Операционные системы

1.

Направления подготовки: «Информатика и вычислительная техника» и
«Информационные системы и технологии»
Профили образовательных программ:
«Системотехника и автоматизация проектирования в строительстве»
«Системотехника и информационные технологии управления в
строительстве»
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Москва 2022
МОСКОВСКИЙ
Кафедра «Информационных систем, технологий и
автоматизации в строительстве» (ИСТАС)
Составитель: доцент, доц., к.т.н.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Иванов Николай
Александрович
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

2.

Основные сведения о курсе «Операционные системы»
«Операционные системы»
– научно-техническая дисциплина, основной целью
которой является изучение назначения, функций и
общих структурных решений построения
операционных систем (ОС), углубленного изучения
внутреннего устройства и алгоритмов работы
основных компонентов современных ОС
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

3.

Содержание разделов курса
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

4.

Содержание разделов курса
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

5.

Содержание разделов курса
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

6.

Содержание разделов курса
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

7.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Современные операционные системы. 4-е изд. / Э. Таненбаум, Х. Бос - СПб. : Питер,
2016. - 1120 с.
2. Операционные системы [Текст] : учеб. для вузов / А. В. Гордеев. - 2-е изд. - СПб. : Питер,
2007. - 415 с.
3. Операционные системы [Текст] : [в 2 т.] / Х. М. Дейтел, П. Дж. Дейтел, Д. Р. Чофнес. - 3-е изд.
- М. : Бином-Пресс, 2009 - . Т. 1: Основы и принципы. - 2009. - 1023 с.
4. Сетевые операционные системы [Текст] : [учеб. пособие для вузов] / В. Г. Олифер, Н. А.
Олифер - 2-е изд. - СПб. : Питер, 2009. - 668 с.
5. Операционная система UNIX [Текст] / А. М. Робачевский, С. А. Немнюгин, О. Л. Стесик. - 2-е
изд., перераб. и доп. - СПб. : БХВ-Петербург, 2008. - 635 с.
6. Операционные системы [Электронный ресурс] : методические указания к выполнению
компьютерного практикума для обучающихся по направлениям подготовки 09.03.01
Информатика и вычислительная техника и 09.03.02 Информационные системы и технологии
/ Нац. исслед. Моск. гос. строит. ун-т, каф. информационных систем, технологий и
автоматизации в строительстве ; сост. Н. А. Иванов ; [рец. А. В. Гинзбург]. - Электрон.
текстовые дан. (2,5 Мб). - Москва : МИСИ-МГСУ, 2020.
7. Операционные системы [Электронный ресурс] : методические указания к проведению
практических занятий и выполнению самостоятельной работы по дисциплине
"Операционные системы" для обучающихся по направлениям подготовки 09.03.01
Информатика и вычислительная техника, 09.03.02 Информационные системы и
технологии / Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т., каф. информационных систем,
технологий и автоматизации в строительстве ; сост.: Н. А. Иванов ; [рец. Н. И. Яковлев]. Электрон. текстовые дан. (4,9 Мб). - Москва : НИУ МГСУ, 2018.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

8.

Основные сведения об операционных системах
Тема лекции:
Основные сведения об операционных системах
ВОПРОСЫ:
• ОС как часть вычислительной системы
• История развития операционных систем
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

9.

Вычислительная система
Вычислительная система (ВС) - совокупность
аппаратных и программных средств, образующих
единую среду, предназначенную для решения
практических задач в области информационных
систем и технологий, связанных с получением,
хранением и переработкой информации.
Вычислительная система
Аппаратное обеспечение
(Hardware)
Программное обеспечение
Software
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

10.

История появления термина
Первоначально универсальные ВС создавались на основе
однопроцессорных
ЭВМ
с целью
увеличения
их
быстродействия.
В первых ЭВМ процессоры сами управляли операциями вводавывода. Однако скорости работы внешних устройств были
значительно меньше скорости работы процессора, поэтому
во время операций ввода-вывода процессор фактически
простаивал.
Чтобы сбалансировать их работу в начале 1960-х гг. ЭВМ
начали комплектовать независимыми процессорами вводавывода для параллельного выполнения вычислений
и операций обмена данными, тогда и появился термин
«Вычислительная система».
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

11.

Вычислительная система. Общие признаки
ОПРЕДЕЛЕНИЕ:
Комплекс средств вычислительной техники,
содержащий
не менее двух процессоров/ядер процессоров
или ЭВМ
с
единой системой управления,
имеющих общую память,
единое программное обеспечение ЭВМ
и общие внешние устройства.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

12.

Отличительная особенность ВС от ЭВМ
Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ
является наличие в её составе нескольких
вычислителей, реализующих параллельную обработку.
Вычислительная система
ЭВМ (по фон Нейману)
фон Нейман
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

13.

Классификация вычислительных систем
Вычислительные системы
По назначению
По типу построения
Универсальные
Многомашинные
Специализированные
Многопроцессорные
По типу используемых
ЭВМ или процессоров
По территориальному
признаку
Однородные
Сосредоточенные
Неоднородные
Распределенные
По наличию иерархии
По методам управления
элементами ВС
Одноуровневые
Централизованные
Многоуровневые
Децентрализованные
Смешанное управление
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

14.

Таксономия/Классификация Флинна
Общая классификация архитектур ЭВМ по признакам наличия параллелизма в
потоках команд и данных была предложена Майклом Флинном в 1966 году и
расширена в 1972 году.
Классификация базируется на понятии потока, под которым понимается
последовательность элементов (команд или данных), обрабатываемая
процессором.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

15.

Класс SISD / ОКОД
SISD (Single Instruction stream / Single Data stream)
ОКОД — вычислительная система с одиночным потоком команд
и одиночным потоком данных.
УУ – устройство управления
ПК – поток команд
ПД – поток данных
К этому классу относятся классические последовательные машины
(машины фон-неймановского типа).
В таких машинах есть только один поток команд, все команды
обрабатываются последовательно друг за другом, и каждая команда
инициирует одну операцию с одним потоком данных.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

16.

Класс SIMD / ОКМД
SIMD (Single Instruction stream / Multiple Data stream)
ОКМД — вычислительная система с одиночным потоком команд
и множественным потоком данных
УУ – устройство управления
ПК – поток команд,
ПД – поток данных
Типичными представителями SIMD
являются векторные процессоры, обычные
современные процессоры, когда работают в
режиме выполнения команд векторных
расширений, а также особый подвид
с большим количеством процессоров —
матричные процессоры.
Кроме того, современные видеокарты
можно рассматривать как векторные
сопроцессоры.
В SIMD-машинах один процессор загружает одну инструкцию, набор данных к
ней и выполняет операцию, описанную в этой инструкции, над всем набором
данных одновременно. При выполнении векторной команды одна и та же
операция применяется ко всем элементам вектора.
Векторные команды оперируют целыми массивами независимых данных, т.е.
команда вида A=B+C означает сложение двух массивов, а не двух чисел.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

17.

Класс MISD / МКОД
MISD (Multiple Instruction, Single Data).
МКОД — Вычислительная система со множественным потоком команд
и одиночным потоком данных
УУ – устройство управления
ПК – поток команд,
ПД – поток данных
К классу MISD обычно относят
вычислительные системы с горячим
резервированием.
Отказоустойчивые компьютеры,
выполняющие одни и те же команды
избыточно с целью обнаружения и
устранения ошибок, возникающих из-за
неисправности оборудования.
На практике ЭВМ с MISD-архитектурой было создано немного, поскольку эта
архитектура значительно уступает другим видам архитектуры,
обеспечивающим параллельные вычисления, в части масштабирования и
использования вычислительных ресурсов.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

18.

Класс MIMD / МКМД
MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data).
МКМД — Вычислительная система со множественным потоком команд
и множественным потоком данных
УУ – устройство управления
ПК – поток команд,
ПД – поток данных
Класс MIMD включает в себя
многопроцессорные системы, где
процессоры обрабатывают
множественные потоки данных.
Сюда принято относить:
- традиционные мультипроцессорные
машины;
- многоядерные процессоры;
- компьютерные кластеры.
Вычислительные системы класса MIMD различаются в зависимости от того,
имеет ли процессор свою собственную локальную память и обращается к
другим блокам памяти, используя коммутирующую сеть, или коммутирующая
сеть подсоединяет все процессоры к общедоступной памяти.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

19.

Многопроцессорные MIMD-машины
с распределенной памятью
DM-MIMD (distributed memory MIMD)
У каждого процессора имеется
своя собственная локальная
память (Mi), которая не видна
другим процессорам.
Каждый процессор в такой
системе выполняет свою задачу
со своим набором данных в
своей локальной памяти.
Если процессору нужны данные из памяти другого процессора, данный
процессор обменивается с другим процессором сообщениями или использует
возможности системы прерываний. В первом случае используется модель
программирования с обменом сообщениями, во втором – специальный вид
внешних прерываний «прерывание для прямого обращения в память».
Главное преимущество DM-MIMD машин — их высокая масштабируемость,
позволяющая создавать массово-параллельные системы из нескольких сотен
тысяч процессоров.МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

20.

Многопроцессорные машины и многоядерные процессоры
с общей памятью
SM-MIMD (shared memory MIMD)
Cu = Устройство управления,
IS = Поток команд
PU = Вычислительное устройство
DS = Поток данных
В таких машинах память каждому
процессору видна как общее адресное
пространство, и процессоры
обмениваются друг с другом данными
по общей адресной шине через общие
переменные (shared variables).
Для каждого процессора доступ к
любому участку памяти является
одинаковым.
Достоинства:
относительно легко программировать,
поддержка симметричной
многопроцессорности (Symmetric
Multiprocessing, SMP) существует уже
давно во всех ведущих операционных
системах.
Недостаток: невысокая масштабируемость: чем больше процессоров в
системе, тем выше становится нагрузка на общую шину. В коммерческих
вариантах таких систем максимальное число процессоров не превышает 64.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

21.

Цели создания вычислительных систем
Цели создания вычислительных систем
Повышение
производительности системы
за счет ускорения процессов
обработки данных
Повышение надежности и
достоверности вычислений
Предоставление
пользователям
дополнительных сервисных
услуг
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

22.

Критерии оценки эффективности работы ВС
Основные критерии оценки
эффективности работы
вычислительных систем
Производительность ВС
Удобство работы
пользователя
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

23.

Аппаратная часть вычислительной системы
Вычислительная система (ВС) - совокупность аппаратных и
программных
средств,
образующих
единую
среду,
предназначенную для решения практических задач в области
информационных систем и технологий, связанных с получением,
хранением и переработкой информации.
Вычислительная система
Аппаратное обеспечение
(Hardware)
Программное обеспечение
Software
Аппаратная составляющая – набор конструктивно и функционально
законченных элементов (модулей), соединенных по определенным
правилам с использованием определенных интерфейсов.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

24.

Основополагающие принципы проектирования ВС
Принципы проектирования ВС
Принцип модульности
Принцип открытой
архитектуры
Принцип модульности предполагает, что система построена из
конструктивно и функционально законченных элементов - модулей
(процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком
магнитном диске).
Принцип открытой архитектуры предполагает, что любой желающий
может получить информацию о том, из каких элементов состоит ЭВМ и
по каким правилам эти элементы соединяются.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

25.

Архитектура и структура ЭВМ
Под архитектурой ЭВМ понимают все то, что предоставляется
пользователю на уровне псевдо-машинного языка (ассемблера): состав и
разрядность регистров процессора, состав и форматы команд, способы
взаимодействия основных аппаратных модулей вычислительной системы.
Реализацию выбранной архитектуры с помощью конкретных комплектующих
принято называть структурой ЭВМ.
Архитектура ЭВМ
с общей памятью
(большие машины)
с общей шиной (малые ЭВМ
и персональные
компьютеры)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

26.

Архитектура с общей памятью
При разработке данного вида архитектуры ЭВМ упор был сделан на разделение
процессов ввода-вывода информации и ее обработки.
Тесно взаимосвязанные
арифметико-логического
устройство (АЛУ) и
устройство управления
(УУ) получили название
процессор, т.е. устройство,
предназначенное для
обработки данных.
В схеме ЭВМ появились дополнительные устройства, которые имели
названия: процессоры ввода-вывода или каналы ввода-вывода (КВВ).
Последнее название получило наибольшее распространение применительно
к большим ЭВМ. Здесь наметилась тенденция к децентрализации
управления и параллельной работе отдельных устройств, что позволило
резко повысить быстродействие ЭВМ в целом.
Среди каналов ввода-вывода выделяли мультиплексные каналы, способные
обслуживать большое количество медленно работающих устройств вводавывода (УВВ), и селекторные каналы, обслуживающие в многоканальных
режимах скоростные
внешние запоминающие устройства (ВЗУ).
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

27.

Архитектура с общей шиной
Появившийся в мини-ЭВМ и получивший широкое распространение в персональных
ЭВМ, этот вид архитектуры предполагает, что соединение всех устройств в единую
машину обеспечивается с помощью общей шины, представляющей собой линии
передачи данных, адресов, сигналов управления и питания.
Единая система аппаратурных
соединений значительно
упростила структуру, сделав ее
еще более децентрализованной.
Все передачи данных по шине
осуществляются под управлением
сервисных программ.
В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы
распространен как на периферийные устройства, так и на сами процессоры.
Появились вычислительные системы, содержащие несколько вычислителей
(ЭВМ или процессоры), работающие согласованно и параллельно.
Внутри самой ЭВМ произошло еще более резкое разделение функций между
средствами обработки: появились отдельные специализированные
процессоры, например сопроцессоры, выполняющие обработку чисел с
плавающей точкой, матричные процессоры и др.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

28.

Ведущие и ведомые устройства общей шины
В один момент времени через общую шину могут
взаимодействовать одна или несколько пар
устройств, одно из которых «ведущее», а второе «ведомое».
Все передачи инициируются и прекращаются
ведущим устройством; оно может передавать
данные ведомому устройству или запрашивать
данные от/из ведомого устройства.
Каждое ведомое устройство идентифицируется с
помощью адреса (как правило, 8-битного); ведущее
устройство должно знать эти адреса, чтобы
общаться с конкретным ведомым устройством.
Метки «ведущий/master» и «ведомый/slave» по своей сути непостоянны: как правило,
любое устройство может функционировать и как ведущее, и как ведомое устройство,
если оно содержит необходимое аппаратное и/или программное обеспечение.
На практике, однако, некоторые устройства всегда выполняют функции ведущего
устройства (процессор), а другие – только функции ведомого устройства
(оперативная память).
В один момент времени одно ведомое устройство может входить только в одну
пару «ведущий/ведомый».
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

29.

Общая шина и её виды в ПК
Шина — это устройство, которое
позволяет связать между собой
несколько компонентов компьютера.
Шины можно разделить на два типа:
системные шины или внутренние
шины компьютера, с помощью
которых процессор соединяется с
основными компонентами
компьютера на материнской плате,
такими как память.
шины ввода/вывода - предназначены
для подключения различных
периферийных устройств,
подключаются к системной шине
через мост, который реализован в
виде микросхем процессора.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

30.

Пример практической реализации
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

31.

Основные характеристики шины
Разрядность шины определяется числом параллельных проводников,
входящих в нее. Первая шина ISA для IBM PC была восьмиразрядной,
т.е. по ней можно было одновременно передавать 8 бит. Системные
шины современных ПК, например, Pentium IV – 64-разрядные.
Частота шины, выражаемая в гигагерцах (ГГц), определяет
промежуток времени, в течение которого выполняется передача
информации в объёме, соответствующем разрядности шины.
Пропускная способность шины определяется количеством байт
информации, передаваемых по шине за секунду.
Пропускная способность шины = (Тактовая частота)х (Кол-во байтов
информации, передаваемых за 1 такт)
Пример:
Если шина является 64-битной, это значит, что за один такт по шине
можно передать 64 бита, или 8 байт.
Соответственно для 400-мегагерцевой шины пропускная способность
шины составит 3,2 Гбайт/с (400 МГц×8 байт).
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

32.

Наиболее распространенные типы шин ввода-вывода
Именно к этим шинам
подключаются такие
компоненты компьютера,
как сетевая карта,
видеокарта, звуковая карта,
жесткий диск и другие
внешние устройства.
• ISA — Industry Standard
Architecture;
• VESA — Video Electronics
Standards Association;
• PCI — Peripheral
Component Interconnect;
• AGP — Accelerated Graphics
Port;
• PCI-E — Peripheral
Component Interconnect
Express;
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

33.

Шина ISA
Была разработана компанией IBM для использования в компьютере IBM PCXT. Эта шина имела разрядность 8 бит.
Для компьютера IBM PC-AT на базе процессора 80286 была сделана
модификация конструкции шины, позволявшая передавать 16 бит данных за
раз.
Первая версия шины
работала на частоте
процессора — 4,77 МГц, во
второй реализации частота
была увеличена до 8 МГц.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

34.

Шина VESA
Была разработана для стандартизации способов передачи видеосигнала и
решения проблемы попыток каждого производителя придумать свою шину.
Слоты VESA имели дополнительные наборы разъемов, а поэтому сами карты
были крупными. Тем не менее сохранялась совместимость с ISA.
Шина VESA имела 32 битный канал передачи данных и работала на той же
тактовой частоте, что и центральный процессор (25 и 33 МГц).
Это стало проблемой: частота процессора увеличивалась и должна была расти
скорость видеокарт, а чем быстрее периферийные устройства, тем они дороже.
Из-за этой проблемы шина VESA со временем была заменена на PCI.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

35.

Материнская плата с контроллером дисковой
подсистемы на шине VESA
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

36.

Контроллер дисковой подсистемы на шине VESA
Дополнительные
разряды VESA
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

37.

Сравнение шин VESA и ISA
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

38.

Шина PCI
Шина PCI (Peripheral Component Interconnect) была разработана Intel в 1993 году
для процессора Pentium. С помощью этой шины соединяется процессор с
памятью и другими периферийными устройствами.
PCI поддерживает передачу 32 и 64 разрядных данных, количество
передаваемых данных было равно разрядности процессора, 32 битный
процессор использует 32 битную шину, а 64 битный — 64 битную.
Работает шина на частоте 33 МГц.
Все карты PCI поддерживают Plug and Play. Это значит, что пользователь может
подключить новую карту, включить компьютер и она будет автоматически
распознана и настроена.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

39.

Видео-адаптер с шиной PCI
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

40.

Шина AGP
Разработка новой шины была вызвана необходимостью передачи видео высокого
качества с большой скоростью. Accelerated Graphics Port (AGP) подключается к процессору
и работает со скоростью шины процессора. Это значит, что видеосигналы будут намного
быстрее передаваться на видеокарту для обработки.
AGP использует оперативную память компьютера для хранения 3D изображений. По
сути, это дает видеокарте неограниченный объем видеопамяти. Чтобы ускорить передачу
данных, компания Intel разработала AGP как прямой путь передачи данных в память.
Диапазон скоростей передачи — 264 Мбит до 1,5 Гбит.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

41.

Модификации AGP: AGP 1.0
Первая версия (спецификация AGP 1.0) AGP 1x используется
редко, поскольку не обеспечивает необходимой скорости работы
с памятью в режиме DME.
Сразу же при проектировании была добавлена возможность
посылать 2 блока данных за один такт — это AGP 2x.
DME (англ. Direct in Memory Execute) — в этом режиме основная и
видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве,
которое эмулируется с помощью таблицы отображения адресов (
англ. Graphic Address Remapping Table, GART) блоками по 4 Кб.
Таким образом копировать данные из основной памяти в
видеопамять уже не требуется, этот процесс называют
AGP-текстурированием.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

42.

Модификации AGP: AGP 2.0
В 1998 году вышла вторая версия (спецификация
AGP 2.0) — AGP 4x, которая могла пересылать
уже 4 блока за один такт и обладала пропускной
способностью около 1 ГБ/с.
Уровень напряжения вместо обычных 3,3В был
понижен до 1,5В.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

43.

Проблемы совместимости версий AGP
Разъем и карта AGP 1.0.
Сигнальные уровни — 3.3V.
«Зуб» и выемка под него
Разъем и карта AGP 2.0.
Сигнальные уровни — 1.5V.
«Зуб» и выемка под него
Карта и разъем AGP
1.0/2.0 (Универсальные).
Сигнальные уровни
настраиваются, 3.3V или
1.5V.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

44.

AGP 1.0 видео-адаптер
Ключ формата AGP 1.0
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

45.

Универсальный AGP 1.0/2.0 видео-адаптер
«универсальный ключ»
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

46.

Окончание периода AGP
С середины 2000-х
материнские платы со слотами
AGP практически не
выпускаются - стандарт AGP
был повсеместно вытеснен на
рынке более быстрым и
универсальным PCI Express.
Массовая замена разъема AGP
на PCI-Express в новых
продуктах началась с середины
2004 года, и уже в 2006 году
процесс перехода был, в
целом, завершен.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

47.

PCI—Express – последовательная универсальная шина
Является общей, объединяющей шиной для всех узлов системной
платы, в которой соседствуют все подключённые к ней устройства.
Пришла на замену устаревающей
шине PCI и её вариации AGP
по причине возросших
требований к пропускной
способности шины
и
невозможности за разумные
средства улучшить скоростные
показатели последних.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

48.

PCI—Express – последовательная универсальная шина
Шина выступает как коммутатор,
просто направляя сигнал из
одной точки в другую, не
изменяя его.
Это позволяет без явных потерь
скорости с минимальными
изменениями и ошибками
передать и получить сигнал.
Данные по шине
идут одновременно в обе
стороны с одинаковой скоростью.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

49.

Аппаратная часть вычислительной системы
Вычислительная система (ВС) - совокупность аппаратных и
программных
средств,
образующих
единую
среду,
предназначенную для решения практических задач в области
информационных систем и технологий, связанных с получением,
хранением и переработкой информации.
Вычислительная система
Аппаратное обеспечение
(Hardware)
Программное обеспечение
Software
Упомянутый ранее принцип модульности применяется и в отношении
второй составляющей вычислительной системы – программного
обеспечения (ПО) ВС.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

50.

Классификация программного обеспечения
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

51.

Основные сведения об операционных системах
Операционная система (ОС) – комплекс управляющих и обрабатывающих
программ, который,
с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера
и пользователем с его задачами,
а с другой – предназначен для наиболее эффективного использования
ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
В соответствии с этим определением
ОС выполняет две группы функций:
- предоставление пользователю или
программисту вместо реальной
аппаратуры компьютера абстрактной
виртуальной машины, с которой
удобней работать и которую легче
программировать;
- повышение эффективности
использования компьютера путем
рационального управления его
ресурсами в соответствии с
некоторым критерием.
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

52.

ОС как виртуальная машина
Если бы программист работал непосредственно с аппаратурой компьютера
без участия ОС, то для организации чтения блока данных с диска ему
пришлось бы использовать более десятка команд с указанием множества
параметров: номера блока на диске, номера сектора на дорожке и т. п.
Виртуальная машина тоже управляется командами, но это уже команды
другого, более высокого уровня: удалить файл с определенным именем,
запустить на выполнение некоторую прикладную программу, повысить
приоритет задачи, вывести текст из файла на печать.
В результате реальная машина, способная выполнять только небольшой
набор элементарных действий, определяемых ее системой команд,
превращается в виртуальную машину, выполняющую широкий набор гораздо
более мощных функций.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС

53.

ОС как система управления ресурсами
К числу основных ресурсов современных вычислительных
систем могут быть отнесены такие ресурсы, как число
процессоров и время их работы, основная память, диски и
свободное место на них, принтеры, сетевые устройства и т.д.
Ресурсы распределяются
между процессами.
Процесс (задача)
представляет собой
базовое понятие
большинства
современных ОС и часто
кратко определяется как
программа в стадии
выполнения.
Критерии эффективности, в соответствии с которыми ОС организует
управление ресурсами компьютера, может быть различным.
Например, в одних системах важен такой критерий, как пропускная
способность вычислительной системы, в других — время ее реакции.
Соответственно выбранному критерию эффективности операционные
системы по-разному организуют работу вычислительной системы.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра ИСТАС