Операционные системы.
Лекция 1.
Операционные системы:
- DOS
- Windows
- Unix
- Mac OS
- OS/2
- MVS
- VM
Это группы операционных систем, т.е. под каждым названием подразумевается несколько операционных систем.
MVS и VM использовались для больших машин. Более ранние системы из этой группы:
- ОС СЕ
- СВМ
Будем рассматривать следующие операционные системы:
- VM
- Unix
- Windows
При работе на ВМ пользователь выполняет свои действия в рамках некоторой операционной среды или операционной обстановки.
Операционная обстановка – это совокупность программ, окружающих пользователя. Эта совокупность создается следующими средствами:
файловая система текстовые редакторы компиляторы пакеты прикладных программ средства телекоммуникаций
Задача операционной системы – управление ресурсами ВМ в интересах пользователя.
ОС управляет:
- центральным процессором
- оперативной памятью
- устройством ввода/вывода
- информационными ресурсами
Задача ЦП – предоставить созданным задачам время для их выполнения.
Задача ОП – разделить ОП для выполнения задач.
Задача устройства ввода/вывода –
Задача инф. ресурсов – обеспечение безопасности, целостности данных и т.д. Эта задача более высокого уровня и может включать вышеуказанные задачи.
Критерии оценки операционной системы:
F пропускная способность – это мера объема работы, выполняемая ВМ в единицу времени, или, иначе, отношение фактического времени, используемого ЦП, т.е. времени на решение полезной задачи, к полному рабочему времени.
F время обращения – время обработки некоторого задания в пакетном режиме.
F время ответа – скорость реакции системы на действия пользователя в режиме диалога.
F безопасность – это степень защиты информации от несанкционированного доступа.
F надежность
F стоимость
Никакая ОС не может в одинаковой степени хорошо удовлетворять всем существующим критериям, т.к. любые 2 отдельно взятых критерия противоречивы.
Поэтому при разработке ОС всегда преследуются конкретные цели, выражающиеся в наборе критериев, которым должна удовлетворять данная ОС.
Выбор операционной системы
· офисный (тексты, графики и т.д.)
· игровой
· геометрическое моделирование
История развития ОС
1ое поколение ОС появилось тогда, когда появились первые средства взаимодействия машины и пользователя (конец 40-х - начало 50-х годов 20 века).…
2ое поколение ОС появилось вместе с появлением новых, более совершенных ВМ. В ВМ появились накопители на жестких и…
ОП
Служит для хранения программ и данных, обеспечивает быстрый доступ с прямой адресацией. Прежде чем какая-либо программа начнет обрабатывать какие-либо данные, и программа и данные должны быть загружены в оперативную память с внешних устройств.
Память циклически замкнута: для адресации используются 24 бита (32 – для слова), т.е. 8 старших битов не принимаются во внимание; если дошло до адресации последнего байта FFFFFF, то дальше передается на 0.
Между памятью процессора и каналами ввода/вывода информация передается блоками, состоящими из 8 бит (1 байт). Байты могут обрабатываться отдельно или группами.
Необязательным, но желательным условием выполнения программы является расположение слов, полуслов и двойных слов, начиная с соответствующей границы, т.е. полуслова должны начинаться с байта, номер которого кратен 2, слово – с байта кратного 4, двойное слово – кратного 8. При выполнении этого условия программа работает быстрее. Некоторые, заранее оговоренные данные, должны быть выровнены всегда.
Формат данных System/370:
Байт=8 бит (слева направо)
Полуслово=16 бит (слева направо)
Слово=32 бита (слева направо)
Двойное слово=64 бит (слева направо)
Некоторые данные в системе должны быть выровнены на одну определенную границу (на величину, кратную размеру выравниваемых данных).
Регистры общего назначения (16 штук) – слово=32 бита, различные интерпретации со знаком или без, нумерация с 0-го по 15-й, состав определяет программист.
Регистры с плавающей точкой - 0-й, 2-й, 4-й и 6-й, каждый по 64 бита, некоторые команды работают с парами или частями.
Управляющие регистры – их 16 по 32 бита, нумерация с 0-го по 15-й, значения битов в них фиксированы.
В IBM/370 используется 24-битная адресация, поэтому предельным размером оперативной памяти является 16Mb. Если при обращении указывается размер больший, то старшие биты не учитываются.
Физическая память делится на страницы 2k или 4k. Каждой странице приписывается ключ доступа (защиты) размером в 1b. При каждом выполнении команды идет сравнение ключа доступа страницы с к.д. слово состояния. К.д. имеет признак.
зн. ключа
Ключ доступа: 1. значение ключа (4 бита)
2. другие биты
0 3 4 7
Обращение процессоров и каналов к оперативной памяти (к любой странице) разрешены в случае совпадения ключа доступа, а также, если процессор или канал использует 0-й ключ. Значение ключей доступа может быть от 0 до 15. Обычно ключом доступа обладают программы ОС.
Страницы ОП образуют сегменты размером 64 kb или 1Mb. Размер сегмента хранится в одном из управляющих регистров.
Такое разделение необходимо для страничного обмена в виртуальной памяти.
2. Центральный процессор
Управляет последовательностью и ходом выполнения команд, действий при прерываниях, работой средств отсчета времени, а также другими средствами IBM/370.
Работой Ц.П. управляет слово состоянием программы или PSW.
PSW занимает 64 бит и может находиться в одном из двух форматов:
- основного управления (ВС)
- расширенного управления (ЕС)
В режиме основного управления PSW содержит следующую информацию:
· бит “режим работы”, установленный в значении 0
· бит “ожидание”
0 – дальнейший выбор команд
1 – процессор в состоянии остановки
· бит “задача”
1 – процессор подавляет выполнение команд управления системой
0 – процессор в режиме ОС
· бит “условие состояния”
команды управления системой и команды ввода/вывода являются привилегированными
· поле адреса следующей исполняемой команды (24 бита)
· маски прерываний системы
· признак результата
В расширенном режиме в PSW содержится бит динамической переадресации:
1- любые исполнительные адреса трактуются как логические и для получения реального адреса выполняется динамическая адресация.
Формат команд.
В IBM/370 используются следующие форматы команд:
Reg Reg – 2b
Reg X - 4b
Reg S - 4b
S I - 4b
S - 4b
S S - 6b
Reg Reg:
1b – код операции
1b – номера регистров (2 16-тиричных числа, которые задают пару регистров)
Существует 16 регистров общего назначения (32 бита), 16 управляющих регистров, 4 регистра с плавающей точкой (64 бита – 0, 2, 4, 6).
В Sys/370 используется косвенная адресация, т.е. в команде адрес памяти не задается, а вычисляется определенным образом.
КОП R X BD DD
R – номер регистра
X – индекс (16-тирич. цифра)
В – база (16-тирич. цифра)
0 8 16 24 31 DDD - смещение
- вычисление логического адреса, где
0 – нет индексации,
RX – значение регистра индекса,
RB – значение регистра базы.
S S:
B1D1 D1D1 B2D2 D2D2
По своему назначению команды делятся на следующие классы:
· команды общего назначения (целые данные, логические)
· команды обработки десятичных данных (абс. точность)
· команды обработки чисел с плавающей точкой
· команды управления системой
· команды ввода/вывода
Десятичные данные:
неупакованные упакованные
цифры (до 15) знак знак
Прерывания в IBM/370.
Прерывания – стандартный способ оповещения программы о некоторых событий. Источник прерывания может находиться как в самой программе, так и вне ее, в том числе и вне вычислительной системы.
Классы прерываний:
прерывания по обращению к Supervisor (источником является команда обращения к Supervisor – SVR)
программные прерывания (источником являются особые случаи при обработке программ, программные ошибки и прерывания средств динамической адресации)
внешние прерывания (источником являются средства отсчета времени, другие вычислительные системы, кнопка прерывания на пульте управления)
прерывания ввода/вывода (источником является система ввода/вывода – каналы, УУ и УВВ)
прерывания повторного пуска (источником является кнопка «повторный пуск» на процессоре)
прерывания от схем контроля (источником являются схемы контроля вычислительной машины)
Некоторые прерывания могут быть временно запрещены, т.е. замаскированы.
К маскированным прерываниям относятся отдельные программные прерывания, внешние прерывания, прерывания ввода/вывода и некоторые прерывания схем контроля.
В результате прерывания происходит:
текущее PSW программы записывается в ячейку реальной основной памяти, сопоставляемой данному классу прерываний и называемой старым PSW. из ячейки реальной основной памяти, соответствующей данному классу прерываний и называемой новым PSW, выбирается двойное слово и замещает текущее PSW. выполнение команд продолжается с команды, адрес которой указывается в новом, теперь текущем, PSW данного класса прерываний.
OLD и NEW PSW заранее распределены:
адрес
длина
назначение
NEW PSW повторного пуска
OLD PSW повторного пуска
OLD PSW внешних прерываний
OLD PSW по обращению к SVR
OLD PSW программных прерываний
OLD PSW от прерываний схем контроля
OLD PSW прерываний ввода/вывода
CSW - слово состояние команды
CAW - адресное слово канала
интервальный таймер
NEW PSW внешних прерываний
NEW PSW по обращению к SVR
NEW PSW программных прерываний
NEW PSW прерываний от схем контроля
NEW PSW прерываний ввода/вывода
Код прерывания.
Конкретная причина прерывания уточняется кодом прерывания.
Код - 16-битное поле, которое в режиме BC записывает в сохраненный OLD PSW, а режиме EC - заносится в специально отведенное поле постоянно распределенных областей памяти.
Средства отсчета времени.
В IBM/370 присутствуют следующие средства отсчета времени:
1. Часы - 64-битная ячейка (двойное слово). Обновления происходит таким образом, что каждую микросекунду к содержимому разряда 51 прибавляется 1.
Команды: существует запись в память показания часов и установка часов. Не формируют прерывания.
2. Компаратор - двойное слово; обновление значения его не происходит; используется в качестве будильника: сигнал для внешних прерывания формируется, когда значения часов и компаратора совпадут.
Команды: прочитать значение, установить значение.
3. Программный таймер - двойное слово; каждую микросекунду из разряда 51 отнимается 1. Когда значение равно 0, формируются условия для внешнего прерывания.
4. Интервальный таймер - находится в постоянно распределенной области памяти и занимает 32 бита. Из содержимого 23 бита каждую 1/300 секунды вычитается 1. Когда значение равно 0, формируется прерывание на внешнем носителе.
Лекция 5
Это средство доступно программой, если процессор находится в режиме EC.
Лекция 6
Система ввода/вывода. Адресация. Управление. Данные.
SIO и TIO
Проверить ввод/вывод TIO. По резутьтатам выполнения команды устанавливается признак результата:
0 - УВВ доступно для выполнения операции ввода/вывода (включено, приведено в… 1 - УВВ включено, но хранит прерывание от более ранних операций
Лекция 7
Типы кодов операций:
… … 10 - чтение - канал узнает направление передачи данных
Лекция 8
Обощение по IBM/370.
Система ввода/вывода