Введение. Универсальная модель электронной вычислительной машины (ЭВМ) представляет собой

Универсальная модель электронной вычислительной машины (ЭВМ) представляет собой моделирующий автомат, работающий по схеме Фон Неймана. Такому автомату нужны программы для смысловой работы. Основную их массу составляют прикладные программы (ПП). Между автоматом и ПП находится операционная система (ОС).

ОС появились не сразу. Первые ЭВМ не имели ОС. Программирование велось в машинных кодах. Одна из острейших проблем того времени проявилась в частом перепланировании расположения команд и данных в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) при вставке и удалении команд.

Программисты стали автоматизировать свой труд. Появились языки и системы символического кодирования (ЯСК, ассемблеры, ССК), объединяющие языки программирования и трансляторы с них. ССК взяли на себя заботу планирования памяти для команд и данных. Ими же стали определяться адреса операндов. Это было первое появление системных программ.

ПП имеют массу общих программных фрагментов: чтение файлов, работа с памятью ЭВМ, обработка интервалов времени, переводы чисел из внешнего представления во внутреннее и т.д. Эти запрограммированные заранее фрагменты стали объединять в стандартные библиотеки системных программ.

Хранить трансляторы с ЯСК и стандартные программы на перфокартах оказалось очень не эффективно. Поэтому не первых ЭВМ их стали держать на магнитных лентах (МЛ). Таким образом появились первые библиотеки общего пользования и вместе с ними первые управляющие программы, обслуживающие библиотеки (создание, модификация). Это уже первые прообразы ОС.

Программы необходимо размещать в ОЗУ. На первых машинах этим занимались программисты. При использовании фрагментов из стандартных библиотек часто возникали конфликты по размещению отдельных частей программы в ОЗУ. Программисты пришли к выводу о необходимости настраивать адреса операндов по их фактическому расположению. Это вызвало появление соглашений по оформлению программ. Появились загрузчики, настраивающие ПП на память и запускающие их, т.е. выполняющие функции ОС.

Исходные тексты программ необходимо создавать. Это выполняют текстовые редакторы. Связь отдельных частей программ (модулей, подпрограмм) выполняют программные редакторы (линкеры, редакторы связей, компоновщики). Они представляют системные программы.

Таким образом, все программные средства можно отнести к прикладным либо системным программам.

Все системные программы можно разделить на три группы.

Первая группа - операционные системы, занимающиеся управлением ресурсами. ОС распределяют память, загружают программы, управляют файлами, задачами, памятью, процессами, процессором и другими устройствами.

Ко второй группе относятся системы обслуживания, осуществляющие связь пользователей с ОС. Это интерфейс ОС с пользователем, утилиты, антивирусные и другие программы.

Системы программирования (третья группа) решают языковые проблемы в режиме индивидуального обслуживания. К ним относятся трансляторы, редакторы связей, среды разработки, стандартные библиотеки, отладчики и т.п.

Набор системных программ, работающих согласовано, представляет собой программную систему. Так, чтобы загрузить в память программу, необходимы определенные соглашения по представлению программ во внешней памяти: место и формат длины программы, таблицы настройки на память и ряд других параметров. Вне зависимости от языка готовая к выполнению программа должна быть оформлена стандартным образом, что возможно в пределах одной программной системы. Так MS-DOS и UNIX - это и ОС, и программные системы.

Программы разных программных систем не совместимы в машинном представлении. Программа, написанная под MS-DOS, не пойдет под UNIX и наоборот.

Совокупность ЭВМ и ОС представляет вычислительную систему (ВС), выполняющую функции моделирования обработки, преобразований данных и их пересылку на основе как машинных команд, так и функций ОС через средства прерываний.

При проектировании ОС ее разработчики исходят из следующих предпосылок:

- увеличение производительности всех пользователей (все общее программировать уже не следует);

- удовлетворение наиболее общих потребностей всех пользователей (нет ничего лишнего);

- согласие пользователя с издержками, связанными с услугами ОС, поскольку выгода значительно перекрывает издержки.

Основной критерий эффективности ВС - ее пропускная способность, т.е. объем работ за единицу времени. Она определяется следующими показателями:

- сокращением времени подготовки работ к выполнению на ЭВМ;

- сокращением подготовки программ к выполнению;

- сокращением времени разработки программ;

- сокращением времени ожидания медленнодействующих периферийных устройств;

- уменьшение памяти на внешних устройствах;

- сокращением времени ожидания обмена;

- сокращением времени ликвидации результатов сбоя;

- сокращением времени выполнения больших программ.

Рассмотрим приемы улучшения показателей эффективности ВС.

Сокращением времени подготовки работ к выполнению на ЭВМ проводилось за счет группировки заданий, требующих одни и те же устройства. Устройства распределялись по классам заданий, между классами определялся приоритет. Таким образом уменьшалось время простоя ЭВМ при подготовке периферийных устройств (ПУ). Эти приемы относятся к оптимизации планирования выполнения заданий.

Сокращение подготовки программ к выполнению обеспечили тем, что часто используемые программы (компиляторы, подпрограммы и т.д.) поместили на МЛ, диски, барабаны. Это привело к появлению языков управления заданиями и в дальнейшем командных языков ОС.

Сокращение времени разработки программ связано с распространением алгоритмических языков, компиляторов и интерпретаторов с них.

Для сокращения времени ожидания медленнодействующих периферийных устройств произвели разделение времени ввода программ и данных, счета и вывода на печать. Пока идет ввод или вывод, осуществляется счет другой задачи. Такое разделение называется спуллингом.

Уменьшение памяти на внешних устройствах выполнялось за счет организации обмена данными с ПУ не по одному символу или записи, а по блокам.

Сокращение времени ожидания обмена блоками обеспечили за счет буферизации. Пока обрабатывается один блок, другой считывается в следующий буфер.

Для сокращения времени ликвидации результатов сбоя был разработан метод контрольных точек. Он заключается в записи текущего состояния программы в некоторых точках программы. Повторение начнется не с начала, а с последней контрольной точки.

Сокращение времени выполнения больших программ был обеспечен за счет перекрытия, потребовавшего специальной организации программ. Это так называемые программы с перекрытиями или оверлейные программы.

Дата добавления: 2015-10-02