
- •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
Контрольные вопросы
1) Приведите основные требования к компьютерным системам
2) Опишите отношение "стоимость/производительность"
3) Определите надежность и отказоустойчивость компьютерных систем
4) Определите показатели надежности
5) Опишите масштабируемость
6) Опишите совместимость и мобильность программного обеспечения
Программы диагностики компьютерных систем
На лекции рассматриваются следующие вопросы:
1) Программа диагностики post
2) Программа диагностики WatchDog
Программа диагностики post
BIOS (Basic Input Output System) - базовая система ввода-вывода. Это часть программного обеспечения ПК, поддерживающая управление адаптерами внешних устройств, экранные операции, тестирование, начальную загрузку и установку ОС.
BIOS - это стандартный интерфейс, обеспечивающий переносимость ОС между ПК с одинаковым микропроцессором.BIOS хранится в ПЗУ ПК.
Управление устройствами осуществляется через механизм прерываний.
Прерывания:
- аппаратные (инициируются аппаратными средствами);
- логические (инициируются микропроцессором - нестандартные ситуации в работе микропроцессора);
- программные (инициируются каким-либо программным обеспечением).
При включении ПК автоматически загружается и выполняется специальная программа POST (Power-On Self-Test) из состава BIOS.
Программа POST производит самопроверку и тестирование при загрузке, содержащую следующие этапы:
- проверка переключателей и CMOS-памяти на системной (материнской) плате (определение оборудования, которое подключено к ПК);
- тестирование ОЗУ;
- включается клавиатура, распознаются LPT- и COM-порты;
- определяются блочные устройства (жесткие диски IDE и SCSI, флоппи-дисководы);
- выполняет другие специфические действия по подготовке PC и дополнительного оборудования к работе.
Программа POST тестирует основные компоненты, такие как процессор, память, вспомогательные микросхемы, приводы дисков, клавиатуру и видеоподсистему.
После окончания работы POST BIOS выполняет действия по загрузке ОС (загрузка в ОЗУ и запуск Блока Начальной Загрузки ОС).
Если при включении питания компьютера возникают проблемы (BIOS не может выполнить начальный тест), воспроизводится последовательность звуковых сигналов (табл.17.1).
Таблица 17.1 – POST-коды звуковых сигналов AMI BIOS
Код |
Значение |
1 |
Ошибка регенерации DRAM |
2 |
Отказ схемы четности |
3 |
Отказ базового ОЗУ 64 Кб |
4 |
Отказ системного таймера |
5 |
Отказ процессора |
6 |
Ошибка адресной линии A20 контроллера клавиатуры |
7 |
Ошибка исключения виртуального режима Virtual Mode |
8 |
Ошибка теста чтения, записи памяти дисплея |
9 |
Ошибка контрольной суммы ROM-BIOS |
10 |
Ошибка чтения/записи CMOS-памяти |
11 |
Отказ кэш-памяти |
Наиболее известными фирмами-производителями BIOS являются: American Megatrends Inc. (AMI), Award Software и Phoenix Technologies.
Заметим, что конкретные версии BIOS неразрывно связаны с набором микросхем (chipset), используемым на системной плате. Кстати, компания Phoenix Technologies считается пионером в производстве лицензионно-чистых BIOS. Именно в них впервые были реализованы такие функции, как задание типа жесткого диска, поддержка привода флоппи-дисков емкостью 1,44 Мбайта и т.д.
Более того, считается, что процедура POST этих BIOS имеет самую мощную диагностику. Справедливости ради надо отметить, что BIOS компании AMI наиболее распространены. По некоторым данным, AMI занимает около 60% этого сегмента рынка. Кроме того, из программы Setup AMI BIOS можно вызвать несколько утилит для тестирования основных компонентов системы и работы с накопителями. Однако при их использовании особое внимание следует обратить на тип интерфейса, который использует привод накопителя.