Машинно-зависимые свойства ОС

Аппаратная зависимость ОС.

Выполнили:

ученицы 10-Б класса

ГБОУ «АООШ №1- лицей» ЛНР

Лазута Анастасия Владимировна

Раевская Галина Николаевна

 

Рецензент:

преподаватель информатики

ГОУ СПО ЛНР «АКИТЭ»

Балабат Алёна Владимировна,

высшей квалификационной категории

подпись___________________

 

Антрацит

 

Содержание

	стр.
Введение…………………………………………………………………….
1. История создания ОС………………………………………………	3-4
2. Машинно-зависимые свойства ОС………………………………
3. Многослойная структура ОС……………………………………….
4.
Заключение…………………………………………………………………..
Список используемых источников………………………………………...

 

 

Введение

Существует много трактовок понятия операционной системы (ОС).

Она является важной составляющей системного программного обеспечения (ПО).

Операционная система-это необходимый комплекс любого работоспособного компьютера. Это программа, которая загружается при включении персонального компьютера (ПК). Она производит диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках и т.д.), запускает другие прикладные программы на выполнение. ОС обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера. В общем, она играет роль связующего звена между аппаратурой компьютера и выполняемыми программами, а также пользователем.

Операционная система «знает» как работает каждое внешнее устройство и каким языком с ним следует «разговаривать». Кроме того ОС автоматически загружается в память во время включения компьютера и любая программа, которая выполняется на ПК обращается к Оси пользуется ее услугами.

Кроме этого можно сказать, что ОС - это комплекс программ, предоставляющий пользователю удобную среду для работы с компьютерным оборудованием.

(Слайд 1)

 

 

История создания ОС

Раньше пользователь или программист получал машину в единоличное пользование. Он приходил с программой и данными, которые были обычно записанными на перфокартах или магнитных лентах. Причем программа должна была содержать в себе все операции, связанные с периферийными устройствами (ввода и вывода информации). Программа писалась в машинных кодах. Она загружалась в машину, которая начинала работать до тех пор, пока программа не завершалась или не выдавала ошибку. Отладка программ осуществлялась при помощи панели управления, снабжённой тумблерами и лампочками. Наибольших успехов в этом достиг Алан Тьюринг на ранней машине Манчестерский Марк I, к тому времени он уже разрабатывал основные принципы работы операционных систем.

Машины, которые являлись более поздними, имели библиотеки. Эти библиотеки связывались с пользовательской программой для поддержки таких операций как ввод и вывод. Это было началом современных операционных систем. Однако машины всё ещё выполняли одну задачу за один промежуток времени.

По мере увеличения производительности машин, время на исполнение программ уменьшалось, а время передачи оборудования от одного пользователя другому оставалось прежним. Выстраивались длинные очереди из людей, которые желали запустить свою программу, каждый из них имел по несколько магнитных лент с данными и программами. Операторы машин не успевали контролировать все операции, проводимые с компьютерами, поэтому возникла необходимость автоматизировать контроль и выявление ошибок.

Эти требования были учтены при создании первых операционных систем. Сначала для этого были использованы библиотеки времени исполнения, которые запускались до первой пользовательской задачи, контролировали исполнение, считывали информацию с носителей, контролировали исполнение, записывали результаты и немедленно переключались на исполнение следующей задачи.

Из года в год операционные системы усовершенствуются.

Теперь ОС предоставляет пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать. Повышает эффективность использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторыми критериями. Но кроме этого она не только предоставляет пользователям удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но еще и является механизмом, который распределяет ресурсы компьютера.

 

Машинно-зависимые свойства ОС

Существует множество свойств операционных систем и все они делятся на две группы:

− машинно-зависимые;

− машинно-независимые.

Разберем детально машинно-зависимые свойства.

Большинство операционных систем успешно работают на различных аппаратных платформах без каких-либо существенных изменений в своем строении. Это можно пояснить тем, что несмотря на различия в деталях, средства аппаратной поддержки ОС большинства компьютеров приобрели сегодня большое количество типовых черт, а именно, эти средства в первую очередь влияют непосредственно на работу компонентов операционной системы. В результате в ОС можно выделить достаточно компактный слой машинно-зависимых компонентов ядра и сделать остальные слои ОС общими для разных аппаратных платформ.

Аппаратные платформы практически все имеют некоторый типичный набор средств аппаратной поддержки ОС в который входят компоненты:

- средства поддержки привилегированного режима;

- средства трансляции адресов;

- средства переключения процессов;

- системный таймер;

- средства защиты областей памяти.

 

Опыт разработки операционных систем показывает, что ядро можно спроектировать таким образом, что только некоторые модули будут являться машинно-зависимыми, а остальные не будут зависеть от особенностей аппаратной платформы. В хорошо структурированном ядре машинно-зависимые модули локализованы и образуют программный слой, естественно примыкающий к слою аппаратуры. Такая локализация машинно-зависимых модулей упрощает перенос ОС на другую аппаратную платформу.

Многослойная структура ОС

Процессор имеет как минимум два режима работы- привилегированный (superrisor made) и пользовательский (user mode). Отличие между ними заключается в том, что в пользовательском режиме недоступны команды процессора, связаны с управлением ОС, защитой ОП, переключением режима работы процессора. А в привилегированном режиме процессор может выполнять все возможные команды.

Кроме того, что операционная система имеет большинство свойств, она еще имеет большинство функций, которые так же непосредственно являются важными для нее.

Основные функции ОС

1. Обеспечение выполнения программ- это загрузка программы в память, предоставление программ процессорного времени, обработка системных вызовов.

2. Управление оперативной памятью

3. Управление внешней памятью

4. Предоставление пользовательского интерфейса

5. Управление вводом и выводом

6. Обеспечение безопасности

7. Организация сетевого взаимодействия

Любая сложная система обязана иметь понятную и рациональную структуру, то есть разделяться на части — модули, имеющие вполне законченное функциональное назначение с четко прописанными правилами взаимодействия. Ясное понимание роли каждого отдельного модуля существенно упрощает работу по модификации и развитию системы. Напротив, сложную систему без хорошей структуры чаще проще разработать заново, чем модернизировать.

Функциональная сложность ОС неизбежно приводит и к сложности ее архитектуры, под которой понимают структурную организацию ОС на основе различных программных модулей. Обычно в состав ОС входят исполняемые и объектные модули, библиотеки разных типов, модули исходного текста программ, программные модули специального формата, конфигурационные файлы, файлы документации, модули справочной системы и т.п.

Основными компонентами ОС является ядро. Функции ядра могут существенно отличаться в разных системах, но во всех системах работает в привилегированном режиме.

Модули ядра выполняют такие базовые функции ОС, как управление процессами, памятью, устройствами ввода-вывода и т. п. Ядро составляет сердцевину операционной системы, ОС без него является полностью недееспособной и не сможет выполнить ни одну из своих функций.

В состав ядра входят такие функции, которые решают внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса, такие как переключение контекстов, загрузка-выгрузка станиц, обработка прерываний. Эти функции недоступны для приложений. Другой класс функций ядра служит для поддержки приложений, тем самым создавая для них так называемую прикладную программную среду. Приложения могут обращаться к ядру с запросами, (их еще называют системными вызовами), для выполнения тех или иных действий, например для открытия и чтения файла, вывода графической информации на дисплей, получения системного времени.

 

Вспомогательные модули ОС обычно подразделяются на следующие группы:

· Системные утилиты — это небольшие программы, которые выполняют строго определенную функцию по обслуживанию ОС, диагностирует состояние системы, выполняют дефрагментацию, осуществляет сжатие данных

 

· Системные обрабатывающие программы — текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики

 

· Программы предоставления пользователю дополнительных услуг — специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор и даже игры

 

· Библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например библиотека математических функций, функций ввода-вывода и т. д.

Как и обычные приложения, для выполнения своих задач утилиты, обрабатывающие программы и библиотеки ОС, обращаются к функциям ядра с помощью системных вызовов.

Разделение операционной системы на ядро и модули-приложения обеспечивает легкую расширяемость ОС. Чтобы добавить новую, высокоуровневую функцию, достаточно разработать новое приложение и при этом не требуется модифицировать ответственные функции, образующие ядро системы. (слайд 2)

На рисунке мы можем видеть, что модули ОС, оформленные в виде утилит, системных обрабатывающих программ и библиотек, обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, то есть они являются транзитными. Постоянно в оперативной памяти располагаются только самые необходимые коды ОС, составляющие ее ядро. Такая организация ОС экономит оперативную память компьютера.

Еще одним важным свойством архитектуры ОС, основанной на ядре, является возможность защиты кодов и данных ОС за счет выполнения функций ядра в привилегированном режиме.

Так как ядро выполняет все основные функции ОС, то чаще всего именно ядро становится той частью ОС, которая работает в привилегированном режиме.

(Слайд 3)

Приложения ставятся в подчиненное положение за счет запрета выполнения в пользовательском режиме некоторых критичных команд, связанных с переключением процессора с задачи на задачу, управлением устройствами ввода-вывода, доступом к механизмам распределения и защиты памяти. Выполнение некоторых инструкций в пользовательском режиме запрещается безусловно (очевидно, что к таким инструкциям относится инструкция перехода в привилегированный режим), тогда как другие запрещается выполнять только при определенных условиях. Например, инструкции ввода-вывода могут быть запрещены приложениям при доступе к контроллеру жесткого диска, который хранит данные, общие для ОС и всех приложений, но разрешены при доступе к последовательному порту, который выделен в монопольное владение для определенного приложения. Важно, что условия разрешения выполнения критичных инструкций находятся под полным контролем ОС и этот контроль обеспечивается за счет набора инструкций, безусловно запрещенных для пользовательского режима.

Аналогичным образом обеспечиваются привилегии ОС при доступе к памяти. Например, выполнение инструкции доступа к памяти для приложения разрешается, если инструкция обращается к области памяти, отведенной данному приложению ОС, и запрещается при обращении к областям памяти, занимаемым ОС или другими приложениями. Полный контроль ОС над доступом к памяти достигается за счет того, что инструкция или инструкции конфигурирования механизмов защиты памяти (указателя таблицы дескрипторов памяти в процессорах Pentium) разрешается выполнять только в привилегированном режиме.

 

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: