Лекция №1,2
Тема: «Структура компьютерной системы»
Цель: изучить структуру компьютерной системы
План:
- Структура компьютерной системы
- Программное обеспечение компьютерной системы
- Аппаратное обеспечение компьютерной системы
1. Структура компьютерной системы
На рис.1.1 представлена простейшая компьютерная система (КС), образованная совокупностью программного и аппаратного обеспечения. Оператор связан с КС через пользовательский интерфейс.
Пользовательский интерфейс – средство связи человека и КС, включающее в себя устройство ввода-вывода и программное обеспечение.
1.2 Программное обеспечение компьютерной системы
В программное обеспечение КС входят:
- операционная система;
- пакеты прикладных программ;
- программы технического обслуживания.
1.2.1 Операционная система
Операционная система (ОС) является важнейшей и центральной частью программного обеспечения КС, предназначенной для эффективного управления вычислительным процессом, планирования работы и распределения ресурсов КС, автоматизации процесса подготовки программ и организации их выполнения при различных режимах работы КС, облегчения общения оператора с КС.
В состав ОС входят:
а) управляющая программа;
в) системные обрабатывающие программы.
1.2.1.1 Управляющая программа
Управляющая программа – часть ОС, планирующая и организующая работу технических устройств КС, распределяющая и управляющая действиями программ обработки. Управляющая программа включает в себя:
- программы начальной загрузки;
- программы инициализации ядра;
- программы управления заданиями;
- программы управления задачами;
- программы управления данными;
- программы управления восстановлением.
1) Программы начальной загрузки – программы, приводящие КС и операционную систему в состояние готовности. Они осуществляют:
— настройку оперативной памяти;
— загрузку ядра ОС в оперативную память;
— загрузку программ инициализации ядра, которым передают управление.
2) Программы инициализации ядра – программы, подготавливающие ядро операционной системы к работе и осуществляющие:
— подготовку и проверку системной информации;
— проверку состояния памяти и устройств ввода-вывода;
— связь с оператором и др.
3) Программы управления заданиями предназначены для управления заданиями и обеспечения связи с оператором. Они состоят из двух групп программ — планировщика заданий и главного планировщика.
Задание содержит информацию о том, какие преобразования и над какими данным должны быть произведены. Когда в ОС поступает задание, то ОС создает соответствующий процесс (задачу) или группу процессов (задач). Каждый шаг задания указывает, какие программы должны выполняться, с какими данными и какие ресурсы требуются. В результате анализа пункта задания формируется процесс (задача).
Последовательный процесс – это выполнение на последовательном процессоре программы с данными, требующей ресурсов и представленной в ОС блоком управления процессом (PCB).
Ресурсы – объекты, которые запрашиваются, используются и освобождаются процессами в период их активности (например, процессор, память, устройства ввода-вывода).
Задача – это совокупность связанных между собой и образующих единое целое программ и данных, требующая ресурсов для своего выполнения. В ОС с каждой задачей связан блок управления задачей (TCB), содержащий информацию о ней.
В литературе термины «процесс» и «задача» часто считаются синонимами. В OS/2, OS/360, DOS, 16-битной Windows использовался термин «задача». В UNIX, Novell NetWare, 32-битной Windows (95/98/NT/2000) используются термины «процесс» и «поток» (выполняющаяся часть программы). В простейшем случае процесс состоит из одного потока, а в случае нескольких параллельных подзадач процесс имеет несколько параллельно выполняющихся потоков.
Планировщик заданий предназначен для управления заданиями и осуществляет:
— ввод потока (пакета) заданий;
— контроль заданий;
— планирование порядка выполнения заданий;
— закрепление за заданием внешнего устройства в соответствии с его пунктами;
— выделение оперативной памяти для пункта задания;
— загрузку указанной в пункте задания первой программы в оперативную память;
— передачу управление над задачей супервизору;
— освобождение оперативной памяти и внешнего устройства, и вывод результатов после завершения задания супервизором.
Главный планировщик принимает команды оператора (например, запуск или остановка задания), т.е. обеспечивает связь между оператором и ОС.
4) Программы управления задачами (супервизор) – программы, предназначенные для связи аппаратного и программного обеспечения и осуществляющие:
— управление распределением ресурсов ОС между задачами в процессе их выполнения с учетом приоритета задачи;
— управление состоянием задачи (организация мультипрограмного режима);
— управление связью между программами;
— контроль выполнения задач и др.
5) Программы управления данными – программы, предназначенные для организации обмена информацией (ввода-вывода) между оператором и КС и осуществляющие:
— централизованное выполнение операций обмена с внешними устройствами КС;
— хранение информации во внешней памяти;
— обеспечение различных способов организации и идентификации данных;
— каталогизацию наборов данных. Каталог (справочник, словарь) идентифицирует и определяет местонахождение всех наборов данных или файлов и позволяет осуществить их поиск;
— обеспечение независимости данных от типов используемых внешних устройств;
— обеспечение различных методов доступа к данным.
Данными, организованными как файлы, управляет файловая система.
6) Программы управления восстановлением — программы, используемые для восстановления работоспособности КС в случае аппаратных сбоев.
Пакеты прикладных программ
Пакеты прикладных программ – комплексы программ, предназначенные для решения широкого класса задач (технических, экономических и др.) и расширения функций операционных систем.
Программы технического обслуживания
Программы технического обслуживания (вспомогательные программы) – программы, которые осуществляют проверку работоспособности КС в целом и ее устройств и диагностируют места неисправностей.
Аппаратное обеспечение компьютерной системы
В аппаратное обеспечение однопроцессорной КС, имеющей фоннеймановскую структуру:
а) процессор;
б) внутренняя память;
в) устройства ввода и вывода, внешняя память.
Контрольные вопросы:
- Приведите структуру компьютерной системы
- Приведите основные части программного обеспечения
- Дайте определение операционной системе и приведите ее состав
- Дайте определение управляющей программе и приведите ее состав
- Для чего предназначены системные обрабатывающие программы и приведите их состав
- Для чего предназначены пакеты прикладных программ и технического обслуживания
- Приведите структуру однопроцессорной компьютерной системы
- Для чего предназначен процессор, опишите его основные элементы
- Для чего предназначена внутренняя память, опишите ее основных частей
- Для чего предназначены устройства ввода, вывода, внешняя память