Введение. Основные понятия и определения.

Операционная система - это комплекс программ, которые выполняют функции посредника между пользователем и компьютером.

ОС, выполняя роль посредника, служит двум целям:

1. эффективно использовать компьютерные ресурсы.

2. создавать условия для эффективной работы пользователя

Основные компоненты ОС:

1. управление процессами (распределяет ресурс — процессорное время);

2. управление памятью (распределяет ресурс — адресное пространство основной памяти);

3. управление устройствами (распределяет ресурсы) — оборудование ввода - вывода;

4. управление данными (распределяет ресурс — данные или файлы).

Функционирование компьютера после включения питания начинается с запуска программы первоначальной загрузки — Boot Track. Программа Boot Track инициализирует основные аппаратные блоки компьютера и регистры процессора (CPU), накопитель памяти, контроллеры периферийного оборудования. Затем загружается ядро ОС, то бишь Operating System Kernel. Дальнейшее функционирование ОС осуществляется как реакция на события, происходящие в компьютере. Наступление того или иного события сигнализируется прерываниями - Interrupt. Источниками прерываний могут быть как аппаратура (HardWare), так и программы (SoftWare).

Аппаратура “сообщает” о прерывании асинхронно (в любой момент времени) путем пересылки в CPU через общую шину сигналов прерываний. Программа “сообщает” о прерывании путем выполнения операции System Call. Примеры событий, вызывающих прерывания:

1. попытка деления на 0

2. запрос на системное обслуживание

3. завершение операции ввода - вывода

4. неправильное обращение к памяти

Каждое прерывание обрабатывается соответственно обработчиком прерываний (Interrupt handler), входящим в состав ОС.

Главные функции механизма прерываний — это:

1. распознавание или классификация прерываний

2. передача управления соответственно обработчику прерываний

3. корректное возвращение к прерванной программе

Переход от прерываемой программы к обработчику и обратно должен выполняться как можно быстрей. Одним из быстрых методов является использование таблицы, содержащей перечень всех допустимых для компьютера прерываний и адреса соответствующих обработчиков. Такая таблица называется вектором прерываний (Interrupt vector) и хранится в начале адресного пространства основной памяти (UNIX/MS DOS).

Для корректного возвращения к прерванной программе перед передачей управления обработчику прерываний, содержимое регистров процессора запоминается либо в памяти с прямым доступом либо в системном стеке — System Stack.

Обычно запрещаются прерывания обработчика прерываний. Однако, в некоторых ОС прерывания снабжаются приоритетами, то есть работа обработчика прерывания с более низким приоритетом может быть прервана, если произошло прерывание с более высоким приоритетом.

Раздел 1. Организация программ.

1 .1. Модульный принцип разработки и организации программ

Алгоритм (algorithm) – это содержание и последовательность операций, точно определяющие решение задачи путем вычислительного процесса, преобразующего исходные данные в конечный результат.

Свойства алгоритма:

1. результативность

2. детерминированность - однозначность результата при заданных исходных данных;

3. конечность

4. варьированность - способность получения результата для множества исходных данных, соответствующих множеству однотипных задач.

Алгоритм должен иметь возможность расчленения процесса на конечное число отдельных операций.

Цель деления алгоритма на части:

1. уменьшить сложность

2. сделать возможной параллельную разработку.

Составные части можно рассматривать как объект программирования. В результате программирования эти части превращаются в исходные модули (будучи программируемыми на некотором языке программирования).

Части исходного алгоритма только тогда являются частями целого, когда у них есть связи.

Модули также имеют связи. Существует два типа связей:

1. связь по данным (данные одного модуля передаются в другой)

2. связь по управлению, которая реализуется через вызовы (выполнение модуля 2 вызывается из первого модуля).

Исходные модули¹хранятся как файлы или библиотеки.

Система программирования - это то, что используется на дальнейших этапах, позволяет превратить исходные модули в объектные (в результате трансляции²). Объектные модули³, будучи ориентированы на определенную архитектуру, имеют форму близкую к выполнимой. Объектные модули являются элементами соответствующих библиотек или просто файлами. Для решения задачи объектные модули должны быть связаны друг с другом по данным и управлению. Независимость трансляции порождает определенные проблемы их объединения. Эта задача должна быть решена абсолютно корректно. Ее решает не программист, а программное обеспечение. Объектные модули объединяются с помощью системных программ (редакторов связей), которые из библиотек объектных модулей строят целое путем установления связей. Результатом работы редактора связей является загрузочный модуль⁴.

На каждом этапе создания загрузочного модуля работают разные программы:

1. редакторы текстов

2. отладчики и трансляторы

3. редакторы связей

4. загрузчики⁵

Загрузочный модуль – это программный модуль в виде, пригодном для загрузки и выполнения. Загрузочный модуль может быть помещен в ОП для выполнения. Обычно этот файл не является образом выполняемой программы. Он представлен в некотором, удобном для хранения, виде. Загрузочный модуль должен быть переместимым⁶. Это необходимо для многопрограммного режима работы.

Загрузка⁷– это помещение модуля в память и настройка на определенный адрес.