійних і зручних у роботі процесорів, запам'ятовуючих пристроїв, пристроїв введення-виведення і т.д. Проте, слід усвідомлювати, що швидкість роботи елементів неможливо збільшувати безмежно (існують сучасні технологічні обмеження та обмеження, зумовлені фізичними законами). Тому розробники комп'ютерної техніки шукають вирішення цієї проблеми вдосконаленням архітекутри ЕОМ.

Так, з'явилися комп'ютери з багатопроцесорною архітектурою, в яких кілька процесорів працюють одночасно, а це означає, що продуктивність такого комп'ютера дорівнює сумі продуктивностей процесорів. У потужних комп'ютерах, призначених для складних інженерних розрахунків і систем автоматизованого проектування (САПР), часто встановлюють два або чотири процесори. У надпотужних ЕОМ (такі машини можуть, наприклад, моделювати ядерні реакції в режимі реального часу, передбачати погоду в глобальному масштабі) кількість процесорів досягає кількох десятків.

Швидкість роботи комп'ютера істотно залежить від швидкодії оперативної пам'яті. Тому постійно ведуться пошуки елементів для оперативної пам'яті, які потребували б якомога менше часу на операції читання-запису. Але разом із швидкодією зростає вартість елементів пам'яті, тому нарощення швидкодійної оперативної пам'яті потрібної ємності не завжди прийнятна економічно.