Ответы на вопросы по курсу “Системное программирование” (стр. 1 из 7)
История развития ВТ в связи с историей развития системного программного обеспечения.
Современные компьютерные системы наряду с прикладным ПО всегда содержат системное, которое обеспечивает организацию вычислительного процесса. История системного программного обеспечения связана с появлением первой развитой в современном понимании ОС UNIX.
1965 - Belllabs разрабатывает операционную систему Multix- прообраз UNIX, имеющий далеко не все части современной системы. До этого времени не существовало мобильных ОС (переносимых на разные типы машин) и Multix также не был мобильной ОС.
1971 - написан UNIX для работы на мощнейшей платформе того времени PDP - 11
1977 - Становится переносимой системой, т.к. переписан на языке C (AT&TsystemV)
1981 - платформа Intel начинает резко наращивать свои возможности. Колоссальным прорывом было создание 8088, затем 8086, 80286, etc. Появляется однопользовательская ОС MS-DOS, на 10 лет ставшая стандартом де-факто для пользователей персональных компьютеров. Но для машин с процессором Intel появляются и версии UNIX.
Конец 80 – начало 90 гг. – аппаратные средства резко увеличивают свою мощность. Microsoft создает новую ОС WindowsNT и появляется стандарт Win32. Позже появляется Windows 95 – ОС для одного рабочего места, но имеющая многие возможности NT, призванная вытеснить MS-DOS. Аппаратные средства позволяют создавать 64-битные версии такой ОС, как UNIX, и в скором времени она появляется и используется на платформе Alpha фирмы DEC. С наращиванием мощности аппаратных средств системное программное обеспечение становится все более изощренным и имеющим большие возможности.
Общая классификация вычислительных машин. Современные архитектурные линии ЭВМ. Системное ПО и его место в современной информатике.
ЭВМ являются преобразователями информации. В них исходные данные задачи преобразуются в результат ее решения. В соответствии с используемой формой представления информации машины делятся на два класса: непрерывного действия - аналоговые и дискретного действия - цифровые. В силу универсальности цифровой формы представления информации цифровые электронные вычислительные машины представляют собой наиболее универсальный тип устройства обработки информации. Основные свойства ЭВМ - автоматизация вычислительного процесса на основе программного управления, огромная скорость выполнения арифметических и логических операций, возможность хранений большого количества различных данных, возможность решения широкого круга математических задач и задач обработки данных. Особое значение ЭВМ состоит в том, что впервые с их появлением человек получил орудие для автоматизации процессов обработки информации. Управляющие ЭВМ – предназначены для управления объектом или производственным процессом. Для связи с объектом их снабжают датчиками. Непрерывные значения сигналов с датчиков преобразуются с помощью аналогово-цифровых преобразователей в цифровые сигналы, кот. вводятся в ЭВМ в соотв с алгоритмом упр-я. После анализа сигналов формируются упр. воздействия, которые с пом. цифро-аналоговых преобразователей преобразуются в аналоговые сигналы. Через исполнительные механизмы изменяется состояние объекта.
Универсальные ЭВМ – предназначены для решения большого круга задач, состав которых при разаработке ЭВМ не конкретизируется.
Пример современных архитектурных линий ЭВМ: персональные ЭВМ (IBMPC и AppleMacintosh – совместимые машины), машины для обработки специфической информации (графические станции Targa, SiliconGraphics), большие ЭВМ (мэйнфреймы IBM, Cray, ЕС ЭВМ).
Общее назначение системного ПО - обеспечивать интерфейс между программистом или пользователем и аппаратной частью ЭВМ (операционная система, программы-оболочки) и выполнять вспомогательные функции (программы-утилиты) Современная операционная система обеспечивает следующее:
1) Управление процессором путем передачи управления программам.
2) Обработка прерываний, синхронизация доступа к ресурсам.
3) Управление памятью.
4) Управление устройствами ввода-вывода.
5) Управление инициализацией программ, межпрограммные связи.
Управление данными на долговременных носителях путем поддержки файловой системы.
См. также стандарты в (1).
Общее понятие архитектуры. Принципы построения ВС 4-го поколения.
Архитектура – совокупность технических средств и их конфигураций, с помощью которых реализована ЭВМ. ЭВМ 4 поколения, имеет, как правило, шинную архитектуру, что означает подключение всех устройств к одной электрической магистрали, наз. шиной. Если устройство выставило сигнал на шину, другие могут его считать. Это свойство используется для организации обмена данными. С этой целью шина разделена на 3 адреса – шина адреса, шина данных и шина управляющего сигнала. Все современные ЭВМ также включают устройство, наз. арбитром шины, которое определяет очередность занятия ресурсов шины разными устройствами. В PC распространены шины ISA, EISA, PCI, VLB.
 | |||||||
| Уст-ва ввода-вывода |
 |
 |
Состав и функции основных блоков ВС: процессора, оперативной памяти, устройства управления, внешних устройств.
Структурная схема машины фон Неймана:
  Арифм.-логич.уст-во | <---------- | Уст-во управления | <---------- | Вн. уст-ва |
| | _ | ||||
| Оперативная память | ------------------- | + |--+ |
Процессор (ЦП) – устройство, выполняющее вычислительные операции и управляющее работой машины. Содержит устройство управления, выбирающее машинные команды из памяти и выполняющее их, и арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции. Работа всех электронных устройств машины координируется сигналами, вырабатываемыми ЦП. В современных ПК процессор представлен одной СБИС, содержащей свыше миллиона транзисторов.
Оперативная память – предназначена для хранения программ и данных, которыми они манипулируют. Физически выполнена в виде некоторого числа микросхем. Логически ОП можно представить как линейную совокупность ячеек, каждая из которых имеет свой номер, называемый адресом. Время записи и чтения из ОП в современных машинах занимает доли микросекунды, а для других устройств это время в 10-1000 раз больше.
Внешние устройства – устройства ввода и вывода информации. Поскольку, как правило, они работают значительно меделенне остальных, управляющее устройство должно приостанавливать программу для завершения операции ввода-вывода с соответствующим устройством.
Программная модель ЭВМ. Основной командный цикл процессора. Понятие системы команд.
Адресация. Данные в ЭВМ: структура и форматы представления.
Адресация на примере процессора 8086.
Числа, устанавливаемые процессором на адресной шине, являются адресами, т.е. номерами ячеек оперативной памяти, из которых необходимо считывать очередную команду или данные. Размер ячейки оперативной памяти составляет 8 разрядов, т.е. 1 байт. Поскольку процессор использует 16-разрядные адресные регистры, то это обеспечивает ему доступ к 65536 (FFFFh) байт или 64К (1K=1024 байт) основной памяти. Такой блок непосредственно адресуемой памяти называется сегментом. Любой адрес формируется из адреса сегмента (всегда кратен 16) и адреса ячейки внутри сегмента (этот адрес называют смещением). На компьютерах, оснащенных процессором 8086, оперативная память обычно имеет размер, равный 640К. Для того чтобы работать с памятью такого размера, процессор осуществляет пересчет адресов с помощью процедуры, называемой вычислением эффективного адреса (рис.2.3).
Физический 20-разрядный адрес вычисляется сложением сдвинутого влево на 4 разряда 16-разрядного адреса сегмента оперативной памяти со значением 16-разрядного смещения относительно начала этого сегмента. Используя 20-разрядные адреса, можно адресовать 1М оперативной памяти ( 1M=1024K=1048576 байт). В программе на ассемблере полный адрес записывается в виде SSSS:0000, гдeSSSS значение сегмента; 0000 – значение смещения. Участок оперативной памяти размером 16 байт называется параграфом.
Данные в ЭВМ – подразделяются на числовые и нечисловые.
Числовые данные:
Целые типы – для представления целых чисел.
Вещественные типы – для представления рациональных чисел. Бывают:
а) с фиксированной точкой;
б) с плавающей точкой.
Нечисловые данные:
Логические данные – принимающие значение истина или ложь.
Строковые данные.
Множества.
Произвольные данные (текст, звук, графика).
Организация ввода-вывода, классификация внешних устройств.
Организация ввода-вывода в современных ЭВМ осуществлена с использованием прерываний. Это связано с тем, что УВВ работают намного медленнее, чем процессор и оперативная память. Поэтому управляющее устройство должно приостанавливать выполнение программы и ждать завершения операции ввода-вывода с внешним устройством. При выводе все результаты выполненной программы должны быть выведены на ВУ, после чего процессор переходит к ожиданию сигналов от ВУ. При вводе, например, с клавиатуры получение значений нажатых клавиш осуществляется при поступлении прерывания от клавиатуры.