Ответы на ОС. Вопросы на экзамен
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
Однозадачная однопользовательская операционная система MS DOS. MS DOS (Microsoft Disk Operating System – дисковая операционная система фирмы Microsoft) – это 16-разрядная однопользовательская однозадачная операционная система, принятая в качестве базовой для работы на IBM-совместимых компьютерах. В определении дана почти полная характеристика названной операционной системе. Во-первых, MS DOS предназначена для загрузки в память ПЭВМ с магнитного диска (гибкого или жесткого). В ней не предусмотрено встроенной поддержки накопителей на магнитных лентах. Во-вторых, MS DOS является однопользовательской однозадачной ОС. Это значит, что она позволяет одновременно решать только одну задачу (т. е., может обслуживать только одну программу) или отвечать на запросы (выполнять команды) только одного пользователя. Отсюда следует, что MS DOS является операционной системой реального времени (такая ОС может обслуживать только те вычислительные процессы, скорость которых согласована со скоростью временных процессов, т. е., ходом реального времени). Операционная система MS DOS состоит из следующих частей: базовой системы ввода-вывода (BIOS), программы-загрузчика (BOOT), дисковых файлов IO.SYS и MSDOS.SYS, командного процессора (COMMAND.COM), драйверов устройств и внешних команд DOS. Системные файлы IO.SYS и MSDOS.SYS, называемые также дисковыми файлами, загружаются в оперативную память компьютера и находятся там резидентно, т.е. постоянно. Файл IO.SYS дополняет программы BIOS. Он позволяет загрузить в оперативную память драйверы, обслуживающие внешние устройства, которых нет в BIOS. Файл MSDOS.SYS управляет обработкой прерываний высокого уровня.  Графический интерфейс пользователя. Текстовый (консольный) интерфейс операционных систем. К пассивным элементам взаимодействия относятся информационные сообщения, подсказки и т.д. Активный элемент взаимодействия — это элемент пользовательского интерфейса, через который пользователь имеет прямой доступ к системным и программным ресурсам с возможностью непосредственного управления и изменения их. К активным элементам взаимодействия относятся команды управления системными настройками и программными ресурсами, средства конфигурации системы, команды работы с файловыми системами. Развитие уровней логического представления данных прошло несколько этапов: 1-й этап. От битов к байтам. 2-й этап. От байтов к блокам (сегментам). 3-й этап. От блоков к файлам. Файл - совокупность битов (байтов, блоков), имеющих собственное имя. 4-й этап. От файлов к объектам. Переход от файлов к объектам сделан лишь на формальном уровне. Фактически объекты - те же файлы или их совокупности Развитие средств взаимодействия с пользователем также прошло несколько этапов: 1-й этап. Первым шагом в развитии стало появление устройств ввода и вывода. 2-й этап. Средства позиционного ввода. 3-й этап. Появление цветных мониторов и мультимедиа 4-й этап. Световое перо. 5-й этап. Виртуальная реальность - следующий этап развития пользовательских интерфейсов. Командный интерфейс. Одним из основных и наиболее старых является интерфейс командной строки. Командный (командно-строчный) интерфейс получил наибольшее развитие во времена расцвета больших многопользовательских систем с алфавитно-цифровыми дисплеями. Он характеризуется тем, что пользователь осуществляет взаимодействие с ЭВМ посредством командной строки, в которую вводятся команды определенного формата, а затем передаются к исполнению. Графический интерфейс пользователя. Базовые графические примитивы GUI. Графический интерфейс пользователя является обязательным компонентом большинства современных программных продуктов, ориентированных на работу конечного пользователя. Основными достоинствами графического интерфейса являются наглядность и интуитивная понятность для пользователя. Примером графического интерфейса является оконный WIMP-интерфейс (Windows, Icons, Menus, Point-and-click - окна, пиктограммы, меню, "укажи и щелкни"). Интерфейс WIMP возник тогда, когда пользователями ПК стали люди, не обладавшие навыками алгоритмического мышления, т. к. общение с помощью командного интерфейса — это то же программирование, и этому надо было специально учиться. Наиболее часто графический интерфейс реализуется в интерактивном режиме работы пользователя и строится в виде системы спускающихся меню с использованием в качестве средства манипуляции мыши и клавиатуры. Работа пользователя осуществляется с экранными формами, содержащими объекты управления, панели инструментов с пиктограммами режимов и команд обработки. Реализации интерфейса: Реализация диалога в виде меню возможна через вывод на экран видеотерминала определенных функций системы. Пользователь выбирает на экране монитора нужную ему операцию и передает ее к исполнению. Шаблон — это режим взаимодействия конечного пользователя и ПК, на каждом шаге которого система воспринимает только ограниченное по формату входное сообщение пользователя. Варианты ответа пользователя ограничиваются форматами, предъявляемыми ему на экране монитора. Диалог вида "команда" инициируется пользователем. При этом выполняется одна из допустимых на данном шаге диалога команд пользователя. Их перечень отсутствует на экране, но легко вызывается на экран с помощью специальной директивы или функциональной клавиши. Командные оболочки (процессоры) Unix. При интерактивной работе с системой пользователь постоянно сталкивается с необходимостью отдавать ей команды. В CDE это можно делать, выбирая мышью требуемые пункты меню. В текстовом окне или текстовом режиме команды набираются вручную в командной строке. После нажатия Enter команда должна быть интерпретирована и синтаксически проанализирована (где – имя программы, где – ключи, где – аргументы, где – спецсимволы). Затем будут запущены один или несколько процессов. В UNIX эту работу выполняет программа, которая называется командным процессором (shell). Иногда командный процессор называют шеллом (это – просто калька с английского) или интерпретатором команд. Существует несколько широко распространенных командных процессоров и еще несколько малораспространенных, специфичных для конкретных вариантов UNIX. В Solaris принято использовать ksh, csh или bash. Командный процессор запускается либо при входе пользователя в систему (и в дальнейшем пользователь отдает команды в его командной строке), либо из какой-либо программы (по команде пользователя). Частным случаем является запуск командного процессора из другого командного процессора. Например, вы работаете в sh и желаете получить более удобные средства редактирования командной строки; для этого вызывается bash. Тогда вы просто набираете команду bash. Обзор аппаратного обеспечения компьютера. Процессоры. Режимы работы процессора. «Мозгом» компьютера является центральный процессор (CPU – Central Processing Unit). Он выбирает из памяти команды и выполняет их. Обычный цикл работы процессора выглядит так: читается первая команда из памяти, декодируется для определения ее типа и операндов, выполняет команду, затем считывает, декодирует последующие команды. Таким образом осуществляется выполнение программ. Для каждого процессора существует набор команд, который он в состоянии выполнить. Поскольку доступ к памяти для получения команд или набор данных занимает намного больше времени, чем выполнение этих команд, то все процессоры содержат внутренние регистры для хранения переменных и промежуточных результатов. Поэтому набор инструкций обычно содержит команды для загрузки слова из памяти в регистр и сохранение слова из регистра в память. Кроме основных регистров, используемых для хранения переменных, большинство процессоров имеет несколько специальных регистров, используемых для хранения переменных, а также специальных регистров, видимых для программистов. При временном мультиплексировании процессора операционная система останавливает работающую программу для запуска другой. Каждый раз при таком прерывании операционная система должна сохранять все регистры процессора, чтобы позже, когда прерванная программа продолжит свою работу, их можно было восстановить. Для повышения быстродействия CPU их разработчики отказались от простой модели, когда за один такт может быть считана, декодирована, выполнена только одна команда. Современные процессоры обладают возможностью выполнения нескольких команд одновременно. Большинство CPU имеет два режима работы: режим ядра и пользовательский режим. Если процессор запущен в режиме ядра, он может выполнять все команды из набора инструкций и использовать все возможности аппаратуры. Операционная система работает в режиме ядра, предоставляя доступ ко всему оборудованию. В противоположность этому, пользователи работают в пользовательском режиме, разрешающем выполнение подмножества программ и делающем доступным лишь часть аппаратных средств. Обзор аппаратного обеспечения компьютера. Память. Регистры. Это ячейки памяти в самом процессоре. Это самый быстрый и самый дорогой тип памяти, когда процессор совершает какие-то операции со значением или с памятью, он берет эти значения непосредственно из регистров. В процессоре есть несколько наборов логик, каждая из которых имеет свои машинные коды и свои наборы регистров. Basic program registers (Основные программные регистры) Эти регистры используются всеми программами с их помощью выполняется обработка целочисленных данных. Floating Point Unit registers (FPU) Эти регистры работают с данными, представленными в формате с плавающей точкой. Еще есть MMX и XMM registers эти регистры используются тогда, когда вам надо выполнить одну инструкцию над большим количеством операндов. Рассмотрим подробнее основные программные регистры. К ним относятся восемь 32 битных регистров общего назначения: EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESI, EDI, ESP. Для того чтобы поместить в регистр данные, или для того, чтобы изъять из регистра в ячейку памяти данные используется команда mov: mov eax, 10 загружает число 10 в регистр eax. mov data, ebx копирует число, содержащееся в регистре ebx в ячейку памяти data. Регистр ESP содержит адрес вершины стека. Кроме регистров общего назначения, к основным программным регистрам относят шесть 16 битных сегментных регистров: CS, DS, SS, ES, FS, GS, EFLAGS, EIP EFLAGS показывает биты, так называемые флаги, которые отражают состояние процессора или характеризуют ход выполнения предыдущих команд. В регистре EIP содержится адрес следующей команды, которая будет выполнятся процессором. Обзор аппаратного обеспечения компьютера. Память. Внутренняя оперативная память. Внутренняя память компьютера — это место хранения информации, с которой он работает. Внутренняя память компьютера является временным рабочим пространством. Информация во внутренней памяти не сохраняется при выключении питания. Такая память в свою очередь также различается по типам: ОЗУ (оперативное запоминающие устройство) ПЗУ (постоянное запоминающие устройство) CMOS-память Кэш-память Видеопамять Оперативная память (RAM - Random Access Memory) — это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Иными словами, в ОЗУ хранится информация, с которой ведется работа в данный момент времени. В ячейку можно записать только 0 или 1, т.е. 1 бит информации. Такая ячейка так и называется - «бит». Это наименьшая частица памяти компьютера и, в связи с этим память имеет битовую структуру, которая определяет такое свойство оперативной памяти, как дискретность. Мы знаем, что ОЗУ энергозависима, поэтому в целях сохранения, хранимой в ней информации необходимо подзаряжать ячейки этой памяти, этот процесс называется регенерация ОЗУ. Иными словами, под регенерацией понимается восстановление заряда ячеек. Различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM). DRAM (Dynamic Random Access Memory, динамическая оперативная память с произвольным доступом) - тип памяти, содержимое которой может сохраняться только в том случае, если оно будет обновляться через короткие интервалы времени. Динамическому ОЗУ нужна регенерация. DRAM применяется для производства модулей оперативной памяти. Основное преимущество этого типа памяти состоит в том, что ее ячейки упакованы очень плотно, т.е. в небольшую микросхему можно упаковать много битов, а значит, на их основе можно построить память большей емкости. Ячейки памяти в микросхеме DRAM — это крошечные конденсаторы, которые удерживают заряды. SRAM (Static RAM, статическая память) – после записи данных в ячейки статической памяти они могут сохранять свое значение сколько угодно (в отличие от динамической памяти). SRAM имеет более высокое быстродействие, чем динамическая оперативная память, и может работать на той же частоте, что и современные процессоры. Время доступа SRAM не более 2 нс, это означает, что такая память может работать синхронно с процессорами на частоте 500 МГц или выше. Все это определило использование ее в качестве буферной кэш-памяти. ПЗУ (ROM - Read Only Memory, память только для чтения) - постоянное запоминающее устройство. Микросхема ПЗУ устанавливается так, что ее память занимает нужные адреса. Поэтому процессор, когда начинает свою работу, в постоянную память, заготовленную для него заранее. Из ПЗУ можно только читать информацию. CMOS — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки, расположенной на материнской плате. Заряда батарейки хватает на несколько лет. CMOS используется для хранения информации о составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы. Наличие этого вида памяти позволяет отслеживать время и календарь, даже если компьютер выключен. Таким образом, программы, записанные в ПЗУ, считывают информацию о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после чего выполняют тестирование устройств ПК. Обзор аппаратного обеспечения компьютера. Память. Внешняя память. Внешняя (долговременная) память — это место длительного хранения данных (программ, результатов расчетов, текстов и т.д.), не используемых в данный момент в оперативной памяти компьютера. Внешняя память, в отличие от оперативной, является энергонезависимой, и не имеет прямой связи с процессором. Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя (устройства, обеспечивающего запись и (или) считывание информации) и устройства хранения - носителя. Основные виды накопителей: - накопители на гибких магнитных дисках (НГМД); - накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД); - накопители CD-ROM, CD-RW, DVD. Им соответствуют основные виды носителей: - гибкие магнитные диски (Floppy Disk); - жесткие магнитные диски (Hard Disk); - диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD. Основные характеристики накопителей и носителей: - информационная емкость; - скорость обмена информацией; - надежность хранения информации; Обзор аппаратного обеспечения компьютера. Прерывания. Во время выполнения компьютером текущей программы, внутри компьютера, а также во внешней среде, связанной с ним (клавиатура, дисплей, внешняя память, технологические и научно-исследовательские процессы, управляемые компьютером и т.д.) могут возникать события, требующие немедленной реакции на них с его стороны. Реакция компьютера заключается в том, что он прерывает обработку текущей программы и переходит к выполнению некоторой другой программы. Прерыванием называется процесс, обуславливающий реакцию компьютера на некоторое событие, требующее немедленного его вмешательства. Запрос прерывания – есть сигнал процессору о появлении события, требующего немедленной реакции процессора путем перехода на подпрограмму обслуживания этого события. Системой прерывания называется комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих выявление запросов прерывания и эффективное их обслуживание. Процесс прерывания схематически иллюстрирован на рис XI.1. Основными функциями системы прерывания являются следующие. 1. Запоминание состояния процессора, которое определяется состоянием его основных регистров на момент прерывания текущей программы. 2. Осуществление передачи управления на процедуру обслуживания прерывания. 3. Восстановление состояния процессора после окончания выполнения процедуры обслуживания прерывания. 4. Передача управления на продолжение выполнения текущей программы.  |