книги из ГПНТБ / Система математического обеспечения ЕС ЭВМ

ет данные, в реальном масштабе времени система должна быть в постоянной готовности принять данные, поступающие на вход;

потоки входных данных носят случайный характер; как пра­ вило, не допускается потеря поступающих данных, так как их не­ возможно повторить;

время реакции системы на внешние события должно удовлет­ ворять определенным ограничениям.

Для обеспечения высокой реактивности системы требуется мак­ симально распараллеливать процессы обработки, что требует вы­ сокого уровня мультипрограммирования.

Вычислительные системы на базе моделей ЕС ЭВМ, работаю­ щие под управлением операционной системы ОС ЕС в одном из мультипрограммных режимов, удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к системам реального масштаба времени. Опера­ ционная система ОС ЕС обеспечивает высокую реактивность сис­ темы. Минимальное время реакции на прерывания в реальном мас­ штабе времени составляет от нескольких микросекунд до сотен микросекунд. Оно зависит от производительности выбранной моде­ ли, а также от конфигурации сгенерированной операционной сис­ темы. Эти же факторы влияют на реактивность системы в целом. Генерация операционной системы существенно влияет на время реакции и производительность вычислительной системы. Исполь­ зуя большой набор возможностей, предоставляемых при генера­ ции, можно получить систему, максимально удовлетворяющую предъявляемым требованиям.

Операционная система ОС ЕС предоставляет широкие возмож­ ности по распараллеливанию процессов вычислений и организации мультипрограммной работы. ОС ЕС имеет средства для организа­ ции приема случайных потоков данных, поступающих в непредска­ зуемые моменты времени. Аппаратные и программные средства контроля правильности работы, средства диагностики и восстанов­ ления после сбоев повышают надежность работы вычислительной системы.

Операционная система ОС ЕС обеспечивает двухпроцессорную систему с общим полем оперативной памяти для моделей ЕС-1040

и ЕС-1050.

ОС ЕС содержит обеспечение средств комплексирования, пред­ назначенных для организации многомашинных комплексов (без общего поля оперативной памяти). К ним относятся адаптер ка­ нал-канал, который позволяет непосредственно связать каналы двух различных моделей ЕС ЭВМ, разделенные (совместно исполь­ зуемые) устройства периферийной памяти,, а также средства пря­ мого управления. На базе указанных средств пользователь может строить практически произвольные конфигурации многомашинных комплексов, используя программное обеспечение средств комплек­ сирования.

Структура операционной системы ОС ЕС представлена на рис. 5. В состав управляющей программы операционной системы ОС

ЕС входят:

21

Рис. 5. Структура операционной системы ОС ЕС

программа начальной загрузки, осуществляющая настройку оперативной памяти, загрузки ядра операционной системы и за­ грузку программы инициализации ядра;

программа инициализации ядра, которая подготавливает сис­ темные таблицы, проверяет состояние таблиц, состояние внешних устройств, настраивает системные наборы данных, связывается с оператором с целью оперативного изменения свойств операци­ онной системы;

планировщик заданий, обеспечивающий считывание входных потоков заданий, последовательную или приоритетную обработку заданий (в зависимости от режима ОС ЕС), инициирование вы­ полнения нескольких заданий одновременно, чтение и интерпрета­ цию операторов языка управления заданиями, распределение ре­ сурсов вычислительной установки для задания, вызов каталогизи­ рованных процедур, автоматическое распределение томов на внеш­ них носителях, асинхронное чтение входных и выдачу выходных данных задания, ведение системного журнала;

главный планировщик, осуществляющий связь оператора с сис­ темой; главный планировщик вместе с планировщиком заданий входят в состав программ управления заданиями;

супервизор, осуществляющий обработку всех типов прерыва­ ний, управление выполнением одной или нескольких задач, основ­ ной памятью, связями между модулями, работой программ с овер­ лейной структурой, системными часами, резидентными програм­ мами доступа к данным, средствами защиты оперативной памяти, запросами на ввод-вывод, динамическую загрузку программ в опе­ ративную память, совмещение работы каналов с процессором, ра­ боту системы в режиме квантования времени, совмещение пакет­ ной обработки и режима квантования времени, функционирование многопроцессорных комплексов ЕС ЭВМ; функцией программ су­ первизора является управление задачами;

программы управления данными, обеспечивающие ввод и вы­ вод данных с последовательной, индексно-последовательной, биб­ лиотечной и произвольной организацией, объединение записей в блоки и разделение блоков на записи, совмещение операций вводавывода и обработки, обработку системных и пользовательских ме­ ток томов и наборов данных, автоматическое позиционирование то­ мов, анализ и обработку ошибочных ситуаций в операциях вводавывода, независимость программ от устройств;

программы управления восстановлением после сбоя, осуществ­ ляющие обработку прерываний от схем контроля машины, регист­ рацию машинных сбоев в процессоре, каналах и внешних устрой­

чи, формирование записи о сбое в журнале, перевод системы в со­ стояние ожидания, если восстановление работоспособности не­

возможно.

К системным обрабатывающим программам ОС ЕС относятся следующие компоненты:

п

редактор связей, объединяющий отдельно оттранслированные объектные и загрузочные модели в один готовый к выполнению за­ грузочный модуль; формирующий загрузочные модули с оверлей­ ной структурой; вносящий изменения в программы путем замены, исключения и перемещения программных секций; резервирующий память для общих областей, создаваемых трансляторами;

загрузчик, осуществляющий редактирование и непосредствен­ ную загрузку для выполнения отредактированных модулей в од­ ном пункте задания;

программа сортировки-объединения, обеспечивающая размеще­ ние наборов данных в заданном порядке, сортировку записей в со­ ответствии с их управляющими полями, объединение файлов, раз­ мещенных на накопителях (до 32 магнитных лент, 6 дисков и 6 ба­ рабанов), с входными файлами, создание контрольных точек и запуск с них, мультитомный и мультифайловый ввод и мультитомный вывод;

тестовый транслятор (Тестран), служащий для отладки про­ грамм на языке Ассемблера и обеспечивающий вывод на печать областей памяти, общих регистров и регистров с плавающей точ­ кой, распечатку системных блоков и таблиц, фиксацию логики отлаживаемой программы с представлением соответствующей пе­ чатной информации, выполнение отлаживаемой программы в ре­ жиме трассировки, редактирование и вывод на печать отладочной информации в соответствующих форматах;

утилиты (вспомогательные программы), обеспечивающие пере­ мещение наборов данных с одного носителя на другой, печать и перфорацию наборов данных, печать каталога системы, оглавле­ ний томов на дисках и оглавлений библиотек, обновление библио­ тек, модификацию каталога, подготовку и разметку томов прямо­ го доступа и магнитных лент, редактирование записей в наборах данных, сбор информации об ошибках и их распечатку в удобной для пользователя форме.

В состав трансляторов ОС ЕС входят трансляторы со следую­ щих языков программирования: языка Ассемблера, РПГ, Форт­ рана IV, ПЛ/1, Кобола, Алгола-60.

Программное обеспечение телеобработки позволяет осуществ­ лять передачу информации в вычислительную систему и из нее по каналам связи (телефонным, телеграфным и др.). Средства теле­ обработки обеспечивают одновременную работу с вычислительной машиной нескольких удаленных абонентских пунктов. Программ­ ное обеспечение телеобработки включает два метода доступа: ба­ зисный телекоммуникационный метод доступа и общий телеком­ муникационный метод доступа. Эти методы доступа используются во всех системах, осуществляющих удаленную обработку данных (удаленная пакетная обработка, диалоговые системы, системы раз­ деления времени, системы в реальном масштабе времени, инфор­ мационно-поисковые системы, различные АСУ и т. д.).

Программное обеспечение машинной графики обеспечивает работу вычислительной системы с алфавитно-цифровыми и графи-

24

ческими дисплеями. Оно включает графический метод доступа, под­ программы графического программирования, а также обеспечение дисплея в качестве консоли оператора.

Средства генерации операционной системы ОС ЕС обеспечи­ вают настройку в широких пределах на конкретные конфигурации технических средств ЕС ЭВМ и класс решаемых задач.

1.8. КОМПЛЕКС ПРОГРАММ

ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Комплекс программ технического обслуживания (КПТО) со­ держит тест-программы двух категорий: работающие без опера­ ционной системы; работающие под управлением операционной си­ стемы. По функциональному назначению тест-программы делятся на наладочные, проверочные и диагностические.

Наладочные тест-программы служат для проверки правильнос­ ти функционирования устройств и блоков во время наладки маши­ ны. Проверочные тест-программы предназначены для периоди­ чески проводимой проверки правильности функционирования уст­ ройств, блоков и машины в целом и для обнаружения неисправнос- *тей в процессе эксплуатации. Диагностические тест-программы позволяют классифицировать отказы и локализовать места неис­ правности.

Наладочные тесты разработаны для центральных процессоров оперативной памяти, устройств ввода-вывода, внешней памяти. Они являются самостоятельными программами, выполняемыми без операционных систем.

Проверочные и диагностические тесты работают под управле­ нием специальной программы-монитора, предназначенной для не­ автономной проверки внешних устройств, в функции которой вхо­ дят вызов, выполнение каждого отдельного теста и управление им. Монитор осуществляет связь с оператором, обработку преры­ ваний, печать сообщений об ошибках и т. п.

1.9. ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ

Пакеты прикладных программ строятся на базе операционных систем и являются их дальнейшим развитием в конкретном на­ правлении. Большинство пакетов прикладных программ разраба­ тывается на базе операционной системы ОС ЕС. Пакет поставля­ ется отдельно, имеет самостоятельную документацию и не входит в состав операционной системы. Многие пакеты прикладных про­ грамм имеют собственные средства для генерации. Разработка пакета не требует модификации операционной системы. Это отно­ сится и к пакетам, влияющим на работу управляющей программы. Если такой пакет требует внесения изменений в управляющую про­ грамму, то это выполняется в процессе загрузки и инициализации пакета.

25

2. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОС ЕС. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

/

2.1. ОСНОВНЫЕ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ОС ЕС. ПОДГОТОВКА СИСТЕМЫ К РАБОТЕ

Операционная система ОС ЕС включает управляющую и обра­ батывающие программы.

Управляющая программа — обязательный компонент любого сгенерированного варианта операционной системы. В ее функции входит планирование прохождения непрерывного потока заданий, управление распределением ресурсов, реализация принятых мето­ дов организации данных, управление операциями ввода-вывода, организация мультипрограммной работы, управлением работоспо­ собности системы после сбоев и ряд других функций. Многие под­ программы из состава управляющей программы выполняются в состоянии супервизора и защищаются нулевым ключом защиты памяти.

Обрабатывающие программы выполняются в состоянии задачи под управлением управляющей программы. Обрабатывающая программа не может выполнять привилегированные команды, в том числе и команды ввода-вывода. Они выполняются путем обра­ щения к управляющей программе.

Управляющая программа состоит из четырех компонентов: уп­ равление заданиями, управление задачами, управление данными и управление восстановлением.

Управление заданиями включает планировщик заданий и глай1 ный планировщик, в функции которых входит предварительное пла- . нирование заданий для выполнения и осуществление связи опера- J тора с системой.

Управление задачами включает программы супервизора, основ­ ное назначение которых состоит в динамическом распределении ресурсов системы между несколькими задачами, решаемыми одно­ временно в мультипрограммном режиме. Многие программы су­ первизора входят в ядро операционной системы, постоянно нахо­ дящееся в оперативной памяти.

Программы управления данными обеспечивают все операции обмена (между оперативной памятью и периферийными устрой­ ствами) на физическом и логическом уровнях. Они включают ряд служб, обеспечивающих выполнение таких функций, как управле-

27

28

ройство. Адрес устройства набирают на переключателях пульта и нажимают кнопку начальной загрузки программ (НЗП). После это­ го последовательно выполняются программа начальной загрузки и программа инициализации ядра. Программа начальной загрузки производит поиск на резидентном томе системы набора данных с именем SYS1.NUCLEUS, который представляет собой ядро. Ядро—■ это часть управляющей программы, которая постоянно находится в оперативной памяти и никогда не перекрывается другими частя­ ми операционной системы или программами пользователя. После того как указанный набор данных найден, программа начальной загрузки загружает его в оперативную память. Затем загружается программа инициализации ядра, которой программа начальной за­ грузки передает управление.

В процессе начальной загрузки оператор может изменить неко­ торые системные параметры. С этой целью система выдает опера­ тору запросы. Отвечая на них, оператор может указать новые зна­ чения системных параметров либо отказаться от их изменения. В результате этих действий оператор может изменить список рези­ дентных (т. е. находящихся в оперативной памяти) программ и данных. Среди них — программы методов доступа, программы, обрабатывающие обращения к супервизору, отдельные элементы оглавления библиотек. Расширение списка резидентных программ и данных ведет к увеличению производительности системы (так как не тратится время на поиск и загрузку из внешней памяти) за счет дополнительного расхода оперативной памяти.

Далее производится инициализация основной памяти, исполь­ зуемой для выполнения задач пользователя и некоторых систем­ ных задач. В процессе начальной загрузки системы мультипро­ граммирования с фиксированным числом задач оператор может переопределить количество разделов памяти, их размер, а также классы заданий для каждого раздела.

После завершения начальной загрузки системы выдается со­ общение о том, что она готова к работе и может выполнять поток заданий, поступающих на вход.

2.2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ

Разработка программ заключается в формулировании алгорит­ ма, программировании, отладке и выполнении программ.

При разработке программ программист пользуется услугами операционной системы. Система программирования ОС ЕС позво­ ляет проводить программирование и отладку задачи по частям с использованием различных языков программирования. В состав системы программирования входит набор трансляторов с языков Ассемблера, Фортрана IV, Алгола-60, Кобола, ПЛ/1 и РПГ, а так­ же редактор связей и Тестран. При разработке программ исполь­ зуются многие компоненты управляющих программ и обрабатыва­ ющие программы.

29

Для повышения эффективности программирования использу­ ется сегментация больших программ на менее крупные, автоном­ ная их разработка и объединение перед или в процессе выполнения. В связи с этим в операционной системе ОС ЕС используется мо­ дульный принцип программирования. Каждая программа пред­ ставляет собой модуль. Несколько модулей могут быть объедине­ ны и составить более крупный модуль. Кроме того, модули могут динамически вызывать друг друга.

Программы, записанные на одном из входных языков про­ граммирования, представляют собой исходные модули. Они могут представлять собой либо последовательные наборы данных, либо разделы библиотечных наборов данных (библиотек). Последова­ тельные наборы данных могут находиться на перфокартах, магнит­ ных лентах или томах-шрямого доступа; библиотечные наборы данных — только на томах прямого доступа. Набор данных, содер­ жащий исходный модуль, является входными данными для соответ­ ствующего транслятора или Ассемблера. В результате трансляции получается объектный модуль на машинном языке. Такие модули непригодны для загрузки в оперативную память и выполнения.

Объектные модули также могут быть представлены в виде по­ следовательных наборов данных или в виде разделов библиотек. Объектные модули для последующей обработки могут выводиться на перфокарты, магнитную ленту или том прямого доступа. Они состоят из текста в машинном коде, содержащего команды и кон­ станты программы, и управляющих словарей. Управляющие слова­ ри содержат информацию для объединения объектных модулей и для последующей загрузки и настройки программ в оперативной памяти.

Отдельный программный модуль может содержать ссылку на другие программные модули. На некоторые величины данной про­ граммы могут быть ссылки из других модулей. Величины в про­ грамме, осуществляющие ссылку вне модуля и на которые произ­ водится ссылка извне, называются внешними символами. Инфор­ мация о внешних символах (адрес, тип и т. д.) помещается в сло­ варе внешних символов. Словарь используется редактором связей при объединении нескольких модулей в один для согласования разрешения внешних ссылок, т. е. ссылок модулей между собой. Сама внешняя ссылка вне модуля в тексте программы объектного модуля не формируется. Вместо нее в адресной части соответству­ ющей команды находятся нули.

Кроме внешних символов в модуле могут быть внутренние ад­ ресные ссылки, типичным примером которых являются адресные константы. Ссылки такого рода, а также адреса программных сек­ ций отражаются в другом управляющем словаре — словаре пере­ мещений. Он используется редактором связей при объединении модулей, а также программой выборки для настройки модуля на физические адреса памяти, в которую он загружен.

Формат объектных модулей стандартный для всех транслято­ ров. Это позволяет одинаково обрабатывать их редактором связей

30