Шпаргалка по "Информатике"

1. Определение ОС. Назначение и функции ОС.

Операционная  система - это комплекс программ, обеспечивающих взаимодействие пользователя с аппаратным обеспечением и распределяющие ресурсы ПК для обеспечении эффективности и быстродействия программ. 
ОС автоматичеки загружается в оперативную память компьютера при его включении.

Основные  функции ОС:

1)Обмен данными  между компьютером и периферийными устройствами ( клавиатурой, принтером, модемом, сканером и т.д.). Такой обмен данными называется "ввод/вывод" данных.

2)Обеспечение  системы организации и хранения  файлов.

3)Загрузка программ  в память и обеспечение их  выполнения.

Назначение  ОС 
ОС предназначена для решения следующих задач:

" обслуживания  аппаратуры компьютера; 
" создания рабочей среды и интерфейса пользователя; 
" выполнения команд пользователя и программных инструкций; 
" организации ввода/вывода, хранения информации и управления файлами и данными.

2.Эволюция ОС. Классификация ОС.

По числу одновременно выполняемых задач выделяют ОС: однозадачные ОС (MS-DOS, ранние версии PS DOS); многозадачные (OS/2, UNIX, Windows).

По числу одновременно работающих пользователей выделяют ОС: однопользовательские (MS-DOS, Windows 3. x, ранние версии OS/2); многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Первый  период (1945–1955 гг.). Ламповые машины. Операционных систем нет

Второй  период (1955 г.–начало 60-х). Компьютеры на основе транзисторов. Пакетные операционные системы

Третий  период (начало 60-х – 1980 г.). Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС

Четвертый период (с 1980 г. по настоящее время). Персональные компьютеры. Классические, сетевые  и распределенные системы.Компьютер стал доступен всем, эра ПК

3. Архитектура ОС. Монолитная  архитектура ОС

Монолитная архитектура  самостоятельно реализует все фун-ии ОС(традиционное ядро)

достоинства: быстродействие, устойчивость к сбоям\

недостатки: Громоздкость, Сложность изменении конфигурации ОС

Монолитную организацию  имели самые первые версии операционных систем. При монолитной организации, операционная система не имеет какой-либо явно выраженной внутренней структуры. Это просто набор процедур, вызываемых друг другом или пользователем, и  использующих общие глобальные данные. Архитектура монолитной операционной системы схематично показана на рисунке 

4. Архитектура ОС. Многоуровневая  архитектура ОС

Основная идея многоуровневой архитектуры состоит  в следующем:

1. Полная функциональность  операционной системы разделяется  на уровни, например уровень управления  аппаратурой, уровень управления  памятью, уровень файловой системы,  уровень управления процессами  и т.п.

2. Для каждого  уровня определяются интерфейс  взаимодействия, т.е. некоторый набор  правил, согласно которым следует  обращаться за услугами данного  уровня.

3. Взаимодействие  уровней строится таким образом,  что каждый уровень может обращаться  за услугами только к соседнему  нижележащему уровню через его  интерфейс.

4. Внутренние  структуры данных каждого уровня  не доступны другим уровням,  а реализации процедур уровня  скрыты и не зависят от реализаций  процедур внутри других уровней.

Достоинства: четкая структуризация всех подсистем,каждый уровень предстовляет собой законченную подсистему, с собственным интерфейсом что позволяет при необходимости вносить изменения в ОС не затрагивая другие подсистемы , взаимодействие между уровнями четко согласованно.

Недостатки: сложность  в реализации, сложность 1ого уровня может перевозносить сложность монолитного ядра, сниженное быстродействие

5. Архитектура ОС. Архитектура  типа «клиент-сервер».  Пример архитектуры  реальных систем.

Архитектура типа клиент-сервер в настоящее время  является наиболее совершенной с  точки зрения расширяемости и  переносимости операционных систем.

Идея архитектуры  клиент-сервер состоит в следующем. Все компоненты операционной системы, включая пользовательские программы, разделяются на программы – поставщики услуг, т.е. программы, выполняющие определенные действия по запросам других программ, и программы – потребители услуг, т.е. программы, обращающиеся к другим программам для выполнения определенных действий.

Согласно принятой терминологии, программы, поставляющие услуги по запросам других программ, называют серверами, а программы, потребляющие услуги, называют клиентами. Причем сервер по отношению к одному виду услуг одновременно может быть клиентом по отношению к другому виду услуг, или наоборот.

Запущенные в  операционной системе процессы-серверы  постоянно находится в состоянии  ожидания клиентских запросов. В случае необходимости, клиенты посылают серверам сообщения с запросом на оказание требуемых им услуг, например запрос на чтение файла, запрос на выделение  памяти, запрос на вывод результатов  на экран и т.п. Получив запрос от клиента, сервер выполняет его, при  этом он сам может обратиться за услугами к другим серверам. После  выполнения запроса сервер отсылает клиенту сообщение о завершении задания и результаты работы.

Достоинства: Переносимость  ОС, Расширяемость ОС, Гибкость ОС

Недостатки: низкая производительность,

6. Прерывания. Классификация  прерываний. Система  обработки прерываний  в реальном режиме.

Прерывание означает временное прекращение основного процесса вычислений для выполнения некоторых запланированных или незапланированных действий, вызываемых работой аппаратуры или программы.Т.е. это процесс, временно переключающий микропроцессор на выполнение другой программы с последующим возвратом к прерванной программе.

В зависимости  от источника, прерывания делятся на

1.аппаратные - возникают  как реакция микропроцессора  на физический сигнал от некоторого  устройства (клавиатура, системные  часы, клавиатура, жесткий диск и  т.д.), по времени возникновения  эти прерывания асинхронны, т.е.  происходят в случайные моменты  времени;

2.программные  - вызываются искусственно с помощью  соответствующей команды из программы  (int), предназначены для выполнения некоторых действий операционной системы, являются синхронными;

3.исключения - являются  реакцией микропроцессора на  нестандартную ситуацию, возникшую  внутри микропроцессора во время  выполнения некоторой команды  программы (деление на ноль, прерывание  по флагу TF (трассировка)).

Обработка прерывания в реальном режиме

Производится  в три этапа:

1)прекращение  выполнения текущей программы; 

Должно произойти  так, чтобы потом вернуться и  продолжить работу. Для этого необходимо сохранить содержимое регистров, так  как они являются ресурсами, разделяемыми между программами.

2) переход к  выполнению и выполнение программы  обработки прерывания;

Здесь определяется источник прерывания и вызывается соответствующий  обработчик прерывания.

3) возврат управления  прерванной программе. 

15.Файловая  система и её  функции. Логическая  и физическая организация  ФС.

Файловая  система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

Логическая

Программист имеет  дело с логической организацией файла, представляя файл в виде определенным образом организованных логических записей. Логическая запись - это наименьший элемент данных, которым может  оперировать программист при  обмене с внешним устройством. Даже если физический обмен с устройством  осуществляется большими единицами, операционная система обеспечивает программисту доступ к отдельной логической записи. На рисунке 2.33 показаны несколько схем логической организации файла. Записи могут быть фиксированной длины  или переменной длины. Записи могут  быть расположены в файле последовательно (последовательная организация) или  в более сложном порядке, с  использованием так называемых индексных таблиц, позволяющих обеспечить быстрый доступ к отдельной логической записи (индексно-последовательная организация). Для идентификации записи может быть использовано специальное поле записи, называемое ключом. В файловых системах ОС UNIX и MS-DOS файл имеет простейшую логическую структуру - последовательность однобайтовых записей.

физическая

Физическая организация  файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске. Файл состоит  из физических записей - блоков. Блок - наименьшая единица данных, которой  внешнее устройство обменивается с  оперативной памятью. Непрерывное  размещение - простейший вариант физической организации (рисунок 2.34,а), при котором  файлу предоставляется последовательность блоков диска, образующих единый сплошной участок дисковой памяти. Для задания  адреса файла в этом случае достаточно указать только номер начального блока. Другое достоинство этого  метода - простота. Но имеются и два  существенных недостатка. Во-первых, во время создания файла заранее  не известна его длина, а значит не известно, сколько памяти надо зарезервировать для этого файла, во-вторых, при таком порядке размещения неизбежно возникает фрагментация, и пространство на диске используется не эффективно, так как отдельные участки маленького размера (минимально 1 блок) могут остаться не используемыми.  
 
 
 
 
 
 
 

7.Понятие  процесса, ресурса.  Состояние процесса  в вычислительной  среде. Классификация  процессов. Иерархия  процессов.

Процесс - программа на этапе  выполнения.

Не следует  смешивать понятия процесс и  программа. Программа — это план действий, а процесс — это само действие.

Состояния процесса в вычислительной среде.

Процесс, как любая деятельность по исполнению программы на процессоре, нуждается в управлении, которое заключается в переводе его из одного состояния в другое.

Различают следующие  состояния процесса:

новый (new) - процесс только что создан.

выполняемый (running) - реализация процесса, команды программы выполняются в CPU.

ожидающий (waiting) - ожидание всех ресурсов для развития процесса (кроме процессора), процесс ожидает завершения некоторого события, чаще всего операции ввода – вывода.

готовый (ready) - имеются все ресурсы кроме процессора, процесс ожидает его освобождения.

завершенный (terminated) - процесс завершил свою работу, высвобождение всех ресурсов.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Классификация процессов. Иерархия процессов

1. По временным характеристикам различают интерактивные, пакетные процессы и процессы реального времени.  Время существования интерактивного процесса определяется реакцией ЭВМ на запрос обслуживания. Процессы реального времени имеют гарантированное время окончания работы. Пакетные процессы запускаются один вслед за другим.
2. По генеалогическому признаку различают порождающие и порожденные процессы.
3. По результативности различают эквивалентные, тождественные и равные процессы. Все они имеют одинаковый конечный результат, но эквивалентные процессы могут реализовываться как на одном, так и на многих процессорах по одному или разным алгоритмам, то есть они имеют разные трассы, которые определяют порядок и длительность пребывания процесса в разных состояниях. Тождественные процессы реализуются по одной и той же программе, но имеют разные трассы. Одинаковые процессы  реализуются по одной программе и имеют одинаковые трассы.
4. По времени развития процессы делятся на последовательные, параллельные и комбинированные (если есть точки, в которых существуют оба процесса, и точки, в которых существует только один процесс).
5. По месту развития - внутренние (реализуются на центральном процессоре)  и внешние (реализуются на внешних процессорах).
6. По принадлежности к операционной системе - системные (исполняют программу из состава операционной системы) и пользовательские.
7. По связности различают процессы:
1. взаимосвязанные имеют какую–то связь (пространственно–временную, управляющую, информационную);
2. изолированные – слабо связанные;
3. информационно-независимые используют совместные ресурсы, но имеют собственные информационные базы;
4. взаимодействующие - имеют информационные связи и разделяют общие структуры данных;
5. взаимосвязанные по ресурсам;
6. конкурирующие.
8. Порядок взаимосвязи процессов определяется синхронизирующими правилами. Процессы могут находиться в отношении: