Принцип условного перехода.

Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных. Этот принцип был сформулирован задолго до фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он логически включен в фоннеймановский набор как дополняющий предыдущий принцип.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фоннеймановских.

При практической классификация ВС по особенностям, заложенным в их архитектуру можно выделить следующие направления:

• векторно-конвейерные суперкомпьютеры;

• симметричные мультипроцессорные системы (SMP);

• системы с массовым параллелизмом (МРР);

• кластерные системы.

Векторно-конвейерные суперкомпьютеры. Первый векторно-конвейерный компьютер Cray-1 появился в 1976 году. Название этому семейству компьютеров дали два принципа, заложенные в архитектуре процессоров: конвейерная организация обработки потока команд и введение в систему команд набора векторных операций, которые позволяют оперировать с целыми массивами данных. Длина одновременно обрабатываемых векторов в современных векторных компьютерах составляет, как правило, 128 или 256 элементов. Векторные процессоры должны иметь гораздо более сложную структуру и по сути дела содержать множество арифметических устройств. Основное назначение векторных операций состоит в распараллеливании выполнения операторов цикла, в которых в основном и сосредоточена большая часть вычислительной работы. Представителями этого класса являются компьютеры: Cray J90/T90, Cray SV1, NEC SX-4/SX-5.

Симметричные мультипроцессорные системы (Symmetric Multi-Processing - SMP). Современные системы SMP архитектуры состоят, как правило, из нескольких однородных серийно выпускаемых микропроцессоров и массива общей памяти, подключение к которой производится либо с помощью общей шины, либо с помощью коммутатора Наличие общей памяти значительно упрощает организацию взаимодействия процессоров между собой и упрощает программирование, поскольку параллельная программа работает в едином адресном пространстве. Этот класс ВС представлен компьютерами : SUN StarFire 15K, SGI Origin 3000, HP Superdome.

Системы с массовым параллелизмом (Massively Parallel Processing - МРР). Компьютеры этого типа представляют собой многопроцессорные системы с распределенной памятью, в которых с помощью некоторой коммуникационной среды объединяются однородные вычислительные узлы. Каждый из узлов состоит из одного или нескольких процессоров, собственной оперативной памяти, коммуникационного оборудования, подсистемы ввода/вывода, т.е. обладает всем необходимым для независимого функционирования. При этом на каждом узле может функционировать либо полноценная операционная система, либо урезанный вариант, поддерживающий только базовые функции ядра, а полноценная ОС работает на специальном управляющем компьютере. Процессоры в таких системах имеют прямой доступ только к своей локальной памяти. Доступ к памяти других узлов реализуется обычно с помощью механизма передачи сообщений. Этот класс ВС может представлен следующими компьютерами : Cray T3D/T3E, nCUBE2, Intel Paragon.

Кластерные системы. Кластерные технологии стали логическим продолжением развития идей, заложенных в архитектуре MPP систем. Если процессорный модуль в MPP системе представляет собой законченную вычислительную систему, то следующий шаг напрашивается сам собой: почему бы в качестве таких вычислительных узлов не использовать обычные серийно выпускаемые компьютеры. Сегодня не составляет большого труда создать небольшую кластерную систему, объединив вычислительные мощности компьютеров отдельной лаборатории или учебного класса. Привлекательной чертой кластерных технологий является то, что они позволяют для достижения необходимой производительности объединять в единые вычислительные системы компьютеры самого разного типа, начиная от персональных компьютеров и заканчивая мощными суперкомпьютерами.

4. Операционные системы как средство распределения и управления ресурсами. Состав ОС: внутренние (встроенные) и внешние (программы-утилиты) команды.

Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на магнитных лентах, сетевых коммуникационной аппаратуры, принтеров и других устройств. В соответствии со вторым подходом функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность системы.

Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

-планирование ресурса - то есть определение, кому когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс;

-отслеживание состояний ресурса - то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов - какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счете и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.

Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.

Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих · управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд – операций по обработке информации.

Операционные системы обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.

По числу одновременно выполняемых задач выделяют ОС:

• однозадачныеОС (MS-DOS, ранние версии PC DOS);

• многозадачные (OS/2, UNIX, Windows).

Однозначные ОС предоставляют пользователю виртуальную машину и включают средства управления файлами, периферийными устройствами и средства общения с пользователем. Многозадачные ОС дополнительно управляют разделением между задачами совместно используемых ресурсов.

По числу одновременно работающих пользователей выделяют ОС:

• однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

• многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Отличием многопользовательских систем является наличие средств защиты информации пользователей от несанкционированного доступа.

Многопроцессорная обработка предполагает поддержку работы нескольких процессоров и присутствует в ОС Solaris 2.x фирмы Sun, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft, NetWare 4.1 фирмы Novell и др. Отличием сетевой ОС от локальной являются средства передачи данных между компьютерами по линиям связи и реализация протоколов передачи данных, например IP, IPX и др.

За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. Так, первые ОС были однопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройства компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние ЗУ.

По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся однопользовательскими.

Такие ОС обеспечивают постановку заданий в первую очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. Так, например, одно задание может выполнять ввод данных, другое – выполняться ЦП, третье – выводить данные, четвёртое – стоять в очереди. Важнейшее техническое решение, обусловившее такие возможности, – появление у внешних устройств собственных процессоров (контроллеров).

При многозадачном режиме:

В оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;

Время работы процессора разделяется программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором;

Параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные ОС, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютеров соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае ОС работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

Основные линии ОС.

Отличительные особенности Windows:

1) Простота и удобство в использовании. Windows оснащена несколькими функциями поиска неисправностей, включая утилиту системной информации, функцию проверки реестра, функцию проверки конфликтов версий (Version Conflict Manager) и мастер профилактического обслуживания (Maintenance Wizard).

2) Качество. Приложения загружаются быстрее. Windows поддерживает новую файловую систему FAT32, что позволяет существенно увеличить скорость работы с дисковыми накопителями и повысить плотность хранения информации. Windows содержит обновленную и расширенную библиотеку драйверов устройств, что обеспечивает возможность работы с самой различной периферией.

3) Поддержка технологий нового поколения.Windows поддерживает технологии и стандарты нового поколения, включая универсальную шину USB, расширенный стандарт Plug and Play и технические средства контроля энергопотребления. Встроенная поддержка MMX, Accelerated Graphics Port, Microsoft DirectX, поддержка дисков стандарта DVD и других новых технологий обеспечивает Windows великолепную обработку трехмерной графики.

К достоинствам Windows можно отнести:

1. Независимость программ от внешних устройств.

2. Средства для построения пользовательского интерфейса Windows содержат все необходимые функции для построения пользовательского интерфейса программ: окон, меню, запросов и т.д.

3. Доступность всей оперативной памяти. Это облегчает создание на ее базе больших программ.

4. Связь и внедрение объектов - новый способ обмена данными между приложениями, при котором вы имеется возможность комбинировать изображение, звук и текст.

5. Использование масштабируемых шрифтов True Type. В Windows действует принцип WYSIWYG (What you see is what you get), который означает, что та информация, которую вы видите на экране, соответствует тому, что выдается принтером при распечатке.

6. Единый пользовательский интерфейс. Действия с программами в среде Windows стандартизированы.

9. Многозадачность.

10. Совместимость с DOS-приложениями.

11. Удобство поддержки устройств и мультимедиа . Windows упрощает работу с внешними устройствами.

MacOS (Apple). MacOS стала первой ОС, предложившей пользователю удобства графического интерфейса, рабочий стол с иконками, соответствующими папкам и программам, удобные средства настройки. MacOS наиболее рационально использует ресурсы компьютера - написанные для нее программы работают вдвое быстрее, чем их конкуренты на PC аналогичной конфигурации.

1973 год - год появления написанной на языке Си операционной системы UNIX. Ее основные свойства: 1-ое -это концепция файлов. Основным объектом, которым оперирует операционная система, является файл. Файл, с точки зрения операционной системы UNIX, -это внешнее устройство. Файл -это каталог, который содержит информацию о содержащихся в нем файлах. И так далее, на сегодняшний день, файлом может считаться, в некотором смысле и процесс, который может работать. 2-ое свойство -это особая структура ОС. В отличие от предыдущих операционных систем, в которых каждая команда была «зашита» внутрь операционной системы, т.е. ее нельзя было как -либо модифицировать, в UNIX-е проблемы команд решены. Во-первых, UNIX декларирует стандартный интерфейс передачи параметров извне внутрь процесса. Во-вторых, все команды реализованы в виде файлов. Это означает, что можно свободно добавлять новые команды в систему, а также убирать и модифицировать их. То есть система UNIX открыта и ее можно легко развивать.

Свое происхождение многозадачная многопользовательская 32-разрядная система Linux ведет от класса универсальных ОС UNIX, которые в течение многих лет (еще с 60-х годов!) обслуживали «большие» промышленные компьютеры. Проект UNIX объединяет десятки (!) различных ОС, созданных для своих компьютеров различными фирмами. Единственной областью, в которой работал Linux, вплоть до самого последнего момента оставались сети. До сих пор большая часть Web-серверов Интернет работает именно под управлением Linux. Да и в локальных сетях крупных компаний Linux неплохо справлялся с ролью администратора.

Режимы работы ОС.

Суть режима разделения времени: каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, её исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом. Если интервал мультиплексирования достаточно мал (~ 200 мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (~ 10 мс), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, т.к. они сравнимы со временем реакции человека.

Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Режим реального времени- схема, при которой ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления.

Основные подсистемы ОС:

командный процессор-программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС; драйверы - специализированные программки для управления различными устройствами, входящими в состав компьютера; интерфейс- диалог пользователя с компьютером, выполнение операций по обработке информации; файловая система- предназначенная для организации работы с хранящимися на диске данными и обеспечения стоимостного использования файлов несколькими пользователями и процессами. Файловая система ОС определяет структуру хранения файлов и каталогов на диске, правила задания имен файлов, допустимые атрибуты, права доступа и др; система прерываний- позволяет микропроцессору выполнять основную работу, не отвлекаясь на проверку состояния сложных систем, или прервать выполняемую работу и переключиться на анализ возникшей ситуации сразу после ее появления; утилиты- небольшие программы, обслуживающие различные устройства компьютера(например, утилита форматирования магнитных дисков);система загрузки –при запуске ОС проверяет наличие на диске ядра ОС, состоящего из файлов, загружает их в ОЗУ, запускает на исполнение системные файлы, дополнительно тестирует оборудование, подключает драйверы и тд; система ввода-вывода.

Команды ОС: 1)внутренние (командного процессора), 2)внешние (утилиты).

Рассмотрим на примере ОС MS DOS. Внутренние делятся на группы: команды для работы с дисками; с файлами (COPY –копирует файлы, может использоваться для слияния файлов, RENAME -переименование); с каталогами (DIR-выводит на экран список директориев и файлов, находящихся внутри текущего директория, MKDIR –создание нового директория, CHDIR –переход в другой директорий); команды управления системой. Внешние: FORMAT –форматирует диск, DISKCOPY –копирует содержимое флоппи-диска в одном дисководе на диск в другом, DISKCOMP –сравнение содержимого двух дискет, CHKDSK- проверка целостности файловой структуры, RECOVER- восстановление информации на дефектном диске.

Примеры: DIR*.txt -просмотр списка всех файлов с расширением txt; DISKCOPY A: B: -скопировать дискету в дисководе А на дискету в дисководе В.

Командный файл (КФ) - специальный текстовый файл, содержащий строки команд, выполняемых за один раз (пакет команд). Строками КФ могут быть команды ОС, вызовы исполняемых файлов (.COM, .EXE, .BAT), метки и специальные команды пакетной обработки. КФ могут создаваться с помощью любого текстового редактора либо командой: COPY CON <имя>.BAT

Командный файл состоит из команд операционной системы, имён файлов запуска (например, файлов с расширением .exe) и сервисных программных средств.