Лекции_операционные системы (Информатики)

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

Окружность на магнитной пластине, которую описывает головка при вращении пластин, называется дорожкой, а совокупность таких дорожек, расположенных одна под другой (для каждого фиксированного положения головок), называется цилиндром. Каждая дорожка разбита на одинаковые блоки – сектора размером по 512 байт. На внешних дорожках секторов больше, чем на внутренних дорожках.

Таким образом, диски характеризуются совокупностью трех чисел: числом цилиндров / числом дорожек в цилиндре / числом секторов на дорожке или C/H/S (от английского Cylinder/Head/Sector, т. е.

цилиндр/головка/сектор). Эти три числа называют

"геометрией диска". Диск с геометрией C/H/S имеет объем

C*H*S*512 байт (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Геометрия жесткого диска.

12

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

Емкость современных жестких магнитных дисков исчисляется гигабайтами (1Гбайт = 109 байт) и терабайтами (1 Тбайт = 1012 байт).

магнитные ленты (носители на магнитных лентах – НМЛ), используемые до распространения жестких дисков.

Неудобство заключалось в том, что доступ к данным был только последовательным, т.е. чтобы считать информацию,

записанную в конце ленты, нужно потратить время и промотать ее с начала до конца.

оптические носители – диски из прочного пластика,

требующие использования лазерного луча для выполнения операций чтения и записи информации.

CD – Compact Disc, объем CD – 650 или 700 Мбайт;

DVD Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск), объем DVD – 4,7 Гбайт (однослойный) 8,5 Гбайт

(двухслойный);

Blu Ray Disc, BD (blue ray – синий луч), объем BD --

23,3/25/27/33 Гбайт (однослойный), 46,6/50/54/66 Гбайт

(двухслойный).

На оптических дисках указывается информация о возможности записи данных на диск:

ROM – только для чтения, т.е. на этот диск невозможно записать данные;

R – однократная запись, т.е. при помощи пишущего оптического привода можно один раз записать данные,

потом только считывать их;

RW (RE) – многократная запись, при помощи пишущего оптического привода можно многократно записывать данные на диск.

13

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

Флеш-память – энергонезависимое полупроводниковое запоминающее устройство, выпускаемое в виде плат и карт памяти (memory stick, memory drive и др.). Данные во флеш-памяти перезаписываются целыми блоками.

Благодаря своей компактности, дешевизне и низкому энергопотреблению флеш-память широко используется в цифровых портативных устройствах. Объем – несколько гигабайт.

Устройства ввода, вывода – средства связи ЭВМ с внешним миром. Принято также называть эти устройства периферийными устройствами. Их многообразие определяется разнообразием видов информации, с которой работает человек (текстовая, звуковая,

графическая, видео и т.д.).

Клавиатура – основное устройство ввода информации. В

современных компьютерах с графическим интерфейсом необходимы манипуляторы, помогающие пользователю управлять указателем и таким образом работать с графическими объектами на экране, чаще всего для этого используется мышь. В ноутбуках вместо мыши может использоваться другой манипулятор – тачпад (сенсорная панель). Для ввода графической информации применяют сканер,

световое перо, графический планшет, для ввода звуковой информации – микрофон.

Стандартным устройством вывода является монитор, хотя исторически раньше появился принтер, и первые компьютеры распечатывали результаты вычислений.

Есть устройства, которые одновременно являются устройством ввода и вывода, например, монитор с сенсорным экраном.

14

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

1.3. Принцип открытой архитектуры

Принцип открытой архитектуры – принцип построения персонального компьютера, который регламентирует и стандартизирует только описание принципа действия компьютера и его конфигурации ( это позволяет собирать компьютер из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями), а также предусматривает наличие в компьютере внутренних расширительных гнезд, в которые пользователь может вставлять различные устройства,

удовлетворяющие заданному стандарту.

Рассмотренные нами устройства компьютера соединяются друг с другом. Разработаны специальные стандартные интерфейсы

(средства сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой), утвержденные на уровне международных соглашений.

Все устройства компьютера связаны между собой через общую шину (магистраль), которая передаѐт данные между этими функциональными блоками компьютера (см. рис. 1.7). Сигналы по шине идут по трем каналам (шинам) – шине данных, шине адресов,

шине управления. По шине управления передаются только управляющие сигналы (команды). По шине адресов – адреса ячеек памяти, из которых считываются данные или команды, а по шине данных – только данные.

В первых ЭВМ процессор управлял не только работой внутренних, но и внешних устройств. Так как скорость обмена данными между процессором и внешними устройствами очень низкая по сравнению со скоростью обработки информации процессором, то большую часть времени процессор простаивал,

ожидая завершения операций обмена. В дальнейшем управление

15

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

работой внешних устройств было передано специальным блокам

(электронным схемам) – контроллерам внешних устройств

(controller – управляющий). Контроллеры часто называют адаптерами, так как они преобразуют информацию, поступающую от процессора, в соответствующие сигналы, управляющие работой устройств, тем самым обеспечивая совместимость интерфейсов этих устройств. Например, когда контроллер монитора (видеоадаптер или видеокарта) получает код буквы «А» – 01000001, то при помощи управляющих сигналов он организует работу монитора так, чтобы на экране появилась буква «А». Видеокарта, звуковая карта также являются контроллерами. Таким образом, обмен информацией между процессором, памятью и периферийными устройствами осуществляется по системной шине через контроллеры устройств.

Аппаратный порт — специализированный разъѐм в компьютере, предназначенный для подключения оборудования определѐнного типа (например, LPT – параллельный порт, COM –

последовательный порт, USB –порт и др.).

Рис. 1.7. Схема взаимодействия устройств компьютера.

16

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

Применение данной схемы построения компьютера позволяет легко изменять конфигурацию компьютера путем добавления новых или замены старых устройств. Применение этого принципа позволило фирме IBM, выпустившей в 1981 г. свой первый персональный компьютер IBM PC, выйти в лидеры на рынке персональных компьютеров. Этот подход к построению компьютера был подхвачен другими фирмами, и таким образом появились компьютеры, «совместимые с IBM PC» (т.е. выпущенные другими фирмами (не IBM), но по стандарту IBM PC), основанному на принципе открытой архитектуры.

Контрольные вопросы

1.Что такое архитектура ЭВМ? Какие принципы построения и функционирования ЭВМ были заложены Д. Нейманом?

2.Перечислите основные устройства ЭВМ.

3.Опишите принцип работы и основные характеристики микропроцессора.

4.Какие запоминающие устройства вы знаете? Чем отличаются эти устройства?

5.Опишите архитектуру современного компьютера.

6.В чем состоит принцип открытой архитектуры?

ГЛАВА 2. НАЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Операционная система по праву считается самой главной программой компьютера. Это объясняется многообразием функций,

которые она выполняет. Операционная система является посредником между аппаратурой и приложениями пользователя,

обеспечивает пользователя удобными средствами для управления

17

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

различными устройствами компьютера. Операционная система берет на себя задачу распределения ресурсов компьютера между нуждающимися в них приложениями.

Но так было не всегда. Чтобы лучше понять, какую роль играет операционная система среди другого программного обеспечения, посмотрим, как протекала эволюция операционных систем, и как каким образом сформировался набор функций и задач,

которые выполняет современная операционная система.

2.1. История развития электронно-вычислительной техники и

операционных систем

Первый настоящий цифровой компьютер был изобретен английским математиком Чарльзом Бэббиджем в XIX в. Это была механическая машина и технологии того времени не позволили Бэббиджу добиться, чтобы машина работала как следует.

В первой половине XX в. в разных странах было реализовано несколько проектов цифровых ЭВМ на основе электро-

механических реле. Дальнейшее развитие электронно-

вычислительной техники связано с применением электронных схем триггерного типа. Триггер – электронное устройство, которое может сколь угодно долго находиться в одном из двух (реже многих)

состояний устойчивого равновесия и скачкообразно переключаться из одного состояния в другое под действием внешнего сигнала. Для реализации триггера сначала использовались электронные лампы,

потом полупроводниковые приборы и схемы.

В 1946 году ученые Джон Преспер Экерт и Джон Уильям Мокли Пенсильванского университета в США создали ENIAC

(Electronic Numerical Integrator and Computer – «электронный цифровой компьютер»). Скорость счета этой машины превосходила

18

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

скорость релейных машин в тысячу раз, она выполняла около 3 000

операций в секунду. Потенциал ENIAC использовали для вычислений, связанных с созданием водородной бомбы, военные использовали его для расчѐта баллистических траекторий. Масса машины составляла 27 тонн. Также возникали трудности с эксплуатацией этой машины, так как в ней использовалось 18 000

электронных ламп, которые нагревались и перегорали. Память

ENIAC составляла лишь 20 слов. Программы, согласно которым

ENIAC должен был производить вычисления, хранились вне оперативной памяти. Для ввода программы, приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода. Еще не было ни клавиатуры, ни монитора.

Рис. 2.1. ENIAC.

Чтобы упростить процесс задания программ, Мокли и Экерт

стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. К работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман совместно с другими учеными. В том же 1946 году Д. Нейман, Г. Голдстайн и А. Бернс сформулировали

Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.

Принципиальное описание устройства и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ. Идеи, изложенные в

упомянутой выше статье, получили название «принципы Джона

фон Неймана» или «архитектура фон Неймана». Первая машина,

реализующая эти принципы – ЭВМ EDSAC – была построена в Англии под руководством М. Уилкса в 1949 году, в Кембриджском университете, а через год аналогичная ЭВМ EDVAC была построена в США.

В нашей стране тоже велись разработки ЭВМ под руководством С.А. Лебедева. В 1950 г. была создана первая советская ЭВМ – МЭСМ (Малая электронная счетная машина), а начиная с 1952 г.

создаются несколько поколений больших счетных машин – БЭСМ.

БЭСМ-1 была для своего времени самой быстродействующей машиной в Европе (8-10 тысяч операций в секунду). БЭСМ-1 и

последовавшие за ней БЭСМ-2 и М-20 были основаны на электронных лампах.

Рис. 2.2. БЭСМ-2.

В зависимости от определенных характеристик (архитектура,

технические параметры, программное обеспечение, взаимодействие с пользователем и др.) принято выделять несколько поколений ЭВМ.

20