Внешние запоминающие устройства.

Внешние запоминающие устройства (ВЗУ) определяют один из основных ресурсов компьютера - объем внешней памяти для длительного хранения программного обеспечения и данных.

1)Жесткие диски.

2)Магнитные носители.

3)Гибкие диски.4)Оптические диски.

5)Магнитно – оптический носитель.

6)Флэш-память.

Основные характеристики ВЗУ: объем информации, которая может храится на ВЗУ, время доступа к необходимой информации.

К основным характеристикам ВЗУ обычно относят:

1. максимальный объем хранимой информации;

2. скорость передачи информации;

3. среднее или максимальное время доступа.

Все эти характеристики во многом определяются одной – плотностью записи информации на магнитном носителе.

28)Поясните, как формулы алгебры логики и двоичная арифметика находят воплощение в логических схемах ЭВМ на примерах сумматора и триггера.

Триггер — это логическое устройство, способное хранить 1 бит информации. К триггерам относятся устройства, имеющие два устойчивых состояния. Простейший триггер — RS-триггер, образован из двух элементов И-НЕ (или ИЛИ-НЕ). Он позволяет запоминать 1 бит информации, поскольку информация в компьютере представляется в двоичном виде.

Cхема RS-триггера

    Действие RS-триггера поясняется в приведенной ниже таблице истинности. S-вход установки (Set), R-вход сброса (Reset).

     В обычном (исходном) состоянии на входы триггера поданы 1. Для записи информации на вход R подан 0. Для сброса информации и подготовки к приёму новой информации на вход S подается 0 и триггер вернётся в исходное состояние(один триггер запоминает 1 бит информации)

Сумматор

    В целях максимального упрощения работы компьютера все многообразие математических операций сводится к сложению двоичных чисел. Поэтому главной частью процессора является сумматор.

    Сумматор — это электронная логическая схема, выполняющая суммирование двоичных чисел. Сумматор служит, прежде всего, центральным узлом арифметико-логического устройства компьютера, однако он находит применение также и в других устройствах машины. Много разрядный двоичный сумматор, предназначенный для сложения много разрядных двоичных чисел, представляет собой комбинацию одноразрядных сумматоров, с рассмотрения которых мы и начнём.

    Условное обозначение одноразрядного сумматора

Полусумматорами называются устройства с двумя входами и двумя выходами, на которых вырабатываются сигналы суммы и переноса. Полусумматор реализует лишь часть задачи суммирования, так как не учитывает входной величины – переноса из соседнего младшего разряда в данных(см. рисунки 3.2.3.1 и 3.2.3.2). В таблице 3.2.3.1 приведена таблица истинности полусумматора. На рисунке 3.2.3.3 приведена временная диаграма работы полуссуматора.

Xi	Yi	Si	PI+1
0	0	0	0
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

    

При сложении чисел A и B в одном i-ом разряде приходится иметь дело с тремя цифрами:

1. цифра a_i первого слагаемого;

2. цифра b_i второго слагаемого;

3. перенос p_i–1 из младшего разряда.

     В результате сложения получаются две цифры:

1. цифра ci для суммы;

2. перенос pi из данного разряда в старший.

    Таким образом, одноразрядный двоичный сумматор есть устройство с тремя входами и двумя выходами.     Если требуется складывать двоичные слова длиной два и более бит, то можно использовать последовательное соединение таких сумматоров, причём для двух соседних сумматоров выход переноса одного сумматора является входом для другого.

29) Программное обеспечение (ПО) ЭВМ. Основные составляющие, их назначение. Интерфейс расширенной машины и интерфейс пользователя.

Программное обеспечение — это совокупность программ, позволяющих осуществить на компьютере автоматизированную обработку информации. Программное обеспечение делится на системное (общее) и прикладное (специальное).

Системное программное обеспечение обеспечивает функционирование и обслуживание компьютера, а также автоматизацию процесса создания новых программ. К системному программному обеспечению относятся: операционные системы и их пользовательский интерфейс; инструментальные программные средства; системы технического обслуживания.

Операционная система — обязательная часть специального программного обеспечения, обеспечивающая эффективное функционирование персонального компьютерра в различных режимах, организующая выполнение программ и взаимодействие пользователя и внешних устройств с ЭВМ.

Пользовательский интерфейс (сервисные программы) — это программные надстройки операционной системы (оболочки и среды), предназначенные для упрощения общения пользователя с операционной системой.Программы, обеспечивающие интерфейс, сохраняют форму общения (диалог) пользователя с операционной системой, но изменяют язык общения (обычно язык команд преобразуется в язык меню). Сервисные системы условно можно разделить на интерфейсные системы, оболочки операционных систем и утилиты.Интерфейсные системы — это мощные сервисные системы, чаще всего графического типа, совершенствующие не только пользовательский, но и программный интерфейс операционных систем, в частности, реализующие некоторые дополнительные процедуры разделения дополнительных ресурсов.Оболочки операционных систем предоставляют пользователю качественно новый по сравнению с реализуемым операционной системой интерфейс и делают необязательным знание последнего.Утилиты автоматизируют выполнение отдельных типовых, часто используемых процедур, реализация которых потребовала бы от пользователя разработки специальных программ. Многие утилиты имеют развитый диалоговый интерфейс с пользователем и приближаются по уровню общения к оболочкам.Инструментальные программные средства (системы программирования) — обязательная часть программного обеспечения, с использованием которой создаются программы. Инструментальные программные средства включают в свой состав средства написания программ (текстовые редакторы); средства преобразования программ в вид, пригодный для выполнения на компьютере (ассемблеры, компиляторы, интерпретаторы, загрузчики и редакторы связей), средства контроля и отладки программ.Текстовые редакторы позволяют удобно редактировать, формировать и объединять тексты программ, а некоторые — и контролировать синтаксис создаваемых программ.Программа, написанная на алгоритмическом языке, должна быть преобразована в объектный модуль, записанный на машинном языке (в двоичных кодах). Подобное преобразование выполняется трансляторами (ассемблером — с языка Assembler и компиляторами — с языков высокого уровня). Для некоторых алгоритмических языков используются интерпретаторы, не создающие объектный модуль, а при каждом очередном выполнении программы переводящие каждую ее отдельную строку или оператор на машинный язык. Объектный модуль обрабатывается загрузчиком — редактором связей, преобразующие его в исполняемую машинную программу.Средства отладки позволяют выполнять трассировку программ (пошаговое выполнение с выдачей информации о результатах исполнения), производить проверку синтаксиса программы и промежуточных результатов в точках останова, осуществлять модификацию значений переменных в этих точках.Системы технического и сервисного обслуживания представляют собой программные средства контроля, диагностики и восстановления работоспособности компьютера, дисков и т. д.Прикладное программное обеспечение обеспечивает решение пользовательских задач. Ключевым понятием здесь является пакет прикладных программ.Пакет прикладных программ — это совокупность программ для решения круга задач по определенной тематике или предмету. Различают следующие типы пакетов прикладных программ:

1. общего назначения — ориентированы на автоматизацию широкого круга задач пользователя (текстовые процессоры, табличные редакторы, системы управления базами данных, графические процессоры, издательские системы, системы автоматизации проектирования и т. д.);

2. методо-ориентированные — реализация разнообразных экономико-математических методов решения задач (математического программирования, сетевого планирования и управления, теории массового обслуживания, математической статистики и т. д.);

3. проблемно-ориентированные — направлены на решение определенной задачи (проблемы) в конкретной предметной области (банковские пакеты, пакеты бухгалтерского учета, финансового менеджмента, правовых справочных систем и т. д.).

К прикладному программному обеспечению относятся сервисные программные средства, которые служат для организации удобной рабочей среды пользователя, а также для выполнения вспомогательных функций (информационные менеджеры, переводчики и т. д.).

30. Операционная система (ОС) ЭВМ. Назначение. Выполнение прикладной программы под управлением ОС.

ОПЕРАЦИО́ННАЯ СИСТЕ́МА (ОС) ЭВМ, программа или комплекс программ, постоянно находящихся в памяти ЭВМ; организует общее управление устройствами машины и ее взаимодействие с пользователем. Обеспечивает запуск и работу всех остальных программ. В частности, ОС выполняет: управление памятью, вводом-выводом, файловой системой, взаимодействием процессов; диспетчеризацию процессов; защиту и учет использования ресурсов. Часто она включает в себя значительную часть специализированных сервисных или вспомогательных программ.

Назначение ОС - организация вычислительного процесса в вычислительной системе, рациональное распределение вычислительных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса ( Интерфейс - совокупность аппаратуры и программных средств, необходимых для подключения периферийных устройств к ПЭВМ) между пользователем и ВС, т.е. ОС предоставляет пользователю виртуальную ВС. Это означает, что ОС в значительной степени формирует у пользователя представление о возможностях ВС, удобстве работы с ней, ее пропускной способности.

30. Операционная система ЭВМ. Понятие ресурса и процесса. Управление процессами.

Ресурсом является любой компонент ЭВМ и предоставляемые им возможности: центральный процессор, оперативная или внешняя память, внешнее устройство, программа и т. д.

Проце́сс — выполнение пассивных инструкций компьютерной программы на процессоре ЭВМ. Стандарт определяет процесс как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих действий, преобразующих входящие данные в исходящие.Компьютерная программа сама по себе это только пассивная совокупность инструкций, в то время как процесс — это непосредственное выполнение этих инструкций. Часто процессом называют выполняющуюся программу и все её элементы: адресное пространство, глобальные переменные, регистры, стек, открытые файлы и т. д.

Процесс может включать в себя несколько задач. В качестве примеров можно назвать следующие процессы (задачи): выполнение прикладных программ пользователей, утилит и других системных обрабатываю­щих программ. Процессами могут быть редактирование какого-либо текста, трансляция исходной программы, ее компоновка, исполнение. Причем трансля­ция какой-нибудь исходной программы является одним процессом, а трансля­ция следующей исходной программы — другим процессом, поскольку, хотя транслятор как объединение программных модулей здесь выступает как одна и та же программа, но данные, которые он обрабатывает, являются разными. Определение концепции процесса преследует цель выработать механизмы распре­деления и управления ресурсами. Понятие ресурса, так же как и понятие процесса,является, пожалуй, основным при рассмотрении операционных систем. Термин ресурс обычно применяется по отношению к повторно используемым, относи­тельно стабильным и часто недостающим объектам, которые запрашиваются, ис­пользуются и освобождаются процессами в период их активности. Другими сло­вами, ресурсом называется всякий объект, который может распределяться внутри системы. Управление процессами:

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Процесс - абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.

Состояние процессов

В многозадачной (многопроцессной) системе процесс может находиться в одном из трех основных состояний:

ВЫПОЛНЕНИЕ - активное состояние процесса, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором;

ОЖИДАНИЕ - пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может выполняться по своим внутренним причинам, он ждет осуществления некоторого события, например, завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого процесса, освобождения какого-либо необходимого ему ресурса;

ГОТОВНОСТЬ - также пассивное состояние процесса, но в этом случае процесс заблокирован в связи с внешними по отношению к нему обстоятельствами: процесс имеет все требуемые для него ресурсы, он готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого процесса.

В ходе жизненного цикла каждый процесс переходит из одного состояния в другое в соответствии с алгоритмом планирования процессов, реализуемым в данной операционной системе. В состоянии ВЫПОЛНЕНИЕ в однопроцессорной системе может находиться только один процесс, а в каждом из состояний ОЖИДАНИЕ и ГОТОВНОСТЬ - несколько процессов, эти процессы образуют очереди соответственно ожидающих и готовых процессов. Жизненный цикл процесса начинается с состояния ГОТОВНОСТЬ, когда процесс готов к выполнению и ждет своей очереди. При активизации процесс переходит в состояние ВЫПОЛНЕНИЕ и находится в нем до тех пор, пока либо он сам освободит процессор, перейдя в состояние ОЖИДАНИЯ какого-нибудь события, либо будет насильно "вытеснен" из процессора, например, вследствие исчерпания отведенного данному процессу кванта процессорного времени. В последнем случае процесс возвращается в состояние ГОТОВНОСТЬ. В это же состояние процесс переходит из состояния ОЖИДАНИЕ, после того, как ожидаемое событие произойдет.

30. Операционная система ЭВМ. Управление центральным процессором.

Большинство современных процессоров для персональных компьютеров в общем основаны на той или иной версии циклического процесса последовательной обработки данных, изобретённого Джоном фон Нейманом.В различных архитектурах и для различных команд могут потребоваться дополнительные этапы. Например, для арифметических команд могут потребоваться дополнительные обращения к памяти, во время которых производится считывание операндов и запись результатов.

Этапы цикла выполнения:

1. Процессор выставляет число, хранящееся в регистре счётчика команд, на шину адреса и отдаёт памяти команду чтения.

2. Выставленное число является для памяти адресом; память, получив адрес и команду чтения, выставляет содержимое, хранящееся по этому адресу, на шину данных и сообщает о готовности.

3. Процессор получает число с шины данных, интерпретирует его как команду (машинную инструкцию) из своей системы команд и исполняет её.

4. Если последняя команда не является командой перехода, процессор увеличивает на единицу (в предположении, что длина каждой команды равна единице) число, хранящееся в счётчике команд; в результате там образуется адрес следующей команды.

Данный цикл выполняется неизменно, и именно он называется процессом (откуда и произошло название устройства). Во время процесса процессор считывает последовательность команд, содержащихся в памяти, и исполняет их. Такая последовательность команд называется программой и представляет алгоритм работы процессора. Очерёдность считывания команд изменяется в случае, если процессор считывает команду перехода, — тогда адрес следующей команды может оказаться другим. Другим примером изменения процесса может служить случай получения команды остановка или переключение в режим обработки прерывания. Команды центрального процессора являются самым нижним уровнем управления компьютером, поэтому выполнение каждой команды неизбежно и безусловно. Не производится никакой проверки на допустимость выполняемых действий, в частности, не проверяется возможная потеря ценных данных. Чтобы компьютер выполнял только допустимые действия, команды должны быть соответствующим образом организованы в виде необходимой программы.

30. Операционная система ЭВМ. Управление памятью. Виртуальная память.

В этой статье мы рассмотрим основные функции операционной системы, поуправлению памятью компьютера, а также поговорим про виртуальную память и виртуальное адресное пространство .Под памятью здесь подразумевается память (ОП) компьютера. В отличие от памяти жесткого диска (внешней памяти), оперативной памяти для сохранения информации требуется постоянное электропитание (энергозависимость) .Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной ОС. Особая роль памяти объясняется тем, что процессор может выполнять инструкции программы только в том случае, если они находятся в памяти .В ранних ОС  управление памятью сводилось просто к загрузке программы и ее данных из некоторого внешнего накопителя (перфоленты, магнитной ленты или магнитного диска) в память. С появлением мультипрограммирования перед ОС были поставлены новые задачи, связанные с распределением имеющейся памяти между несколькими работающими программами.

Функции ОС управлению памятью в мультипрограммной системе:

1)Отслеживание свободной и занятой памяти.

2)Выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов.

3)Вытеснение кодов и данных процессов из ОП на диск (полное или частичное), когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в ОП, когда в ней освобождается место.

4)Настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

Дополнительные функции:

Динамическое распределение памяти, т.е. выполнение запросов приложений на выделение им дополнительной памяти на время выполнения.

Создание новых служебных информационных структур (описателей процессов и потоков, буферов и др.)Защита памяти, которая состоит в том, чтобы не позволить выполняемому процессу записывать или читать данные из памяти, назначенной другому процессу.Одним из наиболее популярных способов управления памятью в современных ОС является так называемая виртуальная память. Наличие в ОС виртуальной памяти позволяет программисту писать программу так, как будто в его распоряжении имеется однородная ОП большого объема, часто существенно превышающего объем имеющейся физической памяти. В действительности все данные, используемые программой, хранятся на диске и при необходимости частями (сегментами или страницами) отображаются в физическую память. При перемещении кодов и данных между ОП и диском подсистема ВП выполняет трансляцию виртуальных адресов, полученных в результате компиляции и компоновки программы, в физические адреса ячеек ОП

Виртуа́льная па́мять— технология управления памятью ЭВМ, разработанная для многозадачных операционных систем. При использовании данной технологии для каждой программы используются независимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адреса в памяти ЭВМ. Позволяет увеличить эффективность использования памяти несколькими одновременно работающими программами, организовав множество независимых адресных пространств, и обеспечить защиту памяти между различными приложениями. Также позволяет программисту использовать больше памяти, чем установлено в компьютере, за счет откачки неиспользуемых страниц на вторичное хранилище.

При использовании виртуальной памяти упрощается программирование, так как программисту больше не нужно учитывать ограниченность памяти, или согласовывать использование памяти с другими приложениями. Для программы выглядит доступным и непрерывным все допустимое адресное пространство, вне зависимости от наличия в ЭВМ соответствующего объёма ОЗУ.

Применение механизма виртуальной памяти позволяет:

• упростить адресацию памяти клиентским программным обеспечением;

• рационально управлять оперативной памятью компьютера (хранить в ней только активно используемые области памяти);

• изолировать процессы друг от друга (процесс полагает, что монопольно владеет всей памятью).

34)Операционная система ЭВМ. Управление файлами и каталогами.