Операционная система: определение и классификация. Основные функции операционных систем.

Операционная система: определение и классификация. Основные функции операционных систем.

операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений. Классификация ОС:

1) по назначению (общего назначения, специального назначения (мини ЭВМ, микро ЭВМ, ЭВМ реального времени));

2)по режиму обработки задач (однопрограммные, многопрограммные); 3)по архитектурным особенностям (микроядерные, монолитные);

4) по организации работы (однотерминальные, многотерминальные).

основные функции операционных систем.

1)Прием от пользователя (или от оператора системы) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка. Задания могут передаваться в виде текстовых директив (команд) оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (например, с помощью мыши). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами (получить перечень файлов в текущем каталоге, создать, переименовать, скопировать, переместить тот или иной файл и др.), хотя имеются и иные команды.

2)Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ.

3)Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти.

4)Запуск программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу).

5)Идентификация всех программ и данных.

6)Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений. Операционная система умеет выполнять очень большое количество системных функций (сервисов), которые могут быть запрошены из выполняющейся программы. Обращение к этим сервисам осуществляется по соответствующим правилам, которые и определяют интерфейс прикладного программирования (Application Program Interface, API) этой операционной системы.

7)Обслуживание всех операций ввода-вывода.

8)Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения.

9)Обеспечение режима мультипрограммирования, то есть организация параллельного выполнения двух или более программ на одном процессоре, создающая видимость их одновременного исполнения.

10)Планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания.

11)Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами.

12)Для сетевых операционных систем характерной является функция обеспечения взаимодействия связанных между собой компьютеров.

13)Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений.

14)Аутентификация и авторизация пользователей (для большинства диалоговых операционных систем). Под аутентификацией понимается процедура проверкиимени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи. Термин авторизация означает, что в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему (и всем запросам, которые будут идти к операционной системе от его имени) назначаются определенные права(привилегии), определяющие, что он может, а что не может делать на компьютере.

15) Удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для операционных систем реального времени).

16)Обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.

17)Предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.

Архитектура операционной системы.

Простейшая структуризация ОС состоит в разделении всех компонентов ОС на модули, выполняющие основные функции ОС (ядро), и модули, выпол­няющие вспомогательные функции ОС. Вспомогательные модули ОС оформ­ляются либо в виде приложений (утилиты и системные обрабатывающие программы), либо в виде библиотек процедур. Вспомогательные модули за­гружаются в оперативную память только на время выполнения своих функ­ций, то есть являются транзитными. Модули ядра постоянно находятся в оперативной памяти, то есть являются резидентными. При наличии аппаратной поддержки режимов с разными уровнями полно­мочий устойчивость ОС может быть повышена путем выполнения функций ядра в привилегированном режиме, а вспомогательных модулей ОС и прило­жений — в пользовательском. Это дает возможность защитить коды и данные ОС и приложений от несанкционированного доступа. ОС может выступать в роли арбитра в спорах приложений за ресурсы. Ядро, являясь структурным элементом ОС, в свою очередь, может быть логи­чески разложено на следующие слои (начиная с самого нижнего): 1)машинно-зависимые компоненты ОС; 2)базовые механизмы ядра; 3)менеджеры ресурсов; 4)интерфейс системных вызовов. В многослойной системе каждый слой обслуживает вышележащий слой, вы­полняя для него некоторый набор функций, которые образуют межслойный интерфейс. На основе функций нижележащего слоя следующий вверх по иерархии слой строит свои функции — более сложные и более мощные, ко­торые, в свою очередь, оказываются примитивами для создания еще более мощных функций вышележащего слоя. Многослойная организация ОС суще­ственно упрощает разработку и модернизацию системы. Любая ОС для решения своих задач взаимодействует с аппаратными средст­вами компьютера, а именно: средствами поддержки привилегированного ре­жима и трансляции адресов, средствами переключения процессов и защиты областей памяти, системой прерываний и системным таймером. Это делает ОС машинно-зависимой, привязанной к определенной аппаратной платформе. Переносимость ОС может быть достигнута при соблюдении следующих пра­вил. Во-первых, большая часть кода должна быть написана на языке, транс­ляторы которого имеются на всех компьютерах, куда предполагается пере­носить систему. Во-вторых, объем машинно-зависимых частей кода, которые непосредственно взаимодействуют с аппаратными средствами, должен быть по возможности минимизирован. В-третьих, аппаратно-зависимый код дол­жен быть надежно локализован в нескольких модулях. Микроядерная архитектура является альтернативой классическому способу построения операционной системы, в соответствии с которым все основные функции операционной системы, составляющие многослойное ядро, выполня­ются в привилегированном режиме. В микроядерных ОС в привилегирован­ном режиме остается работать только очень небольшая часть ОС, называемая микроядром. Все остальные высокоуровневые функции ядра оформляются в виде приложений, работающих в пользовательском режиме. Микроядерные ОС удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к современным ОС, обладая переносимостью, расширяемостью, надежностью и создавая хорошие предпосылки для поддержки распределенных прило­жений. За эти достоинства приходится платить снижением производительно­сти, что является основным недостатком микроядерной архитектуры. Прикладная программная среда — совокупность средств ОС, предназначен­ная для организации выполнения приложений, использующих определенную систему машинных команд, определенный тип API и определенный формат исполняемой программы. Каждая ОС создает как минимум одну прикладную программную среду. Проблема состоит в обеспечении совместимости несколь­ких программных сред в рамках одной ОС. При построении множественных прикладных сред используются различные архитектурные решения, концеп­ции эмуляции двоичного кода, трансляции API.

Планирование процессов. Понятие очереди. Планировщики.

В зависимости от состояния процесса ему должен быть предоставлен тот или иной ресурс, например новый процесс, необходимо разместить в основной памяти, следовательно, ему необходимо выделить часть адресного пространства. Процессу в состоянии «готовый» должно быть предоставлено процессорное время. Выполненный процесс может потребовать оборудование ввода-вывода. Распределение процессов между имеющимися ресурсами носит название планирование процессов. Одним из методов планирования процессов, ориентированных на эффективную загрузку ресурсов, является метод очередей. Новые процессы, находящиеся во входной очереди, часто называются очередью работ (заданий). Входная очередь располагается во внешней памяти. Во входной очереди процессы ожидают освобождения ресурса – адресного пространства основной памяти. Готовые к выполнению процессы располагаются в основной памяти и связаны очередью готовых процессов. Процесс в состоянии ожидания завершения операции ввода – вывода находится в одной из очередей к оборудованию. Таким образом, процесс мигрирует между различными очередями под управлением программы, которая называется планировщик. Операционная система, обеспечивающая режим мультипрограммирования обычно включает 2 планировщика: долгосрочный и краткосрочный. Например, в ОС/360 долгосрочный планировщик называется планировщиком заданий, а краткосрочный – супервизором задач. На уровень долгосрочного планирования выносятся редкие системные действия, требующие больших затрат системных ресурсов, на уровень краткосрочного планирования – частые и более короткие процессы. Основное отличие между долгосрочным и краткосрочным планировщиками заключается в частоте запуска, например, краткосрочный может запускаться каждые 100 мл секунд, долгосрочный – 1 раз за несколько минут или больше. Долгосрочный планировщик (ДП) решает какой из процессов, находящихся во входной очереди должен быть переведен в очередь готовых процессов в случае освобождения ресурсов памяти. ДП выбирает процесс из входной очереди с целью создания неоднородной мультипрограммной смеси. Это означает, что в очереди готовых процессов должны находится в разной пропорции как процессы, ориентированные на ввод – вывод, так и процессы, ориентированный преимущественно на работу с ЦПУ. На уровне долгосрочного планирования объектом является не отдельный процесс, а некоторое объединение процессов по функциональному назначению, которые называются работой или приложением. По мере порождения новых работ создается собственная виртуальная машина для их выполнения. Краткосрочный планировщик (КП) решает какой из процессов, находящихся в очереди готовых процессов должен быть передан на выполнение в ЦПУ. В некоторых ОС ДП может отсутствовать, например, в системах разделения времени. На уровне КП объектом управления являются процессы, которые выступают как потребители ЦП для внутренних процессов или внешнего процессора для внешних процессов. Предметом порождения процессов могут быть процессы на том же уровне или сигналы ДП. Выделение процессора процессу производится с целью достижения эффекта мультипрограммирования. Такой процесс называется диспетчеризацией.

Перемещаемые разделы

Одним из методов борьбы с фрагментацией является перемещение всех занятых участков в сторону старших или младших адресов, так, чтобы вея свободная память образовала единую свободную область (рис. 5.10). В дополнение к функциям, которые выполняет ОС при распределении памяти динамическими разделами* в данном случае она должна еще время от времени копировать содержимое разделов из одного места памяти в другое, корректируя таблицы свободных и занятых областей. Эта процедура называется сжатием. Сжатие может выполняться либо при каждом завершении процесса, либо только тогда, когда для вновь создаваемого процесса нет свободного раздела достаточного размера. В первом случае требуется меньше вычислительной работы при корректировке таблиц свободных и занятых областей, а во втором — реже выполняется процедура сжатия.

Рис. 5.10. Распределение памяти перемещаемыми разделами

Так как программы перемещаются по оперативной памяти в ходе своего выполнения, то в данном случае невозможно выполнить настройку адресов с помощью перемещающего загрузчика. Здесь более подходящим оказывается динамическое преобразование адресов.

Хотя процедура сжатия и приводит к более эффективному использованию памяти, она может потребовать значительного времени, что часто перевешивает преимущества данного метода.

Страничное распределение

На рис. 5.12 показана схема страничного распределения памяти. Виртуальное адресное пространство каждого процесса делится на части одинакового, фиксированного для данной системы размера, называемые виртуальными страницами (virtual pages). В общем случае размер виртуального адресного пространства процесса не кратен размеру страницы, поэтому последняя страница каждого процесса дополняется фиктивной областью.

Вся оперативная память машины также делится на части такого же размера, называемые физическими страницами (или блоками, или кадрами). Размер страницы выбирается равным степени двойки: 512, 1024, 4096 байт и т. д. Это позволяет упростить механизм преобразования адресов.

Рис. 5.12. Страничное распределение памяти

При создании процесса ОС загружает в оперативную память несколько его виртуальных страниц (начальные страницы кодового сегмента и сегмента данных). Копия всего виртуального адресного пространства процесса находится на диске. Смежные виртуальные страницы не обязательно располагаются в смежных физических страницах. Для каждого процесса операционная система создает таблицу страниц — информационную структуру, содержащую записи обо всех виртуальных страницах процесса.

Сегментное распределение

Итак, виртуальное адресное пространство процесса делится на части — сегменты, размер которых определяется с учетом смыслового значения содержащейся в них информации. Отдельный сегмент может представлять собой подпрограмму, массив данных и т. п. Деление виртуального адресного пространства на сегменты осуществляется компилятором на основе указаний программиста или по умолчанию, в соответствии с принятыми в системе соглашениями. Сегменты не упорядочиваются друг относительно друга, так что общего для сегментов линейного виртуального адреса не существует, виртуальный адрес задается парой чисел: номером сегмента и линейным виртуальным адресом внутри сегмента.

 

Рис. 5.18. Распределение памяти сегментами

 

При загрузке процесса в оперативную память помещается только часть его сегментов, полная копия виртуального адресного пространства находится в дисковой памяти. Для каждого загружаемого сегмента операционная система подыскивает непрерывный участок свободной памяти достаточного размера. Смежные в виртуальной памяти сегменты одного процесса могут занимать в оперативной памяти несмежные участки. Если во время выполнения процесса происходит обращение по виртуальному адресу, относящемуся к сегменту, который в данный момент отсутствует в памяти, то происходит прерывание. ОС приостанавливает активный процесс, запускает на выполнение следующий процесс из очереди, а параллельно организует загрузку нужного сегмента с диска. При отсутствии в памяти места, необходимого для загрузки сегмента, операционная система выбирает сегмент на выгрузку, при этом она использует критерии, аналогичные рассмотренным выше критериям выбора страниц при страничном способе управления памятью.

Модель безопасности Win’NT

Модель без-ти – монитор без-ти, совместно с процем входа в с-му и защищенными подс-ми. В многозадачной ОС W’NT приложения совместно исп-ют ряд ресурсов в с-ме, включая память компа, уст-во ввода/вывода, файлы и процессоры с-мы. W’NT включает набор компонентов безопасности, к-й гарантирует, что приложения не смогут обратиться к этим ресурсам без соответствующего разрешения. Монитор безопасности отвечает за проведение проверки правильности доступа и контроля определенной локальной подс-мы безопасности. Монитор безопасности обеспечивает услуги по подтверждению доступа к объекта, проверки привилегий пользователя и генерации сообщений как д/привилегированного режима, так и д/режима пользователя. Защищенность ресурсов – одна из особенностей, предоставляемая моделью безопасности. Задачи не могут обращаться к чужим ресурсам иначе, чем ч/з применение спец. механизмов совместимого исп-ния. W’NT также предоставляет средства контроля, к-е позволяют администратору фиксировать действия пользователя.

Управление памятью W’NT.

Пред.собой ОС сервера д/исп-ния на раб станции. Надежность обеспечивается за счет высоких систем. затрат, поэтому д/получения приемлемой производительности необходимы быстродействующий ЦП и по меньшей мере 16 Мб ПЗУ. Собственным приклад. пр-мам выделяется 2 Гб особого адресного пространства. Приклад. пр-мы изолированы др. от др., хотя могут общаться ч/з буфер обмена и механизмы DDE и OLE. При вызове большинства ф-ций API из приклад. пр-мы библиотеки DDL клиентской стороны обращаются к локал. процедурам, к-е передают вызов и связанные с ним параметры в совершенно изолированное адресное пространство, где содержится систем. код. Этот сервер-процесс проверяет значения параметров, исполняет запрошенную ф-цию и пересылает результаты назад в адресное пространство приклад. пр-мы. W’NT дает возможность выполнять 16-тиразрядные приклад. пр-мы индивидуально в собственных пространствах памяти или совместно в разделяемом адресном пространстве. W’NT может также выполнять несколько сеансов Dos в многозадачном режиме. Собственные прикл. проги вып-ся в режиме вытесняющей многозадачности, основанной на упр-ии отд.потоками.

Основные отличия Win’2000.

W’2000 основана на W’NT, это полностью 32-хразрядн. ОС с приоритетной многозадачностью и улучшенной реализацией работы с памятью. Новые ср-ва упр-я польз-ми сетевыми ресурсами: Active Directory –облегчает работу админов больших сетей на базе W’2000. Вокруг него строится вся с-ма упр-я сетью и с-ма без-ти. Active Directory строится на принципах: единая регистрация в сети, без-ть инфы, централизованное упр-е, гибкий ин-с, масштабируемость, простота поиска; DFS- один

из инструментов Active Directory, позволяет создавать сетевые ресурсы, в которые м/входить мн-во файловых с-м на различных машинах; в стартовом меня вводится ф-я, когда при открытии показ-ся только наиболее часто употребляемые пункты; окошко св-в в стартовом меню позволяет редактировать строки, входящие в стартовое меню, расширять некоторые пункты; изменение цветовой гаммы и др. св-в ин-са.

Windows XP — операционная система семейства Windows NT корпорации Microsoft. Она была выпущена 25 октября 2001 года и является развитием Windows 2000 Professional. Название XP происходит от англ. experience (опыт).

В отличие от предыдущей системы Windows 2000, которая поставлялась как в серверном, так и в клиентском вариантах, Windows XP является исключительно клиентской системой. Её серверным вариантом является выпущенная позже система Windows Server 2003. Windows XP и Windows Server 2003 построены на основе одного и того же ядра операционной системы, в результате их развитие и обновление идет более или менее параллельно.

Некоторыми из наиболее заметных улучшений в Windows XP по сравнению с Windows 2000 являются:

· Новое оформление графического интерфейса,

· Поддержка метода сглаживания текста ClearType, улучшающего отображение текста на ЖК-дисплеях (по умолчанию отключена).

· Возможность быстрого переключения пользователей,

· Функция «удалённый помощник»,

· Программа восстановления системы, предназначенная для возвращения системы в определённое предшествующее состояние, а также улучшение других способов восстановления системы.

· Улучшенная совместимость со старыми программами и играми. Специальный мастер совместимости позволяет эмулировать для отдельной программы поведение одной из предыдущих версий ОС

· Возможность удалённого доступа к рабочей станции благодаря включению в систему миниатюрного сервера терминалов

· Более развитые функции управления системой из командной строки.

· Поддержка проводником Windows цифровых фотоформатов и аудиофайлов Windows XP включает технологии, которые позволяют производить прямую запись CD из проводника, не устанавливая дополнительное ПО, а работа с перезаписываемыми компакт-дисками становится подобной работе с дискетами или жёсткими дисками.

· Windows XP может работать с архивами ZIP и CAB без установки дополнительного ПО.

· Настраиваемые панели инструментов

· Windows XP также имеет интерфейс командной строки (CLI, «консоль»), cmd.exe,

Операционные системы с разделением времени. Основные понятия.

ОС с разделением времени на примере ОС - RSX.

Основные понятия:

Пользователь – лицо, осуществляющее запуск, контроль, остановку некоторого вычислительного процесса, протекающего независимо от других, использующего как монопольно выделяемые, так и общие ресурсы. Обязательно выделяемым ресурсом пользователя является терминал ЭВМ, используемый им для выполнения перечисленных функций. Пользователь должен быть зарегистрирован в системе, с указанием имени, фамилии, пароля, идентификатора. Пользователи разделяются на привилегированных и обычных. Первые имеют доступ ко всем ресурсам, типам программ, команд, операций, вторые – нет. Тип пользователя задается при его регистрации системным администратором. Пользовательский идентификатор (UIC) – код, состоящий из двух чисел G и N, относящий пользователя к некоторой группе и присваивающий ему номер в группе. При организации данных на внешних носителях (МД, МЛ) файлы группируются по UIC, и каждая образованная группа получает статус каталога файлов, находящегося в распоряжении данного пользователя. Задача – соответственно оформленный и зарегистрированный в системе исполнительный модуль. Физические устройства ЭВМ – регистрируются в ОС, соответствуют фактической конфигурации ЭВМ и идентифицируются кодами: групповой идентификатор, порядковый номер в группе, символ «двоеточие». Типичная физическая организация последовательного файла на МД представляет собой размещение логических записей переменной длины, разделяющихся стандартными или специально оговоренными символами – терминаторами, в физических блоках стандартной длины(0,5 r,). В общем случае одна запись может размещаться в нескольких блоках. Обозначение файла – совокупность символов, идентифицирующих файл и используемых ОС для определения адреса на внешних носителях, состоящая из следующих компонент: устройство: [g, n] имя. расширение; версия, где устройство – идентификатор устройства, [g, n] – каталог (UIC), имя – выбираемое пользователем наименование НД, расширение – идентификатор файла.

Была разработана для машин среднего класса (PDP-11, VAX). Основная особенность управляющих вычислительных машин типа PDP-11 заключатся в том, что взаимодействие между всеми устройствами, входящими в состав комплексов, осуществляется при помощи единого унифицированного интерфейса – общей шины. Данная архитектура была заимствована для ПК. Общая шина – канал через который передаются адреса, данные, управляющие сигналы на все устройства. Физически это высокочастотная магистраль для передачи данных из 56 линий. Процессор использует установленный набор сигналов для связи с памятью и внешними устройствами-> в системе отсутствуют специальные команды ввода-вывода. Для некоторых регистров процессора, регистрам внешних устройств, которые являются источником или приемником при передаче информации, на общей шине находятся соответствующие адреса. В программах адреса регистров устройств рассматриваются как адреса ячеек памяти -> к ним можно обращаться с помощью адресных инструкций. Физические устройства ЭВМ регистрируются в ОС и соответствуют физической конфигурации ЭВМ. Они могут идентифицироваться кодами, такими как групповой идентификатор, порядковый номер в группе, символ:.

Такие системы обеспечивают одновременное обслуживание многих пользователей, позволяя каждому пользователю взаимодействовать со своим заданием в режиме диалога. Эффект одновременного обслуживания достигается разделением процессорного времени и других ресурсов между несколькими вычислительными процессами, которые соответствуют отдельным заданиям пользователей. Операционная система предоставляет ЭВМ каждому вычислительному процессу в течение небольшого интервала времени; если вычислительный процесс не завершился к концу очередного интервала, он прерывается и помещается в очередь ожидания, уступая ЭВМ другому вычислительному процессу. ЭВМ в этих системах функционирует в мультипрограммном режиме.

Операционная система разделения времени может применяться не только для обслуживания пользователей, но и для управления технологическим оборудованием. В этом случае “пользователями” являются отдельные блоки управления исполнительными устройствами, входящими в состав технологического оборудования: каждый блок взаимодействует с определённым вычислительным процессом в течение интервала времени, достаточного для передачи управляющих воздействий на исполнительное устройство или приёма информации от датчиков.

Семейство ОС UNIX. Основные компоненты. Основные понятия.

Разработана в 1969 году как многозадачная система для мини ПК.

Основные компоненты:

1. Core – ядро системы

2. Kernel – оболочка ядра системы

3. Development system – средство разработки программ

4. Manuals – экранное руководство пользователя и программиста

5. VP/ix – эмулятор MS-DOS

6. UUSP – средства передачи данных по каналам связи

7. STREAMS – механизм сетевых протоколов

8. TCP/IP – сетевой протокол

9. NFS – сетевая файловая система

10. Ч Window – средства сетевых графических интерфейсов пользователя (GUI)

11. Looking glass – командная оболочка на базе GUI

Основные понятия:

Каждый пользователь системы имеет имя (для установления взаимодействия пользователей и начисления расходов) и пароль (для контроля входа в систему и защиты своих данных). Пользователи могут быть объединены в группы для разделения общих ресурсов. Группе пользователей присваивается имя. Один из пользователей, называемый Superuser, является администратором системы (его имя root), он регистрирует всех прочих пользователей.

Системное администрирование:

В функции администратора системы UNIX входит повседневное управление системой во всех аспектах ее существования, таких как подключение новых пользователей, управление файловой системой, изменение конфигурации и других. Имеется ряд команд, расположенных обычно в каталоге /etc, рассчитанных на управление системой (н-р, fsck, mount, chown). Как правило, каталог /etc доступен только суперпользователю, поэтому системный администратор должен обладать его правами. Суперпользователи – пользователи, выполняющие действия над системой, недоступные обычным пользователям. В каталоге /etc имеются файлы passwd и group, одна запись в которых соответствует одному пользователю и одной группе соответственно. Добавление нового пользователя осуществляется с помощью команд newuser или adduser.

Стек. Указатель стека.

Стек – это такая структура данных в памяти, которая используется для временного хранения информации. Программа может поместить информацию в стек или извлечь ее из стека. Данные в стеке располагаются в следующем порядке: извлекаемый из стека элемент данных – это всегда тот элемент, который был записан туда последним. Такая структура организации хранения данных сокращенно называется LIFO (Last – In – First - Out). Информация выбирается из стека в обратном по отношению к записи порядке. В ЭВМ за стеком резервируется блок памяти и указатель, называемый указателем стека. Указатель стека используется программой для того. Чтобы фиксировать самый последний, записанный в стек элемент данных. Указатель стек перемещается только по мере записи и считывания данных из стека.

SP SP

SP SP

а б в г

Рис а иллюстрирует состояние стека после того, как туда были последовательно записаны значения A, B, C. Указатель стека SP указывает на содержимое вершины стека.

Рис б: после того как в стек был записан еще один элемент D, значение указателя стека уменьшается на единицу, т.е. значение вершины стека равно D. Указатель стека указывает на последний записанный в стек элемент.

Рис в иллюстрирует состояние стека после выполнения команды, которая считала из стека элемент D, хотя значение D продолжает храниться в памяти, оно больше не является частью стека. Логическая граница стека совпадает с ячейкой, адрес которой хранится в указателе стека. В данном случае вершина стека находится ниже ячейки, содержащей элемент D.

Рис г: элемент, записанный на место элемента D, т представляет теперь новое значение содержимого вершины стека. Таким образом: во – первых, основание стека имеет адрес памяти больший, чем вершину, во – вторых, стек растет в меньшие значения адресов памяти, в – третьих, считываться из стека данные продолжают храниться в памяти, но со стеком уже не связаны.

Классификация прерываний.

Прерывания, возникающие при работе вычислительной системы, можно разделить на 2 большие группы: 1)внешние (асинхронные); 2)внутренние (синхронные). Внешние прерывания вызываются асинхронными событиями, которые происходят вне прерываемого процесса, например: 1)прерывания от таймера; 2)прерывания от внешних устройств; 3)прерывания по нарушению питания; 4)прерывания от пульта оператора. Внутренние прерывания, называемые также исключениями, происходят синхронно выполнению программы при появлении аварийной ситуации в ходе выполнения некоторой инструкции программы, например: 1)деление на 0; 2)ошибки защиты памяти; 3)обращения по несуществующему адресу; 4)попытка выполнить привилегированную инструкцию в пользовательском режиме. Существуют также программные прерывания, которые возникают при выполнении особой команды процессора. Данный механизм был специально введен для того, чтобы переключение на системные программные модули происходило не просто как переход в подпрограмму, а точно таким же образом, как и обычное прерывание. Этим обеспечивается автоматическое переключение процессора в привилегированный режим с возможностью исполнения любых команд. Прерываниям приписывается приоритет, с помощью которого они ранжируются по степени важности и срочности.

Рис: распределение прерываний по уровням приоритета

 

 

 

Внешние

 

устройства

 

О прерываниях, имеющих одинаковое значение приоритета, говорят, что они относятся к одному уровню приоритета прерываний.

Рис. 7.13. Физическая структура файловой системы FAT

Файловая система FAT поддерживает всего два типа файлов: обычный файл и каталог. Файловая система распределяет память только из области данных, причем использует в качестве минимальной единицы дискового пространства кластер.

 

 

Операционная система: определение и классификация. Основные функции операционных систем.

операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений. Классификация ОС:

1) по назначению (общего назначения, специального назначения (мини ЭВМ, микро ЭВМ, ЭВМ реального времени));

2)по режиму обработки задач (однопрограммные, многопрограммные); 3)по архитектурным особенностям (микроядерные, монолитные);

4) по организации работы (однотерминальные, многотерминальные).

основные функции операционных систем.

1)Прием от пользователя (или от оператора системы) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка. Задания могут передаваться в виде текстовых директив (команд) оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (например, с помощью мыши). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами (получить перечень файлов в текущем каталоге, создать, переименовать, скопировать, переместить тот или иной файл и др.), хотя имеются и иные команды.

2)Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ.

3)Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти.

4)Запуск программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу).

5)Идентификация всех программ и данных.

6)Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений. Операционная система умеет выполнять очень большое количество системных функций (сервисов), которые могут быть запрошены из выполняющейся программы. Обращение к этим сервисам осуществляется по соответствующим правилам, которые и определяют интерфейс прикладного программирования (Application Program Interface, API) этой операционной системы.

7)Обслуживание всех операций ввода-вывода.

8)Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения.

9)Обеспечение режима мультипрограммирования, то есть организация параллельного выполнения двух или более программ на одном процессоре, создающая видимость их одновременного исполнения.

10)Планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания.

11)Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами.

12)Для сетевых операционных систем характерной является функция обеспечения взаимодействия связанных между собой компьютеров.

13)Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений.

14)Аутентификация и авторизация пользователей (для большинства диалоговых операционных систем). Под аутентификацией понимается процедура проверкиимени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи. Термин авторизация означает, что в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему (и всем запросам, которые будут идти к операционной системе от его имени) назначаются определенные права(привилегии), определяющие, что он может, а что не может делать на компьютере.

15) Удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для операционных систем реального времени).

16)Обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.

17)Предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.