
- •Введение
- •Введение в компьютерные и операционные системы
- •Структура компьютерной системы
- •Программное обеспечение компьютерной системы
- •1.2.1 Операционная система
- •1.2.1.1 Управляющая программа
- •1.2.1.2 Системные обрабатывающие программы
- •1.2.2 Пакеты прикладных программ
- •1.2.3 Программы технического обслуживания
- •Аппаратное обеспечение компьютерной системы
- •1.3.1 Процессор
- •1.3.2 Внутренняя память
- •1.3.3 Устройства ввода и вывода, внешняя память
- •Основные функции и архитектурные особенности ос
- •1.4.1 Основные функции ос:
- •3) Управление памятью.
- •1.4.2 Монолитное ядро
- •1.4.3 Слоеные системы (Layered systems)
- •1.4.4 Виртуальные машины
- •1.4.5 Микроядерная архитектура
- •1.4.6 Смешанные системы
- •Классификация ос
- •Контрольные вопросы
- •Архитектура компьютерных систем
- •Классификация архитектур по параллельной обработке данных
- •Гибридная архитектура numa
- •Кластерная архитектура
- •Проблемы выполнения сети связи процессоров в кластерной системе
- •Контрольные вопросы
- •Способы организации высокопроизводительных процессоров. Ассоциативные конвейерные и матричные процессоры
- •1) Ассоциативные процессоры
- •2) Конвейерные процессоры
- •3) Матричные процессоры
- •Ассоциативные процессоры
- •Конвейерные процессоры
- •Матричные процессоры
- •Контрольные вопросы
- •Способы организации высокопроизводительных процессоров. Новые архитектуры процессоров
- •Клеточные и днк-процессоры.
- •Коммуникационные процессоры
- •Процессоры баз данных
- •Потоковые процессоры
- •Нейронные процессоры
- •Процессоры с многозначной (нечеткой) логикой
- •Контрольные вопросы
- •Управление процессами. Состояние процессов и операции над процессами
- •Введение в процессы
- •Состояния процесса
- •Операции над процессами и связанные с ними понятия
- •5.3.1 Набор операций
- •5.3.2 Pcb и контекст процесса
- •5.3.3 Одноразовые операции
- •5.3.4 Многоразовые операции
- •5.3.5 Прерывание и типы прерываний
- •5.3.6 Переключение контекста
- •5.3.7 Ядро операционной системы
- •Контрольные вопросы
- •Управление процессами. Кооперация процессов и основные аспекты ее логической организации
- •Введение в кооперацию процессов
- •Взаимодействующие процессы
- •Категории средств обмена информацией
- •Логическая организация механизма передачи информации
- •6.4.1 Установление связи между процессами
- •6.4.2 Однонаправленные и двунаправленные связи между процессами
- •6.4.3 Особенности передачи информации с помощью линий связи
- •1) Буферизация
- •2) Поток ввода/вывода и сообщения
- •6.4.4. Надежность средств связи
- •6.4.5 Завершение связи
- •Потоки исполнения
- •Контрольные вопросы
- •Управление процессами. Алгоритмы синхронизации
- •Чередования, условия состязания и взаимоисключения
- •Критическая секция
- •Алгоритмы взаимоисключений
- •7.3.1 Требования, предъявляемые к алгоритмам
- •7.3.2 Запрет прерываний
- •7.3.3 Переменная-замок
- •7.3.4 Строгое чередование
- •7.3.5 Флаги готовности
- •7.3.6 Алгоритм Петерсона
- •7.3.7 Алгоритм булочной (Bakery algorithm)
- •Аппаратная поддержка взаимоисключений
- •7.4.1 Команда Test-and-Set (Проверить и присвоить 1)
- •7.4.2 Команда Swap (Обменять значения)
- •Недостатки алгоритмов взаимоисключений
- •Семафоры
- •7.6.1 Концепция семафоров
- •7.6.2 Решение проблемы производитель-потребитель с помощью семафоров
- •Мониторы
- •Сообщения
- •Эквивалентность семафоров, мониторов и сообщений
- •Контрольные вопросы
- •Управление процессами. Тупики
- •Введение в тупики
- •Концепция ресурса
- •Условия возникновения тупиков
- •Основные направления борьбы с тупиками
- •2) Обнаружение тупиков
- •3) Восстановление после тупиков
- •Алгоритм страуса
- •Обнаружение тупиков
- •Восстановление после тупиков
- •8.7.1 Восстановление при помощи перераспределения ресурсов
- •8.7.2 Восстановление через откат назад
- •8.7.3 Восстановление через ликвидацию одного из процессов
- •Способы предотвращения тупиков путем тщательного распределения ресурсов
- •8.8.1 Предотвращение тупиков и алгоритм банкира
- •8.8.2 Недостатки алгоритма банкира
- •Предотвращение тупиков за счет нарушения условий возникновения тупиков
- •8.9.1 Нарушение условия взаимоисключения
- •8.9.2 Нарушение условия ожидания дополнительных ресурсов
- •8.9.3 Нарушение принципа неперераспределяемости
- •8.9.4 Нарушение условия кругового ожидания
- •Проблемы аналогичные тупикам
- •8.10.1 Двухфазная локализация
- •8.10.2 Тупики не ресурсного типа
- •8.10.3 Голод
- •Контрольные вопросы
- •Управление памятью. Простейшие схемы управления памятью
- •1) Введение в управление памятью
- •2) Связывание адресов
- •Введение в управление памятью
- •Связывание адресов
- •Простейшие схемы управления памятью
- •9.3.1 Схема с фиксированными разделами
- •1) Один процесс в памяти
- •2) Оверлейная структура
- •9.3.2 Схема со свопингом
- •9.3.3 Схема с переменными разделами
- •Контрольные вопросы
- •Управление памятью. Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти
- •1) Проблема размещения больших программ. Понятие виртуальной памяти
- •Проблема размещения больших программ. Понятие виртуальной памяти
- •Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти
- •Способы организации виртуальной памяти
- •1) Страничная память
- •2) Сегментная организация памяти
- •3) Сегментно-страничная организации памяти
- •Ассоциативная память
- •Иерархия памяти
- •Размер страницы
- •Контрольные вопросы
- •Управление памятью. Аппаратно-независимый уровень управления виртуальной памятью
- •Введение в аппаратно-независимый уровень управления виртуальной памятью
- •Исключительные ситуации при работе с памятью
- •Стратегии управления страничной памятью
- •Алгоритмы замещения страниц
- •11.4.1 Алгоритм fifo (выталкивание первой пришедшей страницы)
- •11.4.2 Оптимальный алгоритм
- •11.4.3 Алгоритм lru (выталкивание дольше всего не использовавшейся страницы)
- •11.4.4 Алгоритм nfu (выталкивание редко используемой страницы)
- •11.4.5 Другие алгоритмы
- •Thrashing. Свойство локальности. Модель рабочего множества
- •Демоны пейджинга
- •Аппаратно-независимая модель памяти процесса
- •Отдельные аспекты функционирования менеджера памяти
- •Контрольные вопросы
- •Система управления вводом-выводом. Физические принципы организации ввода-вывода
- •Введение в систему управления вводом-выводом
- •Введение в физические принципы организации ввода-вывода
- •Общие сведения об архитектуре компьютера
- •Структура контроллера устройства
- •Опрос устройств
- •Прерывания
- •Прямой доступ к памяти
- •Контрольные вопросы
- •Система управления вводом-выводом. Логические принципы организации ввода-вывода
- •1) Введение в логические принципы организации ввода-вывода
- •2) Структура системы ввода-вывода
- •3) Систематизация внешних устройств и интерфейс между базовой подсистемой ввода-вывода и драйверами
- •Введение в логические принципы организации ввода-вывода
- •Структура системы ввода-вывода
- •Систематизация внешних устройств и интерфейс между базовой подсистемой ввода-вывода и драйверами
- •Функции базовой подсистемы ввода-вывода
- •Блокирующиеся, не блокирующиеся и асинхронные системные вызовы
- •Буферизация и кэширование
- •Spooling и захват устройств
- •Обработка прерываний и ошибок
- •Планирование запросов
- •Алгоритмы планирования запросов к жесткому диску
- •13.10.1 Строение жесткого диска и параметры планирования
- •Алгоритм fcfs
- •Алгоритм sstf
- •Алгоритмы сканирования (scan, c-scan, look, c-look)
- •Контрольные вопросы
- •Интерфейсы компьютерных систем
- •Классификация интерфейсов
- •Интерфейс rs-232 для порта сом
- •Интерфейс ieee 1284 для порта lpt
- •Интерфейс ps/2
- •Интерфейс usb
- •Интерфейс Firewire
- •Контрольные вопросы
- •Многопроцессорные компьютерные системы
- •1) Достоинства многопроцессорных систем
- •Достоинства многопроцессорных систем
- •Организация многопроцессорной аппаратуры
- •15.2.1 Общая шина
- •15.2.2 Матрица координатной коммутации
- •15.2.3 Организация с многопортовой памятью
- •Организация многопроцессорных операционных систем
- •15.3.1 Организация «главный-подчиненный»
- •15.3.2 Организация с раздельными мониторами
- •15.3.3 Симметричная организация
- •Контрольные вопросы
- •Требования к компьютерным системам
- •Основные требования к компьютерным системам
- •Отношение "стоимость/производительность"
- •Надежность и отказоустойчивость компьютерных систем
- •Показатели надежности компьютерных систем
- •Масштабируемость
- •Совместимость и мобильность программного обеспечения
- •Контрольные вопросы
- •Программы диагностики компьютерных систем
- •1) Программа диагностики post
- •2) Программа диагностики WatchDog
- •Программа диагностики post
- •Программа диагностики WatchDog
- •Контрольные вопросы
- •Список использованных источников
1.2.1.2 Системные обрабатывающие программы
Системные обрабатывающие программы – это программы, предназначенные для упрощения работы программистов при составлении, отладке и выполнении программ.
Они включают в себя:
а) текстовые редакторы;
б) ассемблеры;
в) компиляторы;
г) трансляторы;
д) интерпретаторы;
е) компоновщики;
ж) загрузчики
з) отладчики.
Текстовый редактор – программа, используемая для создания текстов входных программ.
Ассемблер – программа, используемая для перевода входной программы на языке ассемблера в выходную программу на языке машинных кодов (объектный модуль, файл). Сгенерированная программа не может быть непосредственно выполнена.
Компилятор – программа, предназначенная для перевода входной программы на исходном языке (например, С) в выходную программу на языке машинных кодов (объектный модуль, файл) или на языке ассемблера. Сгенерированная программа не может быть непосредственно выполнена.
Транслятор – программа, предназначенная для перевода входной программы на исходном языке (например, Паскаль) в выходную программу на результирующем языке (например, С, ассемблер или машинный код). Компилятор является частным случаем транслятора.
Интерпретатор – программа, предназначенная для выполнения входной программы на исходном языке (например, С). Перед выполнением входной программы, подобно компилятору, интерпретатор осуществляет ее перевод в промежуточный код, но в отличие от компилятора этот код недоступен для пользователя и после выполнения программы он уничтожается.
Компоновщик (редактор связей) – программа, объединяющая несколько скомпилированных объектных модулей (файлов) в один исполняемый файл выходной программы и устанавливающая связи между ними.
Загрузчик – программа, которая помещает выходную программу в оперативную память и приводит ее в состояние готовности к исполнению на заключительном этапе процесса компиляции и ассемблирования.
Отладчик – программа, выполняющая исполняемый файл в заданном режиме с целью поиска ошибок.
1.2.2 Пакеты прикладных программ
Пакеты прикладных программ – комплексы программ, предназначенные для решения широкого класса задач (технических, экономических и др.) и расширения функций операционных систем.
1.2.3 Программы технического обслуживания
Программы технического обслуживания (вспомогательные программы) – программы, которые осуществляют проверку работоспособности КС в целом и ее устройств и диагностируют места неисправностей.
Аппаратное обеспечение компьютерной системы
В аппаратное обеспечение однопроцессорной КС, имеющей фоннеймановскую структуру, входят (рис.1.1):
а) процессор;
б) внутренняя память;
в) устройства ввода и вывода, внешняя память.
1.3.1 Процессор
Процессор – основной рабочий элемент КС. Выполняет операции над данными, хранящимися в памяти; подает команды на ввод-вывод информации с устройств ввода-вывода и др.
В состав процессора входят:
а) устройство управления;
б) арифметико-логическое устройство;
в) регистры.
Устройство управления управляет вычислительным процессом, посылая устройствам (например, АЛУ) сигналы, предписывающие определенные действия.
Арифметико-логическое устройство производит арифметические и логические операции над поступившими данными.
Регистры осуществляют временное хранение данных и состояний процессора.