4. Архитектура компьютерной системы

Процессор (CPU) – многоядерный (multi-core)

Память (RAM)

Общая шина (PCI)

Порты – COM, LPT

USB 2.0 (260 MBit/s) – внешние диски, принтеры, сканеры и др.

SCSI (Small Computer System Interface).

IEEE 1394 (FireWire) – порты для цифровых камер

HDMI (High-Definition Multimedia Interface) – для мультимедийного оборудования высокой четкости

Инфракрасные порты (IrDA) – устарели; неудобны в использовании

BlueTooth – беспроводная связь

Центральный процессор – устройство, выполняющее команды (instructions) компьютерной системы.

частота процессора (ядра) – время выполнения им одной самой простой машинной команды. 

Оперативная (основная) память, или просто память – устройство, хранящее обрабатываемые данные.

Системная шина – устройство, к которому подсоединены все модули компьютера и через которое они обмениваются сигналами, например, о прерываниях. 

Порты – устройства с разъемами для подключения к компьютеру внешних устройств.

Bluetooth – устройства для беспроводного подключения

Инфракрасный порт (IrDA) – порт для подключения ноутбука к мобильному телефону

сетевые устройства – порты и адаптеры – для подключения компьютера к локальной сети.

5. Архитектура ОС. Управление процессами: Основные понятия. Семафоры и мониторы

Управление процессами

Процесс (process) - это пользовательская программа при ее исполнении в компьютерной системе.

Создание и удаление процессов. При создании процесса необходимо создать в памяти соответствующие системные структуры (таблицу страниц, стек и др.). При удалении процесса память, занимаемая ими, освобождается, а также выполняется закрытие всех файлов и освобождение всех других ресурсов, которые использовал процесс, если последний не сделал этого явно.

Приостановка и возобновление процессов. Выполнение процесса приостанавливается при выполнении синхронного ввода-вывода, а также системного вызова или команды (типа suspend ). Приостановки процессов следует с осторожностью, так как приостанавливаемый процесс может находиться в своей критической секции – выполнять обработку общего ресурса, к которому каждому процессу предоставляется монопольный доступ, так что при его приостановке возникает ситуация тупика (deadlock ) – приостановленный процесс не может освободить ресурс, а конкурирующий процесс не может его получить. При приостановке процесса ОС сохраняет состояние его выполнения, а при возобновлении – восстанавливает.

Синхронизация процессов. Процессы работают параллельно и при этом конкурируют за общие ресурсы, а также должны в некоторые моменты вычислений ожидать наступления некоторых событий. Для предотвращения возможных конфликтов и несогласованностей, например, race condition - несогласованного доступа к общим данным, при котором один процесс читает старые данные, а другой их в этот же момент обновляет, - ОС предоставляет средства синхронизации (например, семафоры имониторы, рассмотренные в следующем разделе).

Взаимодействие процессов.При своей параллельной работе процессам необходимо взаимодействие, с целью согласованного решения различных частей одной и той же задачи. Процессы могут взаимодействовать с помощью передачи сообщений друг другу, а также с помощью так называемых условных переменных и рандеву (все эти виды взаимодействия рассмотрены позже).

Семафоры- новый способ синхронизации процессов, ставший классическим.

Race condition - несогласованный доступ из параллельных процессов к общим данным.

Атомарная (atomic) операция – операция, если один из параллельных процессов начал ее выполнять, никакой другой процесс до ее завершения не может также начать выполнять эту же операцию над теми же данными.

Графическая оболочка – подсистема ОС, реализующая графический пользовательский интерфейс пользователей и системных администраторов с операционной системой.

Взаимное исключение (mutual exclusion) – режим выполнения критической секции, в котором в каждый момент времени ее может выполнять не более чем один из параллельных процессов.

Двоичный семафор (binary semaphore) – системная переменная, над которой определены операции открытия и закрытия, обеспечивающая в закрытом состоянии прерывание процесса, пытающегося ее закрыть, и добавление его к очереди к закрытому семафору; используется для синхронизации процессов по общим ресурсам.

Конвейер (pipe) – конструкция командных языков (shell) системы UNIX, позволяющая использовать стандартный вывод процесса – первого аргумента как стандартный ввод процесса – второго аргумента.

Критическая секция - код, который может выполняться несколькими процессами параллельно и осуществляет доступ к некоторому общему для всех процессов ресурсу – например, глобальной области памяти или общему файлу.

Монитор (как средство синхронизации) – многовходовый модуль в котором определены общие для параллельных процесов данные и набор операций (в виде процедур) над ними.

Облегченный процесс (lightweight process) – процесс, выполняемый в том же пространстве виртуальной памяти, что и процесс-родитель.

Процесс (process) - пользовательская программа при ее исполнении в компьютерной системе.

Cкрипт (script) – командный файл, содержащий часто используемые последовательности команд ОС.

Стек – системный резидентный массив в памяти, создаваемый операционной системой для поддержки выполнения процедур некоторого процесса и хранящий их локальные данные и связующую информацию между ними.

Тупик (взаимная блокировка, deadlock ) – ситуация, при которой образуется циклическая цепочка блокированных процессов, бесконечно ждущих друг друга.