Операционные системы. Исторический обзор. Назначение и основные функции ОС: управление устройствами, управление задачами и процессами, управление данными

3.1.”Операционные системы”

3.1.1.   Введение в операционные системы (ОС). Исторический обзор. Назначение и основные функции ОС: управление устройствами, управление задачами и процессами, управление данными. ОС для ЭВМ различных классов. Управляющая программа ОС. Язык директив. Командные файлы.

3.1.2.   Работа с внешними устройствами. Организация работы с внешними устройствами на ЭВМ разных классов. Порты ввода-вывода. Общая шина. Совмещение работы центрального процессора и периферийных устройств ЭВМ. Мультипрограммный режим работы. Понятие канала.

3.1.3.   Режимы работы ЭВМ. Работа ЭВМ в режиме мультипрограммирования, разделения времени и реального времени. Пакетный и диалоговый режимы работы. Система прерываний, маскирование прерываний. Защита памяти, привилегированные команды.

3.1.4.   Управление памятью ЭВМ. Статическое и динамическое распределение оперативной памяти между задачами. Фрагментация памяти, тупики. Оверлейная структура программ. Виртуальная память, механизмы подкачки. Страничная организация виртуальной .

Лекция 1.

Основные вопросы:

n Почему нужно изучать ОС

n Что такое ОС

n Принципы, положенные в основу ОС

n Исторический обзор ОС

1. 1. Исторический обзор.

Вам трудно представить время, когда ОС не существовали вообще. Сегодня ОС применяются практически на всех ВМ - от гигантских супер-ЭВМ  до встроенных управляющих компьютеров. Зачастую ОС даже в большей степени определяют представление пользователя о компьютере, чем сама аппаратура этой машины.

В своем развитии ОС, подобно аппаратуре компьютеров, прошли через ряд поколений. Как вы помните, для аппаратных средств смена поколений связана с принципиальными достижениями в области электронных компонент:

n первое поколение ЭВМ строилось на электронных лампах;

n второе поколение на транзисторах;

n третье поколение - на интегральных схемах.

n следующее поколение на больших и сверхбольших интегральных схемах.

Каждый раз переход на новую, более производительную и дешевую элементную базу сопровождался резким уменьшением размеров и увеличением мощности ЭВМ. Вы сами стали свидетелями очередной смены поколений компьютеров. Причем на этот раз на первый план вышли не только такие факторы, как стоимость и производительность, но и скорость передачи информации. Давайте посмотрим на Таблицу 1.

Таблица 1. Характеристики типового академического компьютера.

MIPS - million instructions per second

Обратите внимание на прорыв в скорости обмена информацией - 15000 раз!!!

Смена в поколениях ОС определялась не в последнюю очередь стоимостью аппаратуры и относительной  стоимостью труда. 

Можно выделить следующие этапы в развитии ОС (причем, нетрудно будет заметить, что развитие  идет как бы по спирали: на каждом витке выделяются основные причины, причем на разных этапах развития зачастую эти причины повторяются).

Нулевое поколение (40-е годы)

ОС не было вообще, пользователи все писали непосредственно в машинных командах, имея полный доступ ко всем ресурсам ЭВМ

Первое поколение (50-годы)

Были разработаны первые управляющие программы. Главной целью было увеличить коэффициент полезного использования счетных ресурсов ЭВМ. Основные потери времени в то время приходились на переход от одного задания к другому: очистка ресурсов машины от предыдущего задания, ввод данных и кода для нового задания, передача ему управления. В это время наиболее мощное и дорогое устройство  - центральный процессор - простаивало. Что бы сократить простои стали использовать “пакетную обработку”. Отдельные задачи или группы задач объединялись в пакеты. Запущенная задача получала в свое распоряжение все ресурсы ЭВМ. После завершения задачи (нормального или аварийного), ОС получала управление, очищала машину после данной задачи,  обеспечивала ввод и запуск в решение очередной задачи из пакета.

Второе поколение (60-годы)