1Първи стъпки с операционни системи1.1 Цели и функции на операционните системиОперационната система на компютър е набор от взаимосвързани програми, които действат като интерфейс между приложения и потребители, от една страна, и компютърния хардуер, от друга. Операционната система изпълнява две групи функции: Предоставя на потребителя или програмиста разширена виртуална машина вместо реалния хардуер на компютъра; Повишава ефективността на използването на компютъра чрез рационално управление на неговите ресурси в съответствие с някакъв критерий. Потребителят, като правило, не се интересува от подробностите за хардуерното устройство на компютъра, той го вижда като набор от приложения, които могат да бъдат написани на един от езиците за програмиране. Операционната система предоставя на програмиста редица възможности, които програмите могат да използват чрез специални команди, наречени системни повиквания. Следователно, едно софтуерно приложение включва много системни повиквания, необходими например за работа с файлове. Операционната система скрива подробностите за хардуера от програмиста и осигурява удобен интерфейс за изпълнение на системата на операционната среда. В същото време операционната система действа като мениджър на ресурси. При този подход работата на операционната система е да осигури организирано и контролирано разпределение на процесори, памет и I / O между различни програми... Операционната система има следните функции: Функциите на операционната система работят по същия начин като останалия софтуер - те се реализират като отделни програми или набор от програми, изпълняващи процеси; Операционната система трябва да прехвърли контрола върху други процеси и да изчака процесорът да му разпредели отново време за изпълнение на своите задължения. Управлението на ресурсите включва следните общи, независими от ресурсите задачи: Планиране на ресурси - тоест определяне кой процес, кога и в какво количество (ако ресурсът може да бъде разпределен на части) даден ресурс трябва да бъде разпределен; Удовлетворяване на заявки за ресурси; Проследяване на състоянието и отчитане на използването на ресурси - тоест поддържане оперативна информациядали ресурсът е зает или свободен и колко от ресурса вече е разпределен; Разрешаване на конфликти между процесите. Управлението на ресурсите включва тяхното мултиплексиране (разпределение) по два начина: във времето и в пространството. Когато ресурс се разпределя с течение на времето, различни потребители и програми го използват на свой ред. Първо, един от тях получава достъп до използването на ресурса, след това другият и т. Н. Например няколко програми искат достъп до централния процесор. В тази ситуация операционната система първо позволява достъп до процесора до една програма, след това, след като е работила достатъчно време, до друга програма, след това до следващата и накрая отново до първата. Определянето за колко време даден ресурс ще се използва навреме, кой ще бъде следващ и за колко време ресурсът е разпределен за него е задача на операционната система. Друг вид разпределение е пространственото мултиплексиране. Вместо да работи един по един, всеки клиент получава част от ресурса. Обикновено RAM се споделя между няколко работещи програми, така че всички те могат да се намират в паметта едновременно (например, като се използва на свой ред централния процесор). Ако приемем, че има достатъчно памет за съхраняване на множество програми, е по -ефективно да поставите няколко програми в паметта едновременно, отколкото да разпределите цялата памет на една програма, особено ако тя се нуждае само от малка част от наличната памет. Разбира се, това повдига въпроси за справедливо разпределение, защита на паметта и т.н., и съществува операционна система за разрешаване на тези проблеми. 1.2 История на развитието на операционните системиОбикновено историята на развитието на операционните системи се свързва с историята на развитието на компютрите. Първата идея за компютър е предложена от английския математик Чарлз Бебидж в средата на деветнадесети век. Той разработи така наречения механичен "аналитичен двигател", който обаче не работи правилно. Следват поколения компютри и връзката им с операционните системи. Първо поколение 1945-1955 Компютрите се състоят от вакуумни тръби и пластири. Най -голямото постижение е пускането на перфокарти. Изработена от тънък картон, перфорираната карта представлява информация чрез наличието или отсъствието на дупки в определени позиции на картата. Няма операционна система. Второ поколение 1955-1965 Основата на компютрите са транзистори и системи за пакетна обработка. Характеризира се с тестета на перфокарти и магнетофони. Основно те програмират на езици Fortran и Assembler за операционните системи Fortran Monitor (FMS) и IBSYS. Трето поколение 1965-1980 Периодът се характеризира с появата на интегрални схеми, както и многозадачност или, както се нарича по друг начин, мултипрограмиране. IBM произвежда различни серии машини, като се започне с IBM / 360. За тях е написана операционната система OS / 360, която е около 1000 пъти по -голяма от второто поколение FMS. На този етап се появява промишлена реализация на многозадачност - метод за организиране на изчислителен процес, при който няколко програми са били едновременно в паметта на компютъра, като се изпълняват последователно на един процесор. Други забележителни операционна системаот този период, CTSS (Съвместима система за споделяне на време) и MULTICS (Мултиплексирана информационна и изчислителна услуга), които са проектирани да осигурят достъп на стотици потребители до една машина наведнъж. По -нататъшното развитие на тази система прерасна в UNIX. 4-то поколение от 1980 до сега Този период е свързан с появата на големи интегрални схеми. През 1974 г. Intel пуска първия универсален 8-битов Intel процесор 8080. В началото на 80 -те години IBM Corporation разработи IBM PC, персонален компютър. В същото време се появява първата версия на MS-DOS. Всички разработени до този момент операционни системи поддържат само текстов режим на комуникация с потребителя. Първият опит за удобен за потребителя графичен интерфейс беше реализиран на Apple Macintosh. Под влияние на успеха си Microsoft Corporation пуска графична обвивка за MS -DOS - Windows. И от 1995 г. беше пусната Windows 95, която стана автономна система... По -късно на базата на Windows 95 и друга Windows NT система бяха разработени съществуващите в момента операционни системи - Windows 2000, XP, Vista и други. 1.3 Класификация на операционните системиИма много операционни системи и не всеки ги познава. Освен това се разглеждат 7 типа различни операционни системи по отношение на ниво от голямо до малко. Операционни системи на мейнфрейм Mainframe - високопроизводителен компютър с общо предназначениесъс значително количество RAM и външна памет, предназначени за извършване на интензивна изчислителна работа. Обикновено това са компютри с размер на помещението и тяхното местоположение е в големи корпорации... Обикновено мейнфреймите съдържат хиляди дискове и терабайти RAM. Операционните системи на мейнфрейм са основно фокусирани върху обработката на много едновременни задачи, повечето от които изискват огромно количество I / O. Системата трябва да отговаря на хиляди заявки в секунда. Пример за това е OS / 390, която е получена от операционната система OS / 360 от трето поколение. Сървърни операционни системи Тези операционни системи работят на сървъри, които са персонален компютър, работна станция или дори мейнфрейм. Сървърите предоставят възможност за работа с принтери, файлове или интернет. Тези операционни системи включват Unix, Linux, Windows 2003 Server и др. Многопроцесорни операционни системи Тези системи се използват на компютри с няколко централни процесора. Те изискват специални операционни системи, но обикновено са модификации на сървърните операционни системи. Операционни системи за персонални компютри Основният критерий на тези системи е удобен интерфейс за един потребител. Най -известните системи: Windows 98, 2000, XP, Vista серия; Macintosh, Linux. Операционни системи в реално време Основният параметър на тези системи е времето. В системите за управление индустриален процеснеобходимо е ясно да се синхронизира времето на работа на конвейера, различни индустриални роботи. Това е трудна система в реално време. Съществуват и гъвкави системи в реално време - допустимо е да се прескочат крайните срокове за работа, например мултимедийни системи. Операционните системи в реално време включват VxWorks и QNX. Вградени операционни системи Те включват операционните системи PDA (Personal Digital Assistant). Освен това вградените системи работят на машини, телевизори, мобилни телефони... Тези операционни системи обикновено имат всички характеристики на операционни системи в реално време с ограничена памет, мощност и т.н. Примери за системи - PalmOS, Windows CE. Операционни системи за смарт карти Смарт картата е устройство с размер на кредитна карта, което съдържа централен процесор. Такива системи са обект на строги ограничения на мощността и паметта. Някои управляват само една операция - електронно плащаненапример. Избраните смарт карти включват поддръжка за виртуалната машина Java. 1.4 Преглед на хардуерния компютърОперационната система е тясно свързана с хардуера на компютъра, на който се очаква да работи. Хардуерът засяга набора от инструкции на операционната система и управлението на ресурсите. Концептуално прост компютър може да се мисли като модела, показан на фигура 1. Тази структура е използвана при първите модели на IBM PC. 
Фигура 1 - Някои компоненти на персонален компютър
На фигурата централният процесор, паметта, устройствата за вход-изход са свързани чрез системната шина, чрез която обменят информация. процесор „Мозъкът“ на компютъра е централният процесор (CPU). Той избира команди по памет и ги изпълнява. Типичният цикъл на процесора изглежда така: прочетете първата инструкция от паметта, декодирайте, за да определите нейния тип и операнди, изпълнете инструкцията, след това прочетете, декодирайте следващите инструкции. Ето как се изпълняват програмите. Всеки процесор има набор от инструкции, които може да изпълни. Тъй като достъпът до паметта за получаване на инструкции или набор от данни отнема много повече време от изпълнението на тези инструкции, всички процесори съдържат вътрешни регистри за съхраняване на променливи и междинни резултати. Следователно, набор от инструкции обикновено съдържа инструкции за зареждане на дума от памет в регистър и съхраняване на дума от регистър в паметта. В допълнение към основните регистри, използвани за съхраняване на променливи, повечето процесори имат няколко специални регистри, използвани за съхраняване на променливи, както и специални регистри, които са видими за програмистите. Когато процесор е мултиплексиран във времето, операционната система спира работеща програма, за да стартира друга. Всеки път, когато възникне такова прекъсване, операционната система трябва да запише всички регистри на процесора, така че по -късно, когато прекъснатата програма продължи да работи, те могат да бъдат възстановени. За да увеличат скоростта на процесора, техните разработчици се отказаха от простия модел, когато само една инструкция може да бъде прочетена, декодирана и изпълнена за тактов цикъл. Съвременни процесориимат възможност да изпълняват няколко команди едновременно. Повечето процесори имат два режима на работа: режим на ядрото и потребителски режим. Когато процесорът работи в режим на ядро, той може да изпълнява всички инструкции в набор от инструкции и да използва всички възможности на хардуера. Операционната система работи в режим на ядрото, предоставяйки достъп до целия хардуер. За разлика от това, потребителите работят в потребителски режим, който позволява изпълнение на подмножество програми и прави достъпна само малка част от хардуера. Памет Вторият основен компонент на всеки компютър е паметта. В идеалния случай паметта трябва да бъде възможно най -бърза (по -бърза от обработката на единична инструкция, така че процесорът да не се забавя чрез достъп до достатъчно голяма и изключително евтина памет). Днес няма технологии, които да отговарят на всички тези изисквания. Следователно има различен подход. Системата с памет е изградена под формата на йерархия от слоеве, които са илюстрирани на фигура 2. Докато се придвижвате нагоре по йерархията отгоре надолу, се увеличават два параметъра: време за достъп, размер на паметта. Най -горният слой се състои от вътрешни регистри на процесора, така че няма забавяне при достъпа до тях. Вътрешните регистри съхраняват по -малко от 1 KB информация. Програмите могат да управляват регистри без хардуерна намеса. Достъпът до регистъра е най -бърз - няколко наносекунди. Следващият слой съдържа кеш паметта, главно контролирана от хардуера. Най-често използваните кеш области се съхраняват във високоскоростен кеш, разположен вътре в процесора. Когато дадена програма трябва да прочете дума от паметта, кеш чипът определя дали необходимия ред е в кеша; ако е така, тогава има ефективен достъп до кеш паметта. Кеш паметта е ограничена по размер поради високата си цена. Съвременните машини имат две или три нива на кеш, всяко по -бавно и по -голямо от последното. Размери на кеш паметта от десетки килобайта до няколко мегабайта. Времето за достъп е малко по -дълго, отколкото за регистрите.
Фигура 2 - Йерархична структура на паметта
Следва памет с произволен достъп (RAM - Random Access Memory) - основната работна област на паметта на машината. Всички заявки на процесора, които не могат да бъдат изпълнени от кеш паметта, отиват в RAM за обработка. Обеми от стотици мегабайта до няколко гигабайта. Времето за достъп е десетки наносекунди. Следва магнитният диск. Паметта на диска е с два порядъка по -евтина от RAM на бит и с два порядъка по -голяма. Дискът има един проблем - случаен достъп до данни на него отнема около три порядъка по -дълго. Причината за ниската скорост на твърдите дискове (HDD) е, че устройството е с механична конструкция. Състои се от една или повече метални плочи, въртящи се със специфични скорости, например 7200 об / мин. Обемите на дискове сега растат бързо и за повечето потребители има в продажба дискове със стотици гигабайта. Време за достъп - не по -малко от 10 μs. За създаване често се използва магнитна лента резервни копия HDD или за съхранение на много големи набори от данни. Разбира се, рядко се срещат магнитни ленти, но те все още не са излезли от употреба. Нивото на лентата включва също компактдискове, DVD дискове и флаш памет. Времето за достъп се измерва в секунди. В допълнение към описаните типове, компютрите имат малко количество памет само за четене с произволен достъп. За разлика от RAM, той не губи съдържанието си, когато захранването е изключено. Нарича се ROM или ROM. ROM се програмира по време на производството и след това съдържанието му не може да се променя. Тази памет е достатъчно бърза и достатъчно евтина. Програмите за стартиране на компютъра, които се използват при стартиране, са в ROM. В допълнение, някои I / O карти съдържат ROM за управление на устройства на ниско ниво. Тип памет, наречена CMOS, е нестабилна. CMOS се използва за съхраняване на текущата дата, час и конфигурационни параметри, например, показващи от какво твърд дискИзтегли. Тази памет черпи енергия от инсталираната батерия. Устройства за вход-изход Операционната система взаимодейства с I / O устройства като ресурси. Входно -изходните устройства обикновено се състоят от контролер и самото устройство. Контролер - набор от микросхеми на платка, поставена в конектора, физическо устройство за управление. Той приема команди от операционната система (например инструкции за четене на данни от устройство) и ги изпълнява. Действителното управление на устройството е много трудно и изисква високо ниводетайлизиране. Следователно функцията на контролера е да представи прост интерфейс на операционната система. Следващата част е самото устройство. Устройствата имат сравнително прости интерфейси, тъй като техните възможности са малки и те трябва да бъдат доведени до единен стандарт. Изисква се единствен стандарт например, така че всеки IDE дисков контролер (Integrated Drive Electronics) да може да управлява всеки IDE диск. Интерфейсът IDE е стандартен за дискове на компютри, базирани на Pentium, както и на други компютри. Тъй като истинският интерфейс на устройството е скрит от контролера, операционната система вижда само интерфейса на контролера, който може да бъде много различен от интерфейса на самото устройство. Тъй като всички видове контролери са различни, те изискват различен софтуер. Програмата, която комуникира с контролера, е драйвер за устройство. Всеки производител на контролери трябва да предостави драйвери за поддържаните операционни системи. За да използвате драйвер, той трябва да бъде инсталиран в операционната система, така че да може да работи в режим на ядро. Има три начина за инсталиране на драйвер в ядрото: Свържете отново ядрото заедно с новия драйвер и след това рестартирайте операционната система (толкова работят операционните системи Unix); Създайте запис във файла, включен в операционната система, казвайки, че е необходим драйвер, и след това рестартирайте системата; по време на първоначалното зареждане самата операционна система намира необходимите драйвери и ги зарежда (така работи Windows); Операционната система може да приема нови драйвери, без да прекъсва работата си, и бързо да ги инсталира, без да е необходимо рестартиране. Този метод става все по -често срещан. Устройства като USB шини, IEEE 1394 винаги се нуждаят от динамично заредени драйвери. Вход / изход на данни може да се извърши в три различни начини. Най -простият начин: потребителската програма изпраща системна заявка, която ядрото се превръща в процедурно извикване, съответстващо на драйвера, след което драйверът стартира I / O процеса. През това време той изпълнява кратък програмен цикъл, като постоянно оглежда устройството, с което работи. Когато I / O завърши, драйверът поставя данните там, където са необходими, и се връща в първоначалното им състояние. След това операционната система връща контрола на извикващата програма. Този метод чака готовност (активно чакане). Той има един недостатък: процесорът трябва да анкетира устройството, докато се изключи. Драйверът стартира устройството и го моли да издаде прекъсвания в края на I / O; след това драйверът връща контрола на операционната система и тя започва да изпълнява други задачи. Когато контролерът открие края на прехвърлянето на данни, той генерира прекъсване при завършване на операцията. Процесът на I / O, използващ прекъсвания, се състои от четири стъпки (Фигура 3). На първата стъпка водачът изпраща команда до контролера, като записва информация в регистрите на устройството. След това контролерът стартира устройството. Когато контролерът завърши четенето или записването на броя на байтовете, които е инструктиран да прехвърли, той изпраща сигнал към чипа на контролера за прекъсване, използвайки специфични проводници на шината. Това е стъпка втора. В третата стъпка, ако контролерът за прекъсвания е готов за обработка на прекъсвания, той изпраща сигнал до определен пин на процесора, като го информира по този начин. В четвъртата стъпка контролерът за прекъсване вмъква номера на устройството в шината, така че процесорът да знае кое устройство е изключено. Третият метод за въвеждане-извеждане на информация е да се използва специален контролерДиректен достъп до памет (DMA). DMA управлява битовия поток между RAM и някои контролери без намеса на процесора. Процесорът адресира DMA чипа, казва му броя на байтовете за прехвърляне, както и адреса на устройството и паметта, посоката на пренос на данни. След приключване на работата DMA инициира прекъсване, което се обработва по обичайния начин.
Фигура 3 - Действия, извършвани при стартиране на I / O устройство и получаване на прекъсване
Гуми Поради увеличаването на скоростта на процесора и паметта, към системата са добавени допълнителни шини както за ускоряване на комуникацията между устройства за вход-изход, така и за прехвърляне на данни между процесора и паметта. Фигура 4 показва диаграма на изчислителната система на първия Pentium. Тази система има 8 шини (кеш шина, локална шина, шина с памет, PCI, SCSI, USB, IDE, ISA), всяка със собствена скорост на пренос на данни и свои функции. Операционната система трябва да има информация за всички тези шини, за да управлява компютъра. Централният процесор през локалната шина предава данни към чипа PCI мост, който от своя страна осъществява достъп до паметта по специална шина. Системата Pentium I има кеш от ниво 1 (L1), вграден в процесора, и много по -голям кеш от ниво 2 (L2), свързан към процесора с отделна кеш шина. IDE шината се използва за свързване на периферни устройства към системата (CD-ROM, твърд диск).
Фигура 4 - Структурата на системата Pentium
USB (Universal Serial Bus) шината е предназначена за свързване на допълнителни I / O устройства към компютъра, като клавиатура, мишка, принтер, флаш памет и др. С течение на времето се появяват и се добавят нови по -бързи гуми.
Кратко въведение в операционните системи. Урок
Петър Стащук (Все още няма оценки)
 Заглавие: Кратко въведение в операционните системи. Урок
За книгата Петър Стащук „Кратко въведение в операционните системи. Урок "
Използването на компютърни технологии не може да бъде ефективно без познаване на съвременния софтуер, който се основава на операционни системи и техните обвивки. Изучавайки предложения теоретичен курс, студентите трябва да получат представа за възможностите на операционните системи, тяхната структура, принципите на организация и функциониране, правилата за конфигуриране и др. Работата с ръководството ще позволи на студентите да придобият знания за съвременните операционни системи в ниво на квалифициран потребител и помощ за консолидиране на практически умения за използване на съвременен софтуер по време на обучение и в професионална дейност.
За студенти, аспиранти, университетски преподаватели.
На нашия сайт за книги можете да изтеглите сайта безплатно без регистрация или да прочетете онлайн книгата на Петър Стащук „Кратко въведение в операционните системи. Урок “във формати epub, fb2, txt, rtf, pdf за iPad, iPhone, Android и Kindle. Книгата ще ви достави много приятни моменти и истинско удоволствие от четенето. Купува пълна версияможете да се свържете с нашия партньор. Също така тук ще намерите най -новите новини от литературния свят, ще разберете биографията на любимите си автори. За начинаещи писатели има отделен раздел с полезни съвети и трикове, интересни статии, благодарение на които сами можете да опитате ръката си в литературните умения.
Цитати от книгата Петър Стащук „Кратко въведение в операционните системи. Урок "
Управление на основните компютърни ресурси (процесори, памет, външни устройства), характеристики на използваните методи за проектиране, видове хардуерни платформи, области на приложение.
Операционната система защитава потребителя от директна работа с хардуера на компютъра и му осигурява прост интерфейс, независимо решавайки проблеми с управлението на хардуера на ниско ниво.
Операционна система - набор от програми, които осигуряват управление на данни и изпълнение на потребителски програми, координират разпределението на компютърните ресурси и поддържат взаимодействие с потребителите.
Първите операционни системи бяха системи за пакетна обработка (резидентни монитори).
Изчислителната система (CS) е комплекс от хардуер и софтуер, предназначен да автоматизира решаването на информационни проблеми на потребителя.
Текуща страница: 1 (общо книгата има 12 страници) [наличен пасаж за четене: 8 страници]
А. Ю. Кручинин
операционна система1Първи стъпки с операционни системи1.1 Цели и функции на операционните системиОперационната система на компютър е набор от взаимосвързани програми, които действат като интерфейс между приложения и потребители, от една страна, и компютърния хардуер, от друга. Операционната система изпълнява две групи функции:
Предоставя на потребителя или програмиста разширена виртуална машина вместо реалния хардуер на компютъра;
Повишава ефективността на използването на компютъра чрез рационално управление на неговите ресурси в съответствие с някакъв критерий.
Потребителят, като правило, не се интересува от подробностите за хардуерното устройство на компютъра, той го вижда като набор от приложения, които могат да бъдат написани на един от езиците за програмиране. Операционната система предоставя на програмиста редица възможности, които програмите могат да използват чрез специални команди, наречени системни повиквания. Следователно, едно софтуерно приложение включва много системни повиквания, необходими например за работа с файлове. Операционната система скрива подробностите за хардуера от програмиста и осигурява удобен интерфейс за изпълнение на системата на операционната среда.
В същото време операционната система действа като мениджър на ресурси. При този подход работата на операционната система е да осигури организирано и контролирано разпределение на процесори, памет и I / O между различни програми. Операционната система има следните функции:
Функциите на операционната система работят по същия начин като останалия софтуер - те се реализират като отделни програми или набор от програми, изпълняващи процеси;
Операционната система трябва да прехвърли контрола върху други процеси и да изчака процесорът да му разпредели отново време за изпълнение на своите задължения.
Управлението на ресурсите включва следните общи, независими от ресурсите задачи:
Планиране на ресурси - тоест определяне кой процес, кога и в какво количество (ако ресурсът може да бъде разпределен на части) даден ресурс трябва да бъде разпределен;
Удовлетворяване на заявки за ресурси;
Проследяване на състоянието и отчитане на използването на ресурси - тоест поддържане на оперативна информация за това дали ресурсът е зает или свободен и какъв дял от ресурса вече е разпределен;
Разрешаване на конфликти между процесите.
Управлението на ресурсите включва тяхното мултиплексиране (разпределение) по два начина: във времето и в пространството. Когато ресурс се разпределя с течение на времето, различни потребители и програми го използват на свой ред. Първо, един от тях получава достъп до използването на ресурса, след това другият и т. Н. Например няколко програми искат достъп до централния процесор. В тази ситуация операционната система първо позволява достъп до процесора до една програма, след това, след като е работила достатъчно време, до друга програма, след това до следващата и накрая отново до първата. Определянето за колко време даден ресурс ще се използва навреме, кой ще бъде следващ и за колко време ресурсът е разпределен за него е задача на операционната система. Друг вид разпределение е пространственото мултиплексиране. Вместо да работи един по един, всеки клиент получава част от ресурса. Обикновено RAM се споделя между няколко работещи програми, така че всички те могат да се намират в паметта едновременно (например, като се използва на свой ред централния процесор). Ако приемем, че има достатъчно памет за съхраняване на множество програми, е по -ефективно да поставите няколко програми в паметта едновременно, отколкото да разпределите цялата памет на една програма, особено ако тя се нуждае само от малка част от наличната памет. Разбира се, това повдига въпроси за справедливо разпределение, защита на паметта и т.н., и съществува операционна система за разрешаване на тези проблеми.
1.2 История на развитието на операционните системиОбикновено историята на развитието на операционните системи се свързва с историята на развитието на компютрите. Първата идея за компютър е предложена от английския математик Чарлз Бебидж в средата на деветнадесети век. Той разработи така наречения механичен "аналитичен двигател", който обаче не работи правилно. Следват поколения компютри и връзката им с операционните системи.
Първо поколение 1945-1955
Компютрите се състоят от вакуумни тръби и пластири. Най -голямото постижение е пускането на перфокарти. Изработена от тънък картон, перфорираната карта представлява информация чрез наличието или отсъствието на дупки в определени позиции на картата. Няма операционна система.
Второ поколение 1955-1965
Основата на компютрите са транзистори и системи за пакетна обработка. Характеризира се с тестета на перфокарти и магнетофони. Основно те програмират на езици Fortran и Assembler за операционните системи Fortran Monitor (FMS) и IBSYS.
Трето поколение 1965-1980
Периодът се характеризира с появата на интегрални схеми, както и многозадачност или, както се нарича по друг начин, мултипрограмиране. IBM произвежда различни серии машини, като се започне с IBM / 360. За тях е написана операционната система OS / 360, която е около 1000 пъти по -голяма от второто поколение FMS. На този етап се появява промишлена реализация на многозадачност - метод за организиране на изчислителен процес, при който няколко програми са били едновременно в паметта на компютъра, като се изпълняват последователно на един процесор.
Други забележителни операционни системи от този период бяха CTSS (съвместима система за споделяне на време) и MULTICS (мултиплексирана информационна и изчислителна услуга), които бяха проектирани да осигурят достъп на стотици потребители до една машина едновременно. По -нататъшното развитие на тази система прерасна в UNIX.
4-то поколение от 1980 до сега
Този период е свързан с появата на големи интегрални схеми. През 1974 г. Intel пуска първия универсален 8-битов процесор Intel 8080. В началото на 80-те години IBM разработва IBM PC, персонален компютър. В същото време се появява първата версия на MS-DOS. Всички разработени до този момент операционни системи поддържат само текстов режим на комуникация с потребителя.
Първият опит за удобен за потребителя графичен интерфейс беше реализиран на Apple Macintosh. Под влияние на успеха си Microsoft Corporation пуска графична обвивка за MS -DOS - Windows. И от 1995 г. излиза Windows 95, който се превръща в самостоятелна система. По -късно на базата на Windows 95 и друга Windows NT система бяха разработени съществуващите в момента операционни системи - Windows 2000, XP, Vista и други.
1.3 Класификация на операционните системиИма много операционни системи и не всеки ги познава. Освен това се разглеждат 7 типа различни операционни системи по отношение на ниво от голямо до малко.
Операционни системи на мейнфрейм
Мейнфреймът е високопроизводителен компютър с общо предназначение със значително количество RAM и външна памет, предназначен за извършване на интензивна изчислителна работа. Обикновено това са компютри с размер на стая и се срещат в големи корпорации. Обикновено мейнфреймите съдържат хиляди дискове и терабайти RAM.
Операционните системи на мейнфрейм са основно фокусирани върху обработката на много едновременни задачи, повечето от които изискват огромно количество I / O. Системата трябва да отговаря на хиляди заявки в секунда. Пример за това е OS / 390, която е получена от операционната система OS / 360 от трето поколение.
Сървърни операционни системи
Тези операционни системи работят на сървъри, които са персонален компютър, работна станция или дори мейнфрейм. Сървърите предоставят възможност за работа с принтери, файлове или интернет. Тези операционни системи включват Unix, Linux, Windows 2003 Server и др.
Многопроцесорни операционни системи
Тези системи се използват на компютри с няколко централни процесора. Те изискват специални операционни системи, но обикновено са модификации на сървърните операционни системи.
Операционни системи за персонални компютри
Основният критерий на тези системи е удобен интерфейс за един потребител. Най -известните системи: Windows 98, 2000, XP, Vista серия; Macintosh, Linux.
Операционни системи в реално време
Основният параметър на тези системи е времето. В системите за управление на промишлени процеси е необходимо ясно да се синхронизира времето на работа на конвейера, различни промишлени роботи. Това е трудна система в реално време. Съществуват и гъвкави системи в реално време - допустимо е да се прескочат крайните срокове за работа, например мултимедийни системи. Операционните системи в реално време включват VxWorks и QNX.
Вградени операционни системи
Те включват операционните системи PDA (Personal Digital Assistant). Освен това вградените системи работят на автомобили, телевизори и мобилни телефони. Тези операционни системи обикновено имат всички характеристики на операционни системи в реално време с ограничена памет, мощност и т.н. Примери за системи - PalmOS, Windows CE.
Операционни системи за смарт карти
Смарт картата е устройство с размер на кредитна карта, което съдържа централен процесор. Такива системи са обект на строги ограничения на мощността и паметта. Някои управляват само една транзакция - например електронно плащане. Избраните смарт карти включват поддръжка за виртуалната машина Java.
1.4 Преглед на хардуерния компютърОперационната система е тясно свързана с хардуера на компютъра, на който се очаква да работи. Хардуерът засяга набора от инструкции на операционната система и управлението на ресурсите. Концептуално прост компютър може да се мисли като модела, показан на фигура 1. Тази структура е използвана при първите модели на IBM PC.
Фигура 1 - Някои компоненти на персонален компютър
На фигурата централният процесор, паметта, устройствата за вход-изход са свързани чрез системната шина, чрез която обменят информация.
процесор
„Мозъкът“ на компютъра е централният процесор (CPU). Той избира команди по памет и ги изпълнява. Типичният цикъл на процесора изглежда така: прочетете първата инструкция от паметта, декодирайте, за да определите нейния тип и операнди, изпълнете инструкцията, след това прочетете, декодирайте следващите инструкции. Ето как се изпълняват програмите.
Всеки процесор има набор от инструкции, които може да изпълни. Тъй като достъпът до паметта за получаване на инструкции или набор от данни отнема много повече време от изпълнението на тези инструкции, всички процесори съдържат вътрешни регистри за съхраняване на променливи и междинни резултати. Следователно, набор от инструкции обикновено съдържа инструкции за зареждане на дума от памет в регистър и съхраняване на дума от регистър в паметта. В допълнение към основните регистри, използвани за съхраняване на променливи, повечето процесори имат няколко специални регистри, използвани за съхраняване на променливи, както и специални регистри, които са видими за програмистите.
Когато процесор е мултиплексиран във времето, операционната система спира работеща програма, за да стартира друга. Всеки път, когато възникне такова прекъсване, операционната система трябва да запише всички регистри на процесора, така че по -късно, когато прекъснатата програма продължи да работи, те могат да бъдат възстановени.
За да увеличат скоростта на процесора, техните разработчици се отказаха от простия модел, когато само една инструкция може да бъде прочетена, декодирана и изпълнена за тактов цикъл. Съвременните процесори имат възможност да изпълняват няколко инструкции едновременно.
Повечето процесори имат два режима на работа: режим на ядрото и потребителски режим. Когато процесорът работи в режим на ядро, той може да изпълнява всички инструкции в набор от инструкции и да използва всички възможности на хардуера. Операционната система работи в режим на ядрото, предоставяйки достъп до целия хардуер. За разлика от това, потребителите работят в потребителски режим, който позволява изпълнение на подмножество програми и прави достъпна само малка част от хардуера.
Памет
Вторият основен компонент на всеки компютър е паметта. В идеалния случай паметта трябва да бъде възможно най -бърза (по -бърза от обработката на единична инструкция, така че процесорът да не се забавя чрез достъп до достатъчно голяма и изключително евтина памет). Днес няма технологии, които да отговарят на всички тези изисквания. Следователно има различен подход.
Системата с памет е изградена под формата на йерархия от слоеве, които са илюстрирани на фигура 2. Докато се придвижвате нагоре по йерархията отгоре надолу, се увеличават два параметъра: време за достъп, размер на паметта.
Най -горният слой се състои от вътрешни регистри на процесора, така че няма забавяне при достъпа до тях. Вътрешните регистри съхраняват по -малко от 1 KB информация. Програмите могат да управляват регистри без хардуерна намеса. Достъпът до регистъра е най -бърз - няколко наносекунди.
Следващият слой съдържа кеш паметта, главно контролирана от хардуера. Най-често използваните кеш области се съхраняват във високоскоростен кеш, разположен вътре в процесора. Когато дадена програма трябва да прочете дума от паметта, кеш чипът определя дали необходимия ред е в кеша; ако е така, тогава има ефективен достъп до кеш паметта. Кеш паметта е ограничена по размер поради високата си цена. Съвременните машини имат две или три нива на кеш, всяко по -бавно и по -голямо от последното. Размери на кеш паметта от десетки килобайта до няколко мегабайта. Времето за достъп е малко по -дълго, отколкото за регистрите.
Фигура 2 - Йерархична структура на паметта
Следва памет с произволен достъп (RAM - Random Access Memory) - основната работна област на паметта на машината. Всички заявки на процесора, които не могат да бъдат изпълнени от кеш паметта, отиват в RAM за обработка. Обеми от стотици мегабайта до няколко гигабайта. Времето за достъп е десетки наносекунди.
Следва магнитният диск. Паметта на диска е с два порядъка по -евтина от RAM на бит и с два порядъка по -голяма. Дискът има един проблем - случаен достъп до данни на него отнема около три порядъка по -дълго. Причината за ниската скорост на твърдите дискове (HDD) е, че устройството е с механична конструкция. Състои се от една или повече метални плочи, въртящи се със специфични скорости, например 7200 об / мин. Обемите на дискове сега растат бързо и за повечето потребители има в продажба дискове със стотици гигабайта. Време за достъп - не по -малко от 10 μs.
Лентата често се използва за архивиране на твърди дискове или за съхранение на много големи набори от данни. Разбира се, рядко се срещат магнитни ленти, но те все още не са излезли от употреба. Нивото на лентата включва също компактдискове, DVD дискове и флаш памет. Времето за достъп се измерва в секунди.
В допълнение към описаните типове, компютрите имат малко количество памет само за четене с произволен достъп. За разлика от RAM, той не губи съдържанието си, когато захранването е изключено. Нарича се ROM или ROM. ROM се програмира по време на производството и след това съдържанието му не може да се променя. Тази памет е достатъчно бърза и достатъчно евтина. Програмите за стартиране на компютъра, които се използват при стартиране, са в ROM. В допълнение, някои I / O карти съдържат ROM за управление на устройства на ниско ниво. Тип памет, наречена CMOS, е нестабилна. CMOS се използва за съхраняване на текущата дата, час и конфигурационни параметри, като например посочване от кой твърд диск да се стартира. Тази памет черпи енергия от инсталираната батерия.
Устройства за вход-изход
Операционната система взаимодейства с I / O устройства като ресурси. Входно -изходните устройства обикновено се състоят от контролер и самото устройство.
Контролер - набор от микросхеми на платка, поставена в конектора, физическо устройство за управление. Той приема команди от операционната система (например инструкции за четене на данни от устройство) и ги изпълнява. Действителното управление на устройството е много сложно и изисква високо ниво на детайлност. Следователно функцията на контролера е да представи прост интерфейс на операционната система.
Следващата част е самото устройство. Устройствата имат сравнително прости интерфейси, тъй като техните възможности са малки и те трябва да бъдат доведени до единен стандарт. Изисква се единствен стандарт например, така че всеки IDE дисков контролер (Integrated Drive Electronics) да може да управлява всеки IDE диск. Интерфейсът IDE е стандартен за дискове на компютри, базирани на Pentium, както и на други компютри. Тъй като истинският интерфейс на устройството е скрит от контролера, операционната система вижда само интерфейса на контролера, който може да бъде много различен от интерфейса на самото устройство.
Тъй като всички видове контролери са различни, те изискват различен софтуер. Програмата, която комуникира с контролера, е драйвер за устройство. Всеки производител на контролери трябва да предостави драйвери за поддържаните операционни системи. За да използвате драйвер, той трябва да бъде инсталиран в операционната система, така че да може да работи в режим на ядро. Има три начина за инсталиране на драйвер в ядрото:
Свържете отново ядрото заедно с новия драйвер и след това рестартирайте операционната система (толкова работят операционните системи Unix);
Създайте запис във файла, включен в операционната система, казвайки, че е необходим драйвер, и след това рестартирайте системата; по време на първоначалното зареждане самата операционна система намира необходимите драйвери и ги зарежда (така работи Windows);
Операционната система може да приема нови драйвери, без да прекъсва работата си, и бързо да ги инсталира, без да е необходимо рестартиране. Този метод става все по -често срещан. Устройства като USB шини, IEEE 1394 винаги се нуждаят от динамично заредени драйвери.
Входно -изходните данни могат да се извършват по три различни начина.
Най -простият начин: потребителската програма изпраща системна заявка, която ядрото превежда в извикване на процедура, съответстваща на драйвера, след което драйверът стартира I / O процеса. През това време той изпълнява кратък програмен цикъл, като постоянно оглежда устройството, с което работи. Когато I / O завърши, драйверът поставя данните там, където са необходими, и се връща в първоначалното им състояние. След това операционната система връща контрола на извикващата програма. Този метод чака готовност (активно чакане). Той има един недостатък: процесорът трябва да анкетира устройството, докато се изключи.
Драйверът стартира устройството и го моли да издаде прекъсвания в края на I / O; след това драйверът връща контрола на операционната система и тя започва да изпълнява други задачи. Когато контролерът открие края на прехвърлянето на данни, той генерира прекъсване при завършване на операцията. Процесът на I / O, използващ прекъсвания, се състои от четири стъпки (Фигура 3). На първата стъпка водачът изпраща команда до контролера, като записва информация в регистрите на устройството. След това контролерът стартира устройството. Когато контролерът завърши четенето или записването на броя на байтовете, които е инструктиран да прехвърли, той изпраща сигнал към чипа на контролера за прекъсване, използвайки специфични проводници на шината. Това е стъпка втора. В третата стъпка, ако контролерът за прекъсвания е готов за обработка на прекъсвания, той изпраща сигнал до определен пин на процесора, като го информира по този начин. В четвъртата стъпка контролерът за прекъсване вмъква номера на устройството в шината, така че процесорът да знае кое устройство е изключено.
Третият метод за въвеждане-извеждане на информация е използването на специален DMA (Direct Memory Access) контролер. DMA управлява битовия поток между RAM и някои контролери без намеса на процесора. Процесорът адресира DMA чипа, казва му броя на байтовете за прехвърляне, както и адреса на устройството и паметта, посоката на пренос на данни. След приключване на работата DMA инициира прекъсване, което се обработва по обичайния начин.
Фигура 3 - Действия, извършвани при стартиране на I / O устройство и получаване на прекъсване
Гуми
Поради увеличаването на скоростта на процесора и паметта, към системата са добавени допълнителни шини както за ускоряване на комуникацията между устройства за вход-изход, така и за прехвърляне на данни между процесора и паметта. Фигура 4 показва диаграма на изчислителната система на първия Pentium.
Тази система има 8 шини (кеш шина, локална шина, шина с памет, PCI, SCSI, USB, IDE, ISA), всяка със собствена скорост на пренос на данни и свои функции. Операционната система трябва да има информация за всички тези шини, за да управлява компютъра.
Централният процесор през локалната шина предава данни към чипа PCI мост, който от своя страна осъществява достъп до паметта по специална шина. Системата Pentium I има кеш от ниво 1 (L1), вграден в процесора, и много по -голям кеш от ниво 2 (L2), свързан към процесора с отделна кеш шина. IDE шината се използва за свързване на периферни устройства към системата (CD-ROM, твърд диск).
Фигура 4 - Структурата на системата Pentium
USB (Universal Serial Bus) шината е предназначена за свързване на допълнителни I / O устройства към компютъра, като клавиатура, мишка, принтер, флаш памет и др. С течение на времето се появяват и се добавят нови по -бързи гуми.
Андрю Таненбаум представя ново издание на световния си бестселър, от съществено значение за разбирането на функционирането на съвременните операционни системи. Той се различава значително от предишния и включва информация за най -новите постижения в областта информационни технологии... Например, главата за Windows Vista сега е заменена с задълбочен поглед върху Windows 8.1 като най-актуалната версия към момента на това писане. Появи се обемен раздел, посветен на операционната зала. Android система... Материалът е актуализиран на Unix и Linux, както и RAID системи. Много повече внимание се отделя на многоядрени и многоядрени системи, чието значение непрекъснато нараства през последните няколко години. Настъпи съвсем нова глава за виртуализацията и облачните изчисления. Голямо количество нов материал е добавен за използването на грешки в кода, около зловреден софтуери подходящи защитни мерки. Книгата предоставя много важни подробности по ясен и ангажиращ начин, които не се намират в никоя друга публикация. Операционната система като разширена машина.
Архитектурата на повечето компютри (набор от инструкции, организация на паметта, данни за I / O и структура на шината) на ниво машинен език е твърде примитивна и неудобна за използване в програми, особено за I / O системи. За да започнете разговора, помислете за съвременните твърди дискове SATA (Serial ATA), използвани в повечето компютри. Книгата, публикувана от Anderson през 2007 г., съдържаща описание на интерфейса на диска, който програмистите трябваше да се научат да използват диска, беше с дължина над 450 страници. След това интерфейсът беше преразглеждан многократно и стана още по -сложен, отколкото през 2007 г. Ясно е, че никой разумен програмист не иска да се занимава с такъв диск на хардуерно ниво. Вместо това, хардуерът се обработва от софтуер, наречен драйвер на диска, който предоставя, без да навлиза в подробности, интерфейс за четене и запис на дискови блокове. Операционните системи съдържат много драйвери за управление на I / O устройства. Но дори и това ниво е твърде ниско за повечето приложения. Следователно всички операционни системи осигуряват друго ниво на абстракция за използване на дискове - файлове. Използвайки тази абстракция, програмите могат да създават, пишат и четат файлове, без да навлизат в подробности. истинска работаоборудване. Съдържание
Предговор
Глава 1 Въведение
Глава 2. Процеси и нишки
Глава 3. Управление на паметта
Глава 4. Файлови системи
Глава 5. Въвеждане и извеждане на информация
Глава 6. Безизходица
Глава 7. Виртуализация и облакът
Глава 8. Многопроцесорни системи
Глава 9. Сигурност
Глава 10. Проучване конкретни примери: Unix, Linux и Android
Глава 11. Казуси: Windows 8
Глава 12. Разработване на операционни системи
Глава 13. Библиография. Безплатно сваляне електронна книгав удобен формат, гледайте и четете:
Изтеглете книгата Съвременни операционни системи, Tanenbaum E., Bos X., 2015 - fileskachat.com, бързо и безплатно изтегляне. Изтеглете pdf
По -долу можете да закупите тази книга на най-добра ценас отстъпка с доставка в цяла Русия.
Изтегляния: 8365
Най -известната от всички операционни системи сега несъмнено е семейството на Windows на Microsoft Corporation. Въпреки популярността си, Windows не е първата или единствената операционна система в света.
28.04.2014
Нейтън Уолъс, Антъни Секейра - Регистър на Windows® 2000
Изтегляния: 596
На първо място, бихме искали да благодарим на Шарлот Карпентие, редактор на придобиванията в Coriolis. Също така, специални благодарности на Грег Балас, който беше редактор на проекта, и Пеги Кантрел, която беше координатор на продукцията на книгата.
27.04.2014
А. Чекмарев - Ръководство за администратор на Windows 7
Изтегляния: 12818
Ръководството за операционната система Microsoft Windows 7 е предназначено за напреднали потребители и мрежови администратори. Разкриват се многобройните възможности на всички издания на Windows 7, подробно се разглеждат всички аспекти на използването на системата: от инсталацията до методите за възстановяване.
27.04.2014
М. Русинович - Вътрешна структура на Microsoft Windows
Изтегляния: 9066
Шестото издание на тази легендарна книга е посветено вътрешна структураи алгоритми за работата на основните компоненти на операционната зала Системи на Microsoft Windows 7, както и Windows Server 2008 R2.
17.04.2014
Ричард Саймън - Microsoft Windows API. Справочник на системния програмист
Изтегляния: 8967
Операционните системи от семейството на Windows изведоха на напълно ново качествено ниво методологията за разработване на приложни приложения, които се изпълняват и контролират от тези операционни системи. Въпреки изобилието от мощни инструменти за програмиране, познаването на интерфейса за програмиране (API) - основата на всички основи - е ключът към писането на програми, които могат да получат силна пазарна позиция.
17.04.2014
Арнолд Робинс, Елбърт Хана и Линда Ламб-Обучение на редакторите vi и Vim. 7 -о изд.
Изтегляния: 799
Няма нищо, за което твърдите потребители на Unix и Linux са по-фанатични от техния текстов редактор. Редакторите са обект на обожание и поклонение, или на презрение и подигравки, в зависимост от това дали темата на дискусията е вашият редактор или някой друг “ с. vi е стандартният редактор от близо 30 години. Популярен в Unix и Linux, той има все по -голям брой последователи и в системите на Windows. Повечето опитни системни администратори цитират своя инструмент за избор. И от 1986 г. тази книга е ръководството за vi.
|
