Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Операционные системы. Учебное пособие (лабораторный практикум)
.pdf
Системная плата. Это только кажется, что главный в компьютере – процессор. Он работает «мозговым центром» системного
блока. Но и за процессором нужен контроль, равно как за всеми
остальными устройствами. И таким контроллером в компьютере
выступает системная (или, как иногда говорят, материнская) плата.
При всей своей внешней простоте системная плата – весьма
сложный прибор, от каждой части которого зависит быстродействие
и стабильность работы компьютера. Вот лишь несколько логических
групп устройств, из которых состоит любая компьютерная «мать»:
1. Набор разъемов и портов для подключения отдельных
устройств.
2. Шина – информационная магистраль, связывающая их во-
едино. Именно по шине передаются сигналы между всеми видами
компьютерной «начинки» и именно через посредство шины доставляется информация микропроцессору.
3. Базовый набор микросхем – «чипсет», с помощью которого
материнская плата и осуществляет контроль над всем происходящим внутри системного блока.
4. Небольшая микросхема BIOS – координационный центр си-
стемной платы, управляющий всеми ее возможностями.
5. Встроенные (или интегрированные) дополнительные
устройства.
Чипсет. От типа чипсета напрямую зависят самые важные характеристики материнской платы – платформа, тип шины, скорость
передачи данных, число поддерживаемых моделей процессоров, базовый тип оперативной памяти и параметры работы с ней и так далее.
Поскольку основная функция материнской платы – устанавливать связь между устройствами, то неудивительно, что главные составляющие любого чипсета называются «мостами». Каждый из
двух имеющихся в любом чипсете «мостов» – это специальный чипмикросхема. У каждого из двух «мостов» существует свой четко
очерченный круг задач. «Северный» мост соединяет между собой
процессор, оперативную память и видеошину AGP. «Южный» мост
отвечает за работу с шиной PCI и всеми подключенными к компьютеру периферийными устройствами, а также внутренними контролеррами.
Тип шины. Почти десять лет этот вопрос был не слишком актуален – все системные платы, независимо от производителя и плат-
121
формы, поддерживали один и тот же тип шины – PCI, предназначенной для передачи данных между устройствами. Через эту шину
работали не только внутренние, но и внешние устройства, подключенные к скоростным портам USB или FireWire. И именно в формате PCI выпускались практически все дополнительные платы, исключая видеоплаты, для которых создана специальная ускоренная
шина AGP. Но постепенно пропускная способность шина PCI стала
замедлять работу компьютера и приводила к множеству внутренних
конфликтов.
Последовательная шина, при работе с которой устройства подключаются в цепочку, одно за другим, от этих проблем избавлена.
Как работает такая схема, можно увидеть на примере USBустройств – к одному-единственному каналу связи можно присоединить цепочку из 128 устройств, что невозможно для шины PCI.
Но даже USB-2 порт значительно отстает по скорости от шины PCI.
Поэтому в 2004 году компания Intel приняла решение о создании
новой последовательной и быстрой шины. Новая шина носит название PCI-Express, а ее скоростной показатель составляет свыше
4 Гб/с.
Интегрированные устройства. В большинстве материнских
плач уже имеются, как минимум, «звуковая» и «сетевая» подсистемы, с успехом заменяющие обычные звуковую и сетевую платы.
Звуковая подсистема в большинстве случаев базируется на так
называемом кодеке АС97, который берет на себя лишь часть задач
по обработке звука. Все остальное реализуется уже не на аппаратном, а на программном уровне, т. е. часть задач перекладывается на
центральный процессор. В некоторых чипсетах имеется также и
встроенная видеосистема (заменяющая видеоплату), мощности которой вполне достаточно для обычной, двухмерной графики.
Слоты и контроллеры. Помимо единой, универсальной шины
на системной плате предусмотрены специальные «контроллеры» –
«точки входа», предназначенные для подключения к шине различных внутренних устройств, а также слоты для подключения дополнительных плат
Оборудование и материалы: см. приложение 1.
Указания по технике безопасности: см. приложение 2.
122
Задания
Вар.
Операционная система 1
(версия и год выпуска на
выбор студентов ‒ любые)
Операционная система 2
(версия и год выпуска на выбор
студентов ‒ любые)
1.
Ubuntu Linux
Lubuntu Linux
2.
Fedora Linux
CentOS Linux
3.
ASP Linux
Mandrake Linux
4.
Mageia Linux
OpenMandriva
5.
Kali Linux
BugTrack Linux
6.
Calculate Linux
Slackware Linux
7.
Red Hat Linux
OpenSuse Linux
8.
Rosa Linux
Bodhi Linux
9.
Альт Линукс
Red Star OS
10.
MCBC 3.0
Astra Linux
11.
Mandriva Linux
Black Cat Linux
12.
Elementary OS
Linix Mint
13.
Windows 95
Windows NT 4.0
14.
Gentoo Linux
Arch Linux
15.
WiFiSlax Linux
Parrot Security OS
16.
Deepin Linux
Debian Linux
17.
FreeDOS + Windows 3.11 FWG
MS-DOS 6.22 + Windows 3.11 FWG
18.
React OS
Windows XP
19.
FreeBSD
Frenzy
20.
DragonFly BSD
FreeBSD
21.
OpenIndiana
OpenSolaris
22.
NetBSD
OpenBSD
23.
ОЛИВИЯ
OpenBSD
24.
Plan9
Minix 3.0
25.
Kolibri OS
BeOS
Установить в виртуальную ЭВМ VirtualBox одну из двух операционных систем на выбор студента и провести исследование.
Запустить программу самодиагностики ОС (например, из панели управления «Сведения о системе» или вывод команд dmesg,
lspci, lsusb и им подобных), выписать в отчет основные параметры
ЭВМ: установленный микропроцессор (имя, рабочая тактовая частота, количество ядер и потоков), параметры установленной ОЗУ,
ПЗУ, параметры накопителя жесткого диска или SSD, характеристики видеокарты, дополнительное подключенное к ЭВМ оборудование (сетевые адаптеры, звуковые адаптеры и т. д.).
123
Содержание отчета
Лабораторная работа считается выполненной студентом и засчитывается преподавателем (с зачислением баллов пропорционально выполненным пунктам отчета, т. е. необязательно, чтобы отчет содержал все пункты) при предоставлении в электронном виде
к защите (бумажная распечатка не требуется!!!) аккуратно оформленного файла-отчета в формате .pdf (презентация), .odt
(OpenOffice, LibreOffice) или .doc (Microsoft Office), именованный
по шаблону (при несоответствии работа не допускается к защите):
OS_PMI_LR8_V(номер варианта)_(фамилия).pdf
Файл-отчет должен иметь следующие элементы-слайды презентации или пункты текстового отчета-документа в указанном порядке
(с сохранением их номера в случае пропуска некоторых пунктов):
1. Титульный лист, содержащий название дисциплины, тему и
номер лабораторной работы, ФИО студента, курс, группу.
Форму и дизайн титульного листа студент определяет самостоятельно, ориентируясь на удобство восприятия информации на титульном листе.
2. Отметка об ознакомлении с техникой безопасности (прави-
лами поведения в компьютерном классе (аудитории, лаборатории)).
В данном пункте необходимо наличие записи «С правилами
техники безопасности при выполнении лабораторной работы и поведения в компьютерном классе (аудитории, лаборатории) ознакомлен, обязуюсь выполнять _____ (ФИО), _____ дата».
3. Постановка задачи (полное условие в соответствии с выбран-
ным вариантом).
4. Реферативный обзор информационных (интернет) источни-
ков по заданию.
В данном пункте указать по шагам:
4.1. Микропроцессор ЭВМ (кратко).
4.2. Микропроцессор Z80 (кратко).
4.3. Микропроцессор КР580ВМ80А (кратко).
4.4. Микропроцессор 8080 (кратко).
4.5. Микропроцессор 80386 (кратко).
4.6. 64-х битные микропроцессоры ЭВМ.
4.7. Микропроцессоры архитектуры RISC.
4.8. Микропроцессоры архитектуры ARM.
4.9. Реальный режим работы микропроцессора.
4.10. Защищенный режим работы микропроцессора.
4.11. Прерывания микропроцессора.
124
4.12. Расширение команд MMX.
4.13. Расширение команд SSE.
4.14. Математический сопроцессор FPU.
4.15. Гарвардская архитектура микропроцессора.
Необходимо указать по порядку информационные источники и
их содержимое по заданию. Допустимо использовать текст, гиперссылки, таблицы, рисунки и т. д., любую информацию, облегчающую просмотр и защиту презентации-отчета. Разрешено использование только открытых публичных источников информации, не
требующих передачи авторских прав или каких-либо иных отчислений. Если информация по какому-либо из разделов реально отсутствует в публичном доступе или засекречена, то напечатать «информация засекречена» с указанием ведомства или организации, засекретившей данную информацию. Рекомендуемый объем реферативного обзора – 3‒10 страниц (5‒10 слайдов).
5. Необязательный пункт отчета для получения повышенных
баллов. Экранные снимки установленной в виртуальную машину,
контролируемую студентом или на реальный компьютер, принадлежащий студенту, выбранной согласно варианта операционной системы. На скриншоте должны быть четко различимы ФИО студента
на ключевых интерфейсных элементах виртуальной машины или в
программах, запущенных внутри исследуемой ОС. Рекомендуемый
объем – 5‒10 скриншотов (5‒10 слайдов).
6. Необязательный пункт отчета для получения повышенных
баллов. Личное исследование работы операционной системы.
В данном пункте требуется написать от первого лица инструкцию по работе с несколькими программами, характерными именно
для этой ОС и отличающие ее от аналогичных ОС. Рекомендуемый
объем – 3‒5 страниц (5‒10 слайдов).
7. Необязательный пункт отчета для получения повышенных
баллов. Публичная защита отчета по лабораторной работе.
В данном пункте привести ссылку на Youtube-видео или иной
публичный видео-ресурс, на котором записана защита-выступление
отчета или презентации по лабораторной работе лично студентом.
Рекомендуемое время видеоролика – 5‒10 минут.
Контрольные вопросы
1. Изучение графической оболочки KDE.
2. Файловый менеджер.
Литература: 1‒6.
125
9. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Цель работы ‒ закрепление знаний и изучение перспектив развития
операционных систем.
Знания и умения, приобретаемые студентом в результате освоения темы, формируемые компетенции или их части: ОПК-4.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
знать: перспективы развития операционных систем, основные поня-
тия, алгоритмы и методы функционирования операционных систем, практические подходы к программной реализации математических алгоритмов
операционных систем и оболочек;
уметь: находить, анализировать, реализовывать программно и ис-
пользовать на практике математические алгоритмы операционных систем,
применять знания о принципах функционирования операционных систем
для решения прикладных задач с учетом возможных перспектив развития
операционных систем;
владеть: перпективными методами установки, настройки и управле-
ния операционных систем.
Теоретическая часть
Графический интерфейс пользователя (ГИП) в вычислительной технике – система средств для взаимодействия пользователя с
компьютером, основанная на представлении всех доступных пользователю системных объектов и функций в виде графических компонентов экрана (окон, значков, меню, кнопок, списков и т. п.). При
этом, в отличие от интерфейса командной строки, пользователь
имеет произвольный доступ (с помощью клавиатуры или устройства координатного ввода типа «мышь») ко всем видимым экранным объектам.
Впервые концепция ГИП была предложена учеными из исследовательской лаборатории Xerox PARC в 1970-х, а получила коммерческое воплощение в продуктах корпорации Apple Computer.
В операционной системе AmigaOS ГИП с многозадачностью был
использован в 1985 году. В настоящее время ГИП является стандартной составляющей большинства доступных на рынке операционных систем и приложений.
Сначала идея графического пользовательского интерфейса
нашла свое практическое воплощение в легендарном исследовательском центре компании Xerox ‒ PARC (Palo-Alto Research
126
Center). В его лабораториях трудились исследователи в области лазерной физики, создатели интегральных схем, систем CAD и разработчики в сфере компьютеров. Плоды их труда ‒ это и сетевые технологии, базы данных, системы подготовки документов, и, разумеется, графические интерфейсы. Сотрудникам PARC предоставлялась полная творческая свобода, одним из плодов которой стала
концепция WIMP ‒ Windows, Icons, Menus, Point-n-Click. И сегодня,
более чем тридцать лет спустя, мы следуем этой концепции.
Свежеизобретенный графический интерфейс нашел применение в компьютере Alto. Эта экспериментальная разработка, к сожалению, не имела шумного рыночного успеха, хотя и обладала всеми
свойствами, ныне упоминаемыми: инновационностью и революционностью. Alto имел черно-белый CRT-монитор, установленный в
«портретной» ориентации, трехкнопочную мышь, аппаратные и
программные средства для работы с Ethernet и графический интерфейс, отвечающий парадигме WIMP.
В 1979 году компания Three Rivers Computer Company представила графическую рабочую станцию под названием PERQ. К сожалению, Three Rivers Computer Company покинула компьютерный
рынок в 1986 году, не выдержав мощного натиска со стороны Sun и
Silicon Graphics.
В 1981 году Xerox все-таки решился вдохнуть жизнь в экспериментальный Alto, выпустив на рынок его полноценного коммерческого преемника ‒ компьютер Star. Здесь, как и в PERQ, портретная ориентация монитора изменена на альбомную, но в плане графического интерфейса ‒ настоящий прорыв. Монохромный CRTдисплей имеет разрешение 1024х768 пикселей, к иконкам можно
применять «двойной клик», окна без труда перекрывают друг друга,
используются диалоговые окна. С тех пор основные черты интерфейса Star применяются в любой графической среде пользователя
(см. рис. 9.1).
В 1983 году один из столпов сегодняшнего рынка персональных компьютеров преодолевал период становления. Речь идет об
Apple, и в частности, о компьютере Apple Lisa (см. рис. 9.2). Компания Apple не обошлась без наработок Xerox PARC, имея в штате
сотрудников и инженеров, некогда приложивших руку к созданию
Alto.
127
Рисунок 9.1. Xerox Star
Рисунок 9.2. Apple Lisa
1983-й запомнился не только в связи с выпуском Apple Lisa,
события развивались весьма динамично по всем фронтам. Для отметившего свое двухлетие IBM PC тоже появляется графическая
оболочка ‒ детище компании Visi Corp под названием Visi On.
Правда, на фоне роскошных Apple Lisa и Xerox Star оболочка IBM
PC с установленной Visi On выглядит довольно убого. Кроме того,
о себе, как создателе графических оболочек, заявляет и Microsoft,
анонсировав среду Windows 1.0.
Рисунок 9.3. Visi On
1984 год. Apple переживает довольно серьезные внутренние
потрясения, однако находит в себе силы для выпуска персонального
компьютера Macintosh ‒ оказавшегося, что весьма примечательно,
первым по-настоящему успешным коммерческим продуктом, ис-
128
пользовавшим графический пользовательский интерфейс. В немалой степени этому поспособствовала идея Apple ‒ так называемая
Desktop Metaphor, согласно которой отдельные файлы представляются как листы бумаги, а каталоги файловой системы ‒ как папки
для этих листов. Следуя Desktop Metaphor, монитор отображает
пользователю «рабочий стол», на котором можно разместить,
например, файлы и папки. Их содержимое может быть открыто в
окне и иметь вид обычного бумажного документа.
Кроме того, появляется набор графических утилит, в значительной степени облегчающих пользователю рабочий процесс.
Утилиты к тому же предназначаются для осуществления многозадачности.
В том же году компания Digital Research представляет свою
оболочку для компьютеров на базе процессора 8086 под управлением ОС DOS. Она называется GEM Desktop и позднее была портирована для выполнения на компьютерах Atari ST. Такой шаг объясняется тем, что в мире IBM PC GEM Desktop добилась весьма
скромного коммерческого успеха, а на компьютерах Atari ST впоследствии стала основной графической средой пользователя.
Еще одно событие 1984 года ‒ анонс графической подсистемы
X Window system (Project Athena), родившейся в недрах MTI, Массачусетского технологического института, и с тех пор ставшей основной графической системой для ОС семейства Unix. Помимо основной задачи ‒ отображения графических примитивов ‒ X Window
позволяет удаленную работу посредством сети. Пользователь за локальным терминалом работает лишь с вводом и выводом для
X Window, сама же система выполняется на другом компьютере.
В 1985 году развитие графических интерфейсов вступает в
пору настоящего расцвета. Для компьютеров Apple II и 8-битного
Commodore 64 выпущена среда GEOS, поставлявшаяся с несколькими прикладными программами, включая текстовый редактор и
календарь и в общем имевшая неплохие шансы на успех. Впоследствии наработки GEOS широко используются для только-только
появившихся прототипов сегодняшних карманных компьютеров ‒
начиная от HP OmniGo и заканчивая PalmPilot. Даже Nokia обращается к GEOS как к базовой среде для своих коммуникаторов, прежде
чем окончательно переключиться на EPOC (Symbian).
129
1985-й ознаменован и запуском торговой марки Amiga компа-
нии Commodore. Оригинальный интерфейс пользователя получает
название Amiga Workbench. Workbench, разработанная практически
с нуля, она базируется на внутреннем ядре Intuition, отслеживающем все входные события, вызываемые действиями пользователя ‒
будь то нажатие клавиши на клавиатуре или перемещение указателя
мыши. Кроме того, Intuition содержит библиотеку основных графических элементов, из которых строится интерфейс Workbench.
Настраиваемый вид указателя мыши, анимированные иконки ‒ все
это впервые появляется в Workbench. А первая модель компьютера,
управляемого Workbench 1.0, зовется Amiga 1000 (рис. 9.4).
Рисунок 9.4. Amiga Workbench
В том же году на свет появляется и Windows 1.0 ‒ прабабушка
популярнейшей сегодня операционной системы. Из непривычных
особенностей отметим невозможность расположения окон внахлест, а только изолированно друг от друга, и выделение внизу
экрана особой области для иконифицированных окон программ, недоступной для размещения прочих элементов интерфейса. В отличие от монохромной предварительной версии, появившейся в 1983
году, релиз Windows 1.0 уже работает с цветом.
В 1986 году компания Apple предъявляет серьезные претензии
к Digital Research, чей GEM Desktop достаточно явно копирует
наработки «яблочного» интерфейса. В итоге Digital Research вынуждена пересмотреть интерфейс GEM Desktop, что оборачивается
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]