Функциональные компоненты ОС автономного компьютера.

Введение в предмет.

Цифровой компьютер – устройство, предназначенное для выполнения программ, для обработки дискретной информации.

Программа- совокупность программ.

Команды, которые компьютер непосредственно выполняет, очень простые, например, взять данные из одной ячейки и скопировать их в другую (при этом прибавить к ним значения третей ячейки и т.п.)

Процессор может давать памяти 2 команды: чтение и запись

1. Чтение: процессор устанавливает на шине адреса состояния, соответствующие номеру требуемой ячейки, а по шине управления передается сигнал чтения. Память устанавливает на шине данных состояния, соответствующее содержимому требуемой ячейки.

2. Запись: ЦПУ передает по ША номер ячейки, а по ШД число, которое должно быть сохранено в этой ячейки. По ШУ передается сигнал записи.

Алгоритм работы процессора:

Один из регистров процессора, обычно он называется IP, счетчик команд (указатель на инструкции) в нем хранится адрес следующей команды, которая будет выполняться.

Шаг 1. У памяти запрашивается содержимое ячейки с адресом, который хранится в регистре IP.

Шаг 2. Полученное из памяти значение (команда) декодируется (разбивается на части).

Шаг 3. Команда выполняется, при этом возможно происходит обращение к памяти.

Шаг 4. Значение регистра IP увеличивается на единицу. (но не всегда)

Шаг 1...

Некоторые ячейки памяти предназначены не для хранения информации, а для связи с внешними устройствами.

 

 

Введение в ПО.

1. Сеанс работы компьютера начинается с того что процессор выполняет первичный загрузчик который расположен в ПЗУ «зашит» на заводе (энергонезависимая память). Первичный загрузчик проверяет наличие устройств согласно списку загрузочных устройств и их готовность к загрузке. Список загрузочных устройств и некоторые другие настройки хранятся в памяти CMOS. Эту память можно перезаписывать.

2. Затем, «нулевой сектор» загрузочного устройства загружается в память, первичный загрузчик передает ему управление и завершает свою работу. Получивший управление вторичный загрузчик запускает ОС, т.е. обеспечивает среду для выполнения прикладных программ.

Операционная система – комплекс взаимосвязанных программ в которых действует как интерфейс между аппаратурой компьютера и приложениями, и пользователем.

Интерфейс – средство взаимодействия чего – то с чем – то.

API – прикладной программный интерфейс.

ОС выполняет 2 группы функций:

1. Предоставляет пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры расширенную виртуальную машину с которой удобней работать.

2. Повышает эффективность использования компьютера путем рационального управления его ресурсами.

Назначение ОС – управление ресурсами. Ресурсы распределяются между процессами (программа в стадии выполнения)

Управление ресурсами включает решения нескольких задач:

- Планирование ресурса (Когда? Кому? Сколько?)

- Удовлетворение запасов на ресурсы

- Отслеживание состояния и учет использования ресурса

- Разрешение конфликтов между процессами

 

 

Процессы и потоки

Процесс – это программа в стадии выполнения.

Более мелкая единица работы – поток (thread).

Процесс состоит как минимум из одного потока.

Процессорное время разделяется между потоками, а все остальные ресурсы между процессами.

Процессы работают изолированно друг от друга. Потоки, все до одного процесса делят его адресное пространство между собой, т.е. могут работать одновременно с одними и теми же данными.

Создание процессов подразумевает создание одной или нескольких информационных структур, называется это описатель (дескриптор) HANDLER. Затем ос загружает код проги или часть кода проги в память.

Для потоков ос создает спец. структуру данных, которая называется контекст потока. В ней хранится инфо, необходимая для возобновления работы потока, если он был прерван.

Планирование и диспетчеризация потоков.

Планирование – это работа по определению того, в какой момент нужно прервать текущий поток и какому потоку предоставить выполняться.

Существует множество алгоритмов планирования. Оно мб динамическим, те выполняться каждый раз когда прерывается текущий поток, и мб статическим, это когда расписание создается заранее и изредка корректируется (например, расписание поездов)

Диспетчеризация – это переключение процессора с одного потока на другой.

Диспетчеризация состоит из трех шагов:

1. Сохранение контекста потока, который требуется сменить.

2. Загрузка контекста нового потока.

3. Запуск нового потока на выполнение.

Поток может находиться в одном из трех состояниях:

1. Выполнение: процессор выполняет команды данного потока.

2. Ожидание: поток заблокирован по своим внутренним причинам

3. Готовность: поток готов, но процессор занят выполнением другого потока.

Алгоритмы планирования бывают вытесняющие и невытесняющие. Вытесняющие алгоритмы используют принудительное прерывание потоков. в вытесняющих алгоритмах может использоваться:

- Квантование (ед.времени) время разбивается на кванты равной длины, которые выделяются потоком

- задается числом и определяет степень важности. Приоритет может динамически изменяться.

- Смешанный алгоритм (и то и др)

Синхронизация процессов и потоков

Синхронизация – это согласование работы потоков.

Ос предоставляют несколько механизмов предназначенных для синхронизации:

1. Критическая секция – так называется фрагмент кода, который будет выполняться, если некоторый объект не занят, а если занят, текущий поток блокируется до его освобождения.

2. Симофор – это флаг занятости какого-либо ресурса, который устанавливается и сбрасывается автоматически.

3. Mutex

4. Сигналы

 

Введение в предмет.

Цифровой компьютер – устройство, предназначенное для выполнения программ, для обработки дискретной информации.

Программа- совокупность программ.

Команды, которые компьютер непосредственно выполняет, очень простые, например, взять данные из одной ячейки и скопировать их в другую (при этом прибавить к ним значения третей ячейки и т.п.)

Процессор может давать памяти 2 команды: чтение и запись

1. Чтение: процессор устанавливает на шине адреса состояния, соответствующие номеру требуемой ячейки, а по шине управления передается сигнал чтения. Память устанавливает на шине данных состояния, соответствующее содержимому требуемой ячейки.

2. Запись: ЦПУ передает по ША номер ячейки, а по ШД число, которое должно быть сохранено в этой ячейки. По ШУ передается сигнал записи.

Алгоритм работы процессора:

Один из регистров процессора, обычно он называется IP, счетчик команд (указатель на инструкции) в нем хранится адрес следующей команды, которая будет выполняться.

Шаг 1. У памяти запрашивается содержимое ячейки с адресом, который хранится в регистре IP.

Шаг 2. Полученное из памяти значение (команда) декодируется (разбивается на части).

Шаг 3. Команда выполняется, при этом возможно происходит обращение к памяти.

Шаг 4. Значение регистра IP увеличивается на единицу. (но не всегда)

Шаг 1...

Некоторые ячейки памяти предназначены не для хранения информации, а для связи с внешними устройствами.

 

 

Введение в ПО.

1. Сеанс работы компьютера начинается с того что процессор выполняет первичный загрузчик который расположен в ПЗУ «зашит» на заводе (энергонезависимая память). Первичный загрузчик проверяет наличие устройств согласно списку загрузочных устройств и их готовность к загрузке. Список загрузочных устройств и некоторые другие настройки хранятся в памяти CMOS. Эту память можно перезаписывать.

2. Затем, «нулевой сектор» загрузочного устройства загружается в память, первичный загрузчик передает ему управление и завершает свою работу. Получивший управление вторичный загрузчик запускает ОС, т.е. обеспечивает среду для выполнения прикладных программ.

Операционная система – комплекс взаимосвязанных программ в которых действует как интерфейс между аппаратурой компьютера и приложениями, и пользователем.

Интерфейс – средство взаимодействия чего – то с чем – то.

API – прикладной программный интерфейс.

ОС выполняет 2 группы функций:

1. Предоставляет пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры расширенную виртуальную машину с которой удобней работать.

2. Повышает эффективность использования компьютера путем рационального управления его ресурсами.

Назначение ОС – управление ресурсами. Ресурсы распределяются между процессами (программа в стадии выполнения)

Управление ресурсами включает решения нескольких задач:

- Планирование ресурса (Когда? Кому? Сколько?)

- Удовлетворение запасов на ресурсы

- Отслеживание состояния и учет использования ресурса

- Разрешение конфликтов между процессами

 

 

Функциональные компоненты ОС автономного компьютера.

I. Подсистема управления процессами

Главная задача: распределение времени между процессами, обеспечение ресурсами, защита одних процессов от других.

II. Подсистема управления памятью

Выделяет фрагменты памяти и следит за работой программ именно в этих фрагментах, т.е. защита памяти. Виртуализация: подмена адресов и свопинг (подкачка) – память выделяется страницами.

III. Подсистема ввода/вывода. Подсистема управления файлами и внешними устройствами.

Устройства вывода – где берем поток байтов, а устройства ввода – куда идет поток байтов.

При работе с файлами используется файловые системы (они отображают файлы на диск).

Работа с внешними устройствами.

IV. Подсистема защиты данных и администрирования.

Защита от сбоев и отказа аппаратуры, защита от несанкционированного пользования.

V. Интерфейс прикладного программирования API (куча функций для программиста)

VI. Пользовательский интерфейс