1. Введение в компьютерные и операционные системы

На лекции рассматриваются:

1) Структура компьютерной системы

2) Программное обеспечение компьютерной системы

3) Аппаратное обеспечение компьютерной системы

4) Основные функции и архитектурные особенности ОС

5) Классификация ОС

1. Структура компьютерной системы

На рис.1.1 представлена простейшая компьютерная система (КС), образованная совокупностью программного и аппаратного обеспечения. Оператор связан с КС через пользовательский интерфейс.

Пользовательский интерфейс – средство связи человека и КС, включающее в себя устройство ввода-вывода и программное обеспечение.

Компьютерная система

Программное обеспечение КС

Программы технического обслуживания

Пакеты прикладных программ

Оператор

Процессор

Внешние устройства (устройства ввода и вывода, внешняя память)

Внутренняя

память

Операционная система

Управляющая программа

Системные обрабатывающие программы

Аппаратное обеспечение КС

Рисунок 1.1 – Структура компьютерной системы

2. Программное обеспечение компьютерной системы

В программное обеспечение КС входят:

а) операционная система;

б) пакеты прикладных программ;

в) программы технического обслуживания.

1.2.1 Операционная система

Операционная система (ОС) является важнейшей и центральной частью программного обеспечения КС, предназначенной для эффективного управления вычислительным процессом, планирования работы и распределения ресурсов КС, автоматизации процесса подготовки программ и организации их выполнения при различных режимах работы КС, облегчения общения оператора с КС.

В состав ОС входят:

а) управляющая программа;

в) системные обрабатывающие программы.

1.2.1.1 Управляющая программа

Управляющая программа – часть ОС, планирующая и организующая работу технических устройств КС, распределяющая и управляющая действиями программ обработки. Управляющая программа включает в себя:

а) программы начальной загрузки;

б) программы инициализации ядра;

в) программы управления заданиями;

г) программы управления задачами;

д) программы управления данными;

е) программы управления восстановлением.

1) Программы начальной загрузки – программы, приводящие КС и операционную систему в состояние готовности. Они осуществляют:

- настройку оперативной памяти;

- загрузку ядра ОС в оперативную память;

- загрузку программ инициализации ядра, которым передают управление.

2) Программы инициализации ядра – программы, подготавливающие ядро операционной системы к работе и осуществляющие:

- подготовку и проверку системной информации;

- проверку состояния памяти и устройств ввода-вывода;

- связь с оператором и др.

3) Программы управления заданиями предназначены для управления заданиями и обеспечения связи с оператором. Они состоят из двух групп программ - планировщика заданий и главного планировщика.

Задание содержит информацию о том, какие преобразования и над какими данным должны быть произведены. Когда в ОС поступает задание, то ОС создает соответствующий процесс (задачу) или группу процессов (задач). Каждый шаг задания указывает, какие программы должны выполняться, с какими данными и какие ресурсы требуются. В результате анализа пункта задания формируется процесс (задача).

Последовательный процесс – это выполнение на последовательном процессоре программы с данными, требующей ресурсов и представленной в ОС блоком управления процессом (PCB).

Ресурсы – объекты, которые запрашиваются, используются и освобождаются процессами в период их активности (например, процессор, память, устройства ввода-вывода).

Задача – это совокупность связанных между собой и образующих единое целое программ и данных, требующая ресурсов для своего выполнения. В ОС с каждой задачей связан блок управления задачей (TCB), содержащий информацию о ней.

В литературе термины «процесс» и «задача» часто считаются синонимами. В OS/2, OS/360, DOS, 16-битной Windows использовался термин «задача». В UNIX, Novell NetWare, 32-битной Windows (95/98/NT/2000) используются термины «процесс» и «поток» (выполняющаяся часть программы). В простейшем случае процесс состоит из одного потока, а в случае нескольких параллельных подзадач процесс имеет несколько параллельно выполняющихся потоков.

Планировщик заданий предназначен для управления заданиями и осуществляет:

- ввод потока (пакета) заданий;

- контроль заданий;

- планирование порядка выполнения заданий;

- закрепление за заданием внешнего устройства в соответствии с его пунктами;

- выделение оперативной памяти для пункта задания;

- загрузку указанной в пункте задания первой программы в оперативную память;

- передачу управление над задачей супервизору;

- освобождение оперативной памяти и внешнего устройства, и вывод результатов после завершения задания супервизором.

Главный планировщик принимает команды оператора (например, запуск или остановка задания), т.е. обеспечивает связь между оператором и ОС.

4) Программы управления задачами (супервизор) – программы, предназначенные для связи аппаратного и программного обеспечения и осуществляющие:

- управление распределением ресурсов ОС между задачами в процессе их выполнения с учетом приоритета задачи;

- управление состоянием задачи (организация мультипрограмного режима);

- управление связью между программами;

- контроль выполнения задач и др.

5) Программы управления данными – программы, предназначенные для организации обмена информацией (ввода-вывода) между оператором и КС и осуществляющие:

- централизованное выполнение операций обмена с внешними устройствами КС;

- хранение информации во внешней памяти;

- обеспечение различных способов организации и идентификации данных;

- каталогизацию наборов данных. Каталог (справочник, словарь) идентифицирует и определяет местонахождение всех наборов данных или файлов и позволяет осуществить их поиск;

- обеспечение независимости данных от типов используемых внешних устройств;

- обеспечение различных методов доступа к данным.

Данными, организованными как файлы, управляет файловая система.

6) Программы управления восстановлением - программы, используемые для восстановления работоспособности КС в случае аппаратных сбоев.