Структура вычислительной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Структура вычислительной системы

1. Структура вычислительной системы

Современная ЭВМ - много сложного оборудования, для согласованной работы которого требуется много ПО. Для пользователя удобным является по возможности неизменный интерфейс в стиле: выполнить программу, скопировать файл и т.д.

Аппаратная часть:

Как правило, скорость обмена с ПУ меньше скорости работы ЦП и ОЗУ. Скорость обмена для ПУ всегда больше скорости доступа. Кроме того, ПУ могут сильно отличаться по физической структуре (жёсткий диск и накопитель на магнитной ленте). В этом случае связь ЦП с ПУ осуществляется через канал.

ЦП быстрее взаимодействует с БУУ, а дальше БУУ самостоятельно взаимодействует с ПУ, а ЦП может выполнять другие задачи.

Для того чтобы информировать ЦП о завершении операции, была введена система прерываний. Прерывание - принудительная передача управления от программы к системе, происходящая при выполнении внешнего условия.

Программное обеспечение:

ПО нужно для адаптации технических возможностей ЭВМ под запросы пользователей и организации эффективного распределения ресурсов системы. Ресурс - это любой объект, который может быть распределён внутри системы. Обычно программы работают с ресурсами в режиме разделения - предоставления ресурса задаче на определённое время. Это время называется квантом. Время квантования для разных ресурсов может сильно отличаться. Ресурсами можно управлять децентрализовано и централизовано. При децентрализованном управлении задачи сами передают ресурс друг другу и должны знать о существовании друг друга, а при централизованном этим занимаются специальные программы, входящие в состав ОС. Задача распределения ресурсов является одной из основных для ОС.

При работе с медленными ПУ чтобы каждый раз не обращаться к БУУ организовывается буферизация данных. Общепринятой считается буферизация ввода\вывода. Этим занимаются специальные программы (спулеры).

Трансляторы - это наиболее интенсивно используемое ПО. Они тесно взаимодействуют с вычислительной системой с помощью служебного интерфейса, который нужно тщательно продумать.

Файловая система является важной частью ПО. Доступ к информации обычно осуществляется записями. Существует 2 способа записи: последовательный и прямой.

2. Предмет и задачи СПО

ПО можно разделить на 2 части: системное и прикладное. Прикладное ПО - совокупность программ для решения конкретных задач, которые систематически используются в данной организации. Специализированные комплекты программ для решения конкретных задач называются пакетами прикладных программ (ППП). При создании ППП применяются методы инженерных, экономических расчётов, метода вычислительной математики, теории оптимизации и т.д. Состав ПО определяется решаемыми задачами.

Системное ПО - комплекс управляющих программ и описаний для обеспечения технического функционирования вычислительной системы, а так же разработку, отладку и выполнение программ пользователей. Состав СПО мало зависит от характера решаемых задач и определяется аппаратурой.

Разработкой СПО занимается специальная дисциплина - системное программирование. Предмет СП - теория и методы разработки и эксплуатации СПО.

По функциональному назначению и применяемым методам в СПО можно выделить операционные система и система программирования. Операционная система (ОС) - комплекс управляющих программ, обеспечивающих техническое функционирование вычислительной системы, включая диагностику неисправностей, использование ресурсов и решение задач пользователей. Кроме того, ОС часто управляет вводом\выводом, обменом данными между разными частями системы и ведение файлового архива (данные на внешних ЗУ). ОС можно рассматривать как программное продолжение и расширение аппаратной части вычислительной системы. Основная задача ОС - распределение ресурсов вычислительной системы для обеспечения максимальной производительности системы. Система программирования - комплекс средств, обеспечивающих автоматизацию программирования и отладки программ. К ним относятся - трансляторы, библиотеки стандартных подпрограмм, языки программирования, отладочные программы. Эти элементы облегчают и повышают производительность труда программистов. Программные компоненты ОС выполняются под управление ОС наравне с прикладными программами.

3. Эволюция СПО

1. Единичные программы создаются в машинных кодах, отладка велась в оперативном режиме вручную оператором, который выполнял загрузку. Обмен не был совмещён с работой ЦП. Средство взаимодействия с оператором - пульт (электрическая пишущая машинка).

2. С увеличением объёма памяти стали применяться простейшие символические ассемблеры, создаются самозагружающиеся программы (оператор только инициирует ввод). В качестве периферии - АЦПУ (алфавитно-цифровое пишущее устройство). Автономная отладка - распечатывался DUMP памяти на АЦПУ. Для ясности карты памяти она аппаратно очищалась перед загрузкой задания.

3. Увеличивается сложность задач, появляются трансляторы, символические ассемблеры, интерпретаторы и компиляторы. В Гарвардском университете в 1952 г. появился MARK 4 с аппаратным макрорасширением. В 1955 г. была разработана символическая оптимизирующая ассемблерная программа (SOAP) на машине IBM650. В 1956г. появились интерпретатор Bell для IBM 650 и трансляторы FORTRAN и ALGOL.

4. Развитие ПУ: считыватели перфолент, перфокарт, магнитных лент. Начали совмещать работу ЦП с работой ПУ. Нужно было точно оценивать время работы алгоритма, чтобы вовремя остановить перемотку ленты. Из-за большого разнообразия ПУ стали создавать УПД (устройства подготовки данных). В 1958г. появилась буферизация МЛ, программы переноса данных - прообразы систем программирования. Оператор по инструкции программиста загружал программу в определённое место памяти, ставил ленты в магнитофоны, загружал регистры, устанавливал переключатели на пульте и запускал программу. Возникало много ошибок. Магнитофоны можно было переключать на коммутационной панели. Для них были введены физические и логические адреса. Для коротких работ для увеличения эффективности все задачи записывались на входную ленту, а результат выводился на выходную ленту. Мастерство операторов во многом определяло надёжность всей системы, поэтому их функции, начиная с 60-х, начали реализовывать в специальных программах, которые называются мониторами. Они могли выполнять команды оператора и программиста.

5. Трансляторы стали менее машинно-ориентированны, условная трансляция, макро, этап компоновки, библиотеки (чтобы избежать ненужной многократной трансляции). Обработка ошибок возлагалась на систему прерываний.

6. В 1961 г. появился конвертор данных на базе IBM 1401, табулятор.

7. Магнитофон, конвертор и ЭВМ находились рядом:

а) физический перенос ленты;

б) ручное переключение магнитофонов;

в) программное переключение магнитофонов.

8. В 1953 г. появился закон Гроша - мощность ЭВМ пропорциональна квадрату стоимости. Услуги больших ЭВМ получаются дешевле, функции конвертора снова отдали им. Программам ввода\вывода отводилось специальное место в ОЗУ. Параллельный с вычислениями обмен с ПУ получил название SPOOLING (зачатки мультипрограммирования).

9. Появились магнитные диски - дешёвая внешняя память (в сравнении с магнитными барабанами). Сначала были несъёмные диски, потом съёмные и пакеты. Основное их преимущество - это устройства с прямым доступом и большой ёмкостью. Применение - системы ПВО, резервирование билетов.

10. Многотерминальный режим. Каждый терминал был предназначен для отдельного пользователя, но фактически выполнял функции пульта оператора ЭВМ (т.е. взаимодействие с пользователем было не диалоговым). Снова вернулись к оперативной отладке, но уже не в монопольном режиме.

11. ОС стали содержать системы ввода\вывода, планировщик и диспетчер. Все эти системы использовали систему прерываний.

12. Многопроцессорные системы - увеличение производительности системы, увеличение надёжности (горячее резервирование), использование спецпроцессоров (FPU).

13. Появилось много языков программирования. Услугами ЭВМ начинают пользоваться люди разных профессий. Появились интерактивные ОС.

14. Появились фоново-оперативные ОС (оперативный режим как правило диалог, фоновый - какая-либо пакетная задача).

15. С появлением МП закон Гроша утратил свою силу, стали появляться мини- и микроЭВМ.

16. Появляются однокристальные ЭВМ - существенно снижается стоимость микроЭВМ, их выпуск ориентируется на бытовое использование.

17. С появлением дешёвых МП появляются персональные компьютеры (конец 90-х). Компьютеры IBM имели открытую архитектуру, что привело к их популярности.

18. Первые ОС однозадачные, затем появляются многозадачные системы на PC. Пользовательский интерфейс: алфавитно-цифровой -> графический -> многооконный.

19. Для ПК существует много ОС. Они все многозадачные, многопользовательские.

20. Развитие сетей.

программа пользователь технический

Размещено на Allbest.ru