Архитектура на компютърните системи – основни дефиниции



Дата23.03.2017
Размер426.18 Kb.
Архитектура на компютърните системи основни дефиниции
Под архитектура на компютърна система се разбира начинът, по който са свързани и взаимодействат отделните части на компютъра. Обикновено архитектурата на компютърната система се представя чрез блокова схема. От системна гледна точка, компютърът е система, която получава входна информация (данни), обработва информацията и показва получените резултати. Компютърът може да функционира като самостоятелна система (настолна система) или да бъде част от друга по-голяма система (вграждане на компютъра в приложни системи). От функционална гледна точка, компютърът е изграден от следните функционални компоненти: Хардуер – компоненти, които реализират технологиите, използвани в компютъра. Софтуер – множество от компютърни програми, осъществяващи обработката на информацията. Периферия – обикновено външни устройства, подключени към основния компютърен компонет за въвеждане/извеждане на информацията. Потребителски интерфейс – Hw/Sw средства за връзка с потребителя Комуникация - Hw/Sw средства за връзка с други компютри/устройства/системи.

Архитектура на компютърните системифункционален модел
Функционирането на компютъра за изпълнение на дадена приложна задача се осъществява чрез изпълнение на специално създадено за тази задача множество от инструкции. Множеството от инструкции се записва в специален формат и се съхранява обикновено в постоянната памет. Това множество се нарича програма. За изпълнение на задачата програмата се зарежда (записва) от постоянната памет в оперативната и управляващото устройство обработва инструкциите една по една. Ако инструкциите предвиждат аритметични операции, те се изпълняват от аритметичното устройство. Резултатите от изпълнението на инструкциите -например числови стойности, графики, аудио сигнали и т.н. – се насочват и показват на монитора, високоговорителя, разпечатват на принтера. Обикновено резултатите могат да се запишат като постоянна информация в постоянната памет и така да се възпроизвеждат многократно.

Архитектура на компютърните системиосновни компоненти Централен процесор. Състои се от управляващо устройство и аритметично-логическо устройство. Управляващото устройство организира изпълнението на програмата – декодира и изпълнява една по една инструкциите на програмата. Аритметично-логическото устройство извършва аритметичните операции (например събери две числа) и логическите операции (например определи по-голямото от две числа). Оперативна памет. Бърза памет, в която се съхранява програмата и данните при изпълнение на програмата. Там се съхраняват временно и междинните резултати. В постоянната памет се зарежда операционната програма при стартиране на компютъра. Постоянна памет. Съхранява постоянно програмите и голям обем от данни. Програмите при изпълнението си могат да четат/записват данни от/в постоянната памет. Входни устройства. Най-често използвано входящо устройство е клавиатурата. Чрез тези устройства се въвеждат данни и/или команди за управление на операционната система. Изходни устройства. Например монитор и принтер. Служат за показване (извеждане) на резултатите от изпълнението на съответната програма.

Архитектура на компютърните системиинформационни шини
ISA (Industry Standard Architecture) е стандартизирана компютърна шина за IBM съвместими настолни компютри (8-битови компютри, 1981, 4.77 MHz; 16-битови компютри, 1984, 8 MHz). Характеристики: ISA 8 – 38.18 Mbit/s, ISA 16 - 133.33 Mbit/s. Micro Channel Arcitecture (MCA) е специфичен стандарт за компютърна шина (16 и 32-битови компютри), създаден от IBM през 1987. Използва се не само в PC. Характеристики: MCA 16(32) - 660.00 Mbit/s. EISA (Extended Industry Standard\Architecture) е разширение на ISA за 32-битови компютри. Създаден през 1988 г. Характеристики: EISA 8 (16,32) - 320.00 Mbit/s. VESA Local Bus (VL-B, VLB) е 32-битова шина главно използвана с персоналните компютри. Често в практиката се използва заедно с ISA. Използва се до 1996 г. Peripheral Component Interconnect (PCI) е съвременната шина за PC. Въведен 1992 г., 32 или 64-битова шина. Характеристики: PCI 32-bits/33 MHz - 1066.66 Mbit/s, PCI 64-bits/33 MHz - 2133.33 Mbit/s, PCI 64-bits/66 MHz - 4266.66 Mbit/s. PCI Express (PCIe, PCI-E) е разширение на PCI – 2004 г. Постига скорости на пренос до 250 MB/s. Характеристики: PCI Express (x1 link) - 2500 Mbit/s, PCI Express (x1 link) - 40.0 Gbit/s, PCI Express 2.0 - 80.0 Gbit/s. PCI-X е отворен стандарт за компютърна шина, предложен от фирмите IBM, HP и Compaq през 1998 г. Той е разширение на PCI и постепенно го измества от пазара. Шината е паралелна за разлика от серийната PCIe и така е съвместима със старите стандарти. Характеристики: PCI-X 133 - 8533.33 Mbit/s, PCI-X QDR - 34.133 Gbit/s. HyperTransport (HT) e компютърна шина, въведена през 2001 г. Използва се от редица големи производители на компютърни системи като HP, Sun Microsystems, IBM, Cisco Systems, Cray. Не се поддържа от Intel. Характеристики: HyperTransport (800 MHz, 16-pair) - 51.2 Gbit/s, HyperTransport (1 GHz, 16-pair) - 64.0 Gbit/s.


Архитектура на компютърните системикласове хардуер
Процесори, Дънна платка, Памети, Аудио/видео, Cashe устройства, Flash, Мрежова карта, Твърд диск, Графична карта, Монитор, Захранващо устройство, Входни устройства, Изходни устройства, Други устройства.

Архитектура на компютърните системипроцесори
Обикновено процесорът се състои от един чип, но има и многопроцесорни компютри. Той се монтира на дънната платка. Бързодействието на процесора (и от тук и на компютъра) се определя от т.нар. тактова честота. Тя се измерва в MHz. Основен проблем за процесора като интегрална схема е отвеждането на топлината при неговата работа. Процесорът е критичен елемент за компютърната система. Неговият отказ е отказ на цялата компютърна система. Процесорът е свързан с другите компоненти чрез системната шина. Образно, системната шина (бъс) са връзките за електронните сигнали в компютъра. В съвременните компютри освен шината на CPU се използват и други шини. Например шина PCI (Peripheral Component Interconnect за периферни усторйства), шина AGP ( за връзка между графичната карта и дънната платка). Всеки процесор може да обработва само специфичните за него машинни инструкции. Например процесорът SPARC (Sun Microsystems) не може да изпълнява програми, предназначени за процесора Pentium (Intel). Изпълнението на една инструкция е много по-бързо от извличането на инструкция (или данни) от паметта. Затова се използват бързите регистри. Последователното изпълнение на инструкциите от процесора по принцип е ограничение на неговата архитектура. Освен последователната архитектура съществуват и други архитектури. Например RISC (reduced instruction set computer) е друга архитектура на процесора. При RISC архитектурата има стремеж сложните инструкции да се заменят с множество по-прости. От друга страна изпълнението на инструкциите се разделя на отделни части, така че различни части на различни инструкции да се изпълняват едновременно. Като резултат на всичко това се подобрява бързодействието на процесора. Съвременните RISC процесори се характеризират с три общи характеристики: голям брой от бързи регистри, едновременно изпълнение на няколко части от различни инструкции и използване на оптимизирани опростени инстрекции с изпълнение в рамките на един такт. RISC процесориите намират широко приложение при вградените системи, където физическите размери на устройствата са ограничени – процесорът с по-малки размери предлага достатъчна изчислителна мощ. Популярни примери на RISC процесори са SPARC (UltraSparc) на Sun Microsystems, PowerPC на IBM, ARM на Palm. Съвременни тенденции в проектирането на процесори: Intel Dual-Core е най новата технология на фирмата Intel при създаване на процесори. При нея в един процесорен чип са поместени две изпълнителни устройства. Това позволява многонишково изпълнение на задачите. За да се използват предимствата на Dual-Core технологията е необходимо съответният софтуер да позволява многонишково изпълнение. Например операционната система Windows XP по начало е многонишкова, същото се отнася за програмата Photoshop на Adobe. Процесори на пазара: Pentium D е аналог на Pentium 4, но изпълнен по технологията Dual-Core. Също така Pentium Extreme Edition е Dual-Core аналог на Pentium 4 Extreme Edition. Използването на тези процесори изисква използване на новите Intel чип-сетта i945 и i955.

Архитектура на компютърните системи памети
Класификация на типовете памет: RAM (Random Access Memory) е енергозависима памет, т.е. при изключване на електрическото захранване информацията, записана в паметта се унищожава безвъзвратно. RAM е бързата памет, с която комуникира процесорът. Например инструкциите на дадена програма се записват в RAM паметта. Тази памет позволява запис и четене. Достъпът до паметта е произволен – до всяка клетка на паметта и в произволен момент от време. С развитието на технологиите RAM паметта се замести от по-нови технологични решения. Позволява по-малък брой цикли изтриване/запис – около 10 000 (при новите модели до 1 000 000). ЕEPROM паметта е предназначена за запис насравнително неголямо количество информация – около 128 KB. Затова тя се използва например за съхранение на конфигурационни параметри или конфигурации. В съвременните PC тази памет се използва за запис на BIOS-а, замествайки паметта от тип CMOS. Flash памет Flash паметта е пре-програмируема постоянна памет както EEPROM например. Тя обаче е по-евтина от EPROM и намира широко приложение при съхранение на по-големи обеми информация. В сравнение с други постоянни памети, Flash паметта има по-добро време на достъп при четене. От друга страна този тип памет е поустойчива на механични сътресения например в сравнение с твърдите дискове. Flash паметта получи широко разпространение като външна преносима памет на PC. В този случай паметта се комбинира с файлова система от типа FAT например. Интерфейсът на паметта към PC е чрез USB порта и устройството се разпознава от операционната система като
допълнителен диск. Доскоро обемът на Flash паметта бе обикновено в границите на 128 – 512 MB при ниска цена. По последни данни на фирмата Samsung вече се предлагат Flash памети с обем 16 и 32 GB. Cache памет. Това е бърза памет интегрирана с процесора за работа с важни или често използвани данни. Обикновено тази памет варира от 8 KB до 2 MB. Паметта се управлява от специален контролер, който може да е интегриран в процесора или на дънната платка.
Адресиране на оперативната памет: Паметта се разделя на отделни последователни клетки. Специфично за всеки тип компютър, клетка на паметта може да съдържа 8, 16, 32, 64 и т.н. бита информация. Логически клетките на паметта са разположени последователно и всяка от тях има уникален адрес. Две съседни клетки имат адреси различаващи се с 1. Адресирането на паметта започва от адрес 0. Ако за адрес на клетка от паметта се използват 32 бита, процесорът може да адресира 232 (4GB) памет. За адресиране на по-голямо адресно пространство се използва специални начини за организация на паметта.
Архитектура на компютърните системи - Твърд диск(HDD)
Технически данни

Всеки сектор съдържа 512 байта информация. Секторите са разположени в пътечка. Вертикално разположените пътечки образуват цилиндър. Капацитет на диска. Понастоящем широко разпространени са дискове с капацитет 160 - 320 GB. Достигната е границата от 1 TB. Скорост на шпиндела. В момента са разпространени дискове със скорост на шпиндела (RPM) 7 200 RPM. По-скъпите дискове постигат 10 000 – 15 000 RPM. Те използват SCSI интерфейс.


Архитектура на компютърните системи – CD/DVD устройства

CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) устройството е предназначено за работа с компактни дискове (Compact Disc). Тези устройства са още известни като оптични устройства, тъй като използват оптична/лазерна технология за запис/четене на информацията. При запис върху компактен диск се променя в определени точки светлоотразителната способност на повърхността. Първоначално компактните дискове са използвани за еднократен запис и многократно четене. Тези дискове се означават като CD-R (само за четене). При тях не може да се изтрива първоначалният запис или да се записва върху стар запис. В последствие се създават компактни дискове за многократен запис и четене. Те се означават с CD-RW (rewritable). При тези дискове може да се изтрива предишно съдържание (на целия диск) и повторно да се записва ново съдържание. Изключително удобни за архивиране на информация. Устройствата за запис върху CD-RW дискове често се наричат записващи устройства (за разлика от CD-ROM устройствата). Първоначално CD се използват за запис на аудио файлове. Понастоящем CD дисковете се използват за запис на видео, музика, данни. Обикновено обемът на един CD диск е 650 MB (75 min) или 700 MB (80 min). CD устройствота използват няколко интерфейса за връзка с компютъра IDE - Integrated Device Electronics (както при твърдите дискове), EIDE – (нова версия на IDE), SCSI (Small Computer System Interface -както при твърдите дискове). DVD устройството е предназначено за работа с компактни дискове, които външно по размери приличат на дисковете за CD устройство (диаметър 120 mm (4.72 inches) или понякога 80 mm (3.15 inches)). Записът върху DVD дисковете обаче е с различен формат от този на CD дисковете – много поголяма компресия и по-голям обем информация.



Аритметични и логически основи на компютърните системи
Позиционни бройни системи: Най-известната позиционна бройна система е десетичната. При нея стойността на числата се представя като подредена последователност от 10 цифри (арабски) – 0, 1, 2 , 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9. На всяка позиция в горните последователности е присвоено тегло (теглови коефициент), което е кратно на стойността 10. Теглата нарастват отляво на дясно и образуват следната примерна последавателност: ... 103102101100.

1235 = 1 * 1000 = 1000

2 * 100 = 200

3 * 10 = 30

5 * 1 = 1

_________________



1235
Десетичната система се нарича “десетична” понеже използва 10 цифри за представяне на числата. Използваният брой цифри се нарича основа на бройната система – десетичната система има за основа 10. Лесно можем да си представим и други бройни системи, при които се използват други основи. Двоичната бройна система (с основа 2) се използва за представяне на числовите стойности в компютърните системи. Какво е обяснението за предпочитание на двоичната бройна система в компютрите? Обща формула за представяне на числа в позиционни системи: (N)b=P nPn-1 …P1P0 , където 0<=Pi<=b-1, i=0,1,2,…,n Каква може да е стойността на n? Може ли n да е равно на 16? Примери на двоични числа: Двоичното число се представя като последователност от само две цифри 0 и 1 (повтарящи се произволно) 0111101 1010

Операции с двоични числа

Събиране

Умножение

Изваждане

Основни логически елементи


A

~A

0

1

1

0
Логическа схема инвертор: Едновходова схема, която инвертира входния сигнал.

A

B

A*B

0

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

0

Логическа схема И





Логическа схема ИЛИ.


A

B

A+B

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1
А


A

B

A+B

~(A+B)

0

0

0

1

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

1

0
B

Логическа схема ИЛИ-НЕ.



A

B

~(A*B)

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

1





Логическа схема И-НЕ.





Логическа схема изключващо ИЛИ.
Изходният сигнал се описва с израза: Q = (A+B)*(~(A*B))

A

B

Q

0

0

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

Кодиране на информацията в компютърните системи
Формат на данните


Положителни и отрицателни стойности. Старшият бит на машинната дума се използва за определяне на знака на съответното число. Ако този бит е нула числото е положително. Ако този бит е 1 числото е отрицателно. Положителните числа се представят в прав код. Отрицателните числа се представят в допълнителен код. Ако n е броят на битовите в машинната дума, n-1 бита се използват за представяне на съответното число. Оттук следва, че диапазонът на възможните числа е: [- 2n-1, +(2n-1 – 1)].
Кодиране на цифрово-буквена информация

Терминът “цифрово-буквена информация” (или символна информация) се използва за символите, които се използват в различните писмености. Например в английската азбука има 26 букви и 10 цифри. За кодирането на символната информация се използват международно стандартизирани кодове, често познати като кодови таблици (кодови страници). Най-разпространеният начин за въвеждане на символна информация е чрез клавиатурата.



Програмно осигуряване на компютърните системи
Класификация на програмното осигуряване. В принципно отношение различните програми не се отличават – всяка програма е набор от инструкции, изпълнявани от процесора на компютърната система. Програмите обаче могат да бъдат класифицирани от гледна точка на: функционално предназначение, област на приложимост, размерност и сложност, използван програмен език и т.н. Прието е от функционална гледна точка софтуерът да се разделя на следните основни категории:
* Системен софтуер. Този софтуер осигурява базовото функциониране на компютърната система и не е свързан по принцип с конкретна приложна област. Той обслужва компютърната система като изчислителна среда и следи за нейното правилно функциониране. Този софтуер се управлява от системния персонал на компютърната система и не е ориентиран за директно използване от крайния потребител. Примери за системен софтуер са операционните системи, драйвери за управление на крайни устройства, програми за настройка на компютърната система и др.
* Приложен софтуер. Това е софтуер предназначен за решаване на разнообразни задачи в различни приложни области и обслужва директно крайния потребител. Примери за приложен софтуер: програми за текстообработка, електронни таблици, програми за оптимизация и т.н.
* Специализиран софтуер (firmware). Това е тясно специализиран системен софтуер, който обикновено се записва в постоянната компютърна памет (или такава на дадено устройство) още по време на производството на компютърната система и е интегрална част от хардуера. Той обикновено не може (или не може толкова лесно) да бъде изключван, модифициран и т.н. Примери за firmware: програмата BIOS за първоначално инициализиране на компютърната система, програми за тестване на хардуерни устройства и т.н.
* Front-end програма. Разделянето на една програмна система на front-end и back-end части е условно и трябва да се разглежда като един полезен абстрактен модел. Под front-end се разбира тази част от програмата, която директно комуникира с потребителя. В съвременните програмни системи се използва графичен интерфейс за тази комуникация, известен под името GUI (Graphical User Interface). Един графичен файлов мениджър (например Windows Explorer) може да се разглежда като front-end част на системата за работа с файлове.
* Back-end програма. Под back-end се разбира тази част от програмата, която обработва изходите от front-end частта. Back-еnd частта обикновено е скрита от потребителя.
* Сървър. Програмите клиент и сървър се използват заедно и са част от мрежов модел за обслужване на отдалечени заявки на крайните потребители. Сървърската програма е тази, която приема потребителските заявки и ги обработва. Програмата се изпълнява на компютърна система, която също се нарича сървър, но вече в смисъла на хардуерна среда.
* Клиентска програма. Програма, която се изпълнява на потребителския компютър и обикновено използва графичен интерфейс за комуникация с потребителя. Клиентската програма по искане на потребителя генерира заявка, която се изпраща на отдалечения сървър. Тя получава и отговора от сървъра и го визуализира към потребителя. Вграден софтуер. За такъв софтуер казваме, че е “вграден” в някакво компютърно устройство, което по принцип разполага с по-малко ресурси като памет, външни устройства и т.н в сравнение с обикновената компютърна система. Вграждането на софтуера е на същия принцип както при firmware. Например мобилните телефони от нисък клас работят с вграден софтуер. Системите за управление също използват вграден софтуер.
* Софтуер за работа в реално време. Работа в реално време означава, че компютърната система (устройство) трябва много бързо да обработи постъпилата информация и да формира съответните изходи към други например изпълнителни устройства. Към софтуера от този тип се поставят специални изисквания, като бързодействието е едно от основните. Прихващането на ракета например е задача в реално време.

Езици за програмиране. Езикът за програмиране подобно на естествените езици (български, английски и т.н.) е набор от синтаксични и семантични правила за съставяне на текст, който може да бъде “прочетен” и след това изпълнен от компютъра. Синтаксисът определя правилата, по които могат да се съставят езикови конструкции на базата на допустимото езиково множество от символи и примитиви. За него казваме, че определя лексичната и граматичната структури. Синтаксически правилна езикова конструкция може да не бъде семантично дефинирана – няма смисъл в рамките на езика.
Машинни езици. Това е единственият език, който се “разбира” от компютъра. Той представлява двоични записи на команди, записани в паметта на компютъра.

Асемблерни езици. При тези езици двоичното представяне на командите се заменя с използване на мнемонични (символни) кодове. Пример: командата за нулиране на акумулатора има символен код CLEAR. Командата ADD “адрес на клетка от паметтасъбира съдържанието на акумулатора със съдържанието на клетката, чийто адрес е записан в командата.




Компютърни системи и приложни задачи
Общи дефиниции

* Класическо виждане за решаване на проблеми с помощта на компютър: задача на изследователя е да иденфицира и дефинира изчислителните проблеми и след това да състави програма за тяхното решаване. Съгласно тази дефиниция това означава да се съставят алгоритмите за извършване на съответните изчисления и да се програмират, като се използват подходящи структури от данни. Това определение за използване на компютърните системи за решаване на приложни задачи е все още широко разпространено и преподавано на студентите.


* Съвременно виждане за решаване на проблеми с помощта на компютър: „Компютърната наука разглежда информацията аналогично на това как физиците разглеждат енергията...компютърният специалист се интересува от определянето на практичните методи за трансформиране на информацията. Това води към търсене на ефективни методи за представяне на информацията, ефективни алгоритми за трансформиране на информацията, ефективни езици за представяне на алгоритмите и ефелтивни подходи, които да направят всичко това при разумни разходи.”
Етапи на решаване на един проблем

* Дефиниране на проблема – ясно описание на проблема, посочващо целта и ограниченията, при които се решава задачата.

* Създаване на модел на проблема – моделът по принцип описва известни зависимости между параметрите на задачата.

* Разработка на метод и алгоритъм – методът описва на идейно ниво какво е решението на проблема. Той акцентира на оснивните зависимости (които понякога могат да се преставят и математически) и поведението на основните величини. За разлика от него, алгоритъмът детайлизира действията за получаване на решението и е много по-близко до техниките, използвани от компютърните системи. С други думи алгоритъмът може лесно да се превърне в компютърна програма.

* Проектиране и разработка на приложната програма. Методи за проектиране. – Една приложна програма може да бъде доста сложна за разработване. Някои съвременни програмни продукти се състоят от милони редове с програмни инструкции. Ето защо са разработени специални методи за проектиране и кодиране на компютърни програми.

* Тестване на приложната програма – Обикновено една сложна компютърна програма, дори когато се предаде за редовна експлоатация, съдържа грешки или лошо програмирани фрагменти. Точно тези фрагменти се използват от хакерите за проникване в програмата. Тестването на съвременните програми е достатъчно сложен процес, изискващ време и висока квалификация.

* Интерпретация на получените резултати – едно златно правило в програмирането гласи, че ако една прогрма заработи от първи път, то вероятно резултатите не са правилни. Като принцип, за една компютърна програма, трябва да има възможност за интерпретация на получаваните резултати и проверка на тяхната достоверност.
Проектиране на приложни програмни продукти

Масиви

Крайно множество от елементи, подредено в редица, таблица и най-общо N-мерен масив. В повечето случаи се предполага, че елементите са еднородни. Масивите по принцип са статични структури – техният размер не може да се променя про изпълнение на програмата.



Списъци

Списъкът е пдоредена редица от последователни елементи. Не се предполага, че е крайна – могат да се добавят нови елементи, както и да се изтриват стари. Списъкът е динамична структура.


Множества

Съвкупност от елементи, притежаващи едно и също свойство. Множеството може да е крайно или безкрайно. Не се предполага, че е подредено. Съществува алгоритъм за определяне дали даден елемент принадлежи или не принадлежи на множеството.


Стек

Стекът е специален списък, който позволява вмъкване и извличане на елементи само в началото на списъка. Това правило е известно в литературата като LIFO. Няма достъп до вътрешните елементи.


Опашки

Опашката е специален списък, който позволява вмъкване на нов елемент само в края на списъка и извличане на елемент само от началото на списъка. Това правило е известно в литературата като FIFO. Няма достъп до вътрешните елементи.


Описание на алгоритми

* Последователни операции - това са добре дефинирани операции в смисъл, че са налице всички данни, за да бъде извършена съответната операция. След изпълнението на съответната последователна операция управлението се предава на следващата операция на алгоритъма.

* Условни операции – Първоначално операцията проверява някакво условие. В зависимост от това дали условието е изпълнено или не се преминава към една или друга операция.

* Итеративни операции – предписва изпълнението на дадена операция, докато не се изпълни някакво условие. Обикновено на всяка итерация някакъв параметър се променя.


Операционни системи

Класификация на ос

* ОС за големи машини. Голям обем транзакции за единица време, многопотребителски режим на работа, обслужване на голям брой устройства. Примери: OS/390.

* ОС за сървъри. Много-потребителски режим на работа в мрежа, поделено използване на устройства и ресурси.

* Многопроцесорни операционни системи. Често са изградени на базата на общите операционни системи.

* ОС за персонални компютри – Windows, Mac OS X, Linux.

* ОС за работа в реално време. При тези ОС едно от основните изисквания е обработката от операционната система и съответното проложение да се осъществява в реално време и често в определен времеви интервал.

* ОС на вградени компютърни устройства.

* ОС, използвани в интелигентни карти.


Основни концепции (Процеси)

* Процеси. Съвременните ОС могат да изпълняват едновременно няколко програми. Изпълнението на всяка програма се определя като процес.

* С всеки процес е свързано определено адресно пространство от паметта. Процесът може да чете/записва в това пространство.

* Адресното пространство съдържа изпълнимия код на програмата, нейните данни и стека й.

* С всеки процес са свързани и определени регистри като: програмния брояч, указател на стека.

* Процесите се изпълняват в режим на времеделене. Състоянието на даден процес се пази в т.нар. процесорна таблица. Така се създава представа за псевдо-паралелизъм.

* Един процес може да бъде генериран при насъпването на едно от следните събития: Инициализиране на системата, Заявка от изпълняващ се процес за създаване на нов процес, Заявка от страна на потребителя за създаване на нов процес, Иницииране на пакетна обработка.

* Процесите се разделят на две групи. Текущи, които извършват обработка на информацията в момента и евентуално взаимодействат с потребителя. Фонови процеси, които са резидентни в компютъра и се изпълняват когато постъпи заявка за тях. Фоновите процеси: активиране при постъпване на заявка за изпращане на клиент на дадена Web страница, генериране на съобщение при получаване на електронна поща.

* Примери за процеси. При зареждане на операционната система се създават няколколко основни процеса. При мрежа често се получава голям обем информация от един процес, който създава нов за следваща обработка на информацията. Когато потребителят избере една икона се стартира нов процес.

* Един процес може да създава подпроцеси. В специализираната литература подпроцесите се наричат наследници, апораждащият ги процес родител. Операционната система осигурява комуникацията между основния процес и неговите подпроцеси. Това е известно в литературата като вътршна междупроцесорна комуникация.

* Всеки наследник е независим от пораждащия го родител в смисъл, че има свое адресно пространство и собствена рамка.

Основни концепции (Управление на паметта)

* Първоначално в историята на компютърните системи само една програма се е намирала и изпълнявала в оперативната памет.

* Съвременните ОС позволяват няколко програми да използват едновременно оперативната памет и да се изпълняват в режим на времеделене. Защитата на пространството памет, използвано от отделните програми е съвместна задача на хардуера и операционната система.

* По принцип адресното пространство на една компютърна система е ограничено. Ако се използва 32 или 64 битова адресна шина то е 2^32 или 2^64 байта. Може да се окаже, че един процес иска да използва адресно пространство по-голяо от капацитета на оперативната памет. За да се преодолее това противоречие съвременните ОС работят с т.нар. виртуална памет, като съхраняват част от адресното пространство в оперативната памет и част в/у твърдия диск.


Основни концепции (Управление на входа/изхода)

* Това е важна подсистема за управление на входно/изходните устойства на компютърната система.

* ОС е отговорна за синхронизацията на работата на различните класове входно/изходни у-ва. Това се изпълнява от тази част от ОС, която е обща за всички входно/изходни у-ва.

* Управлението и обслужването на отделните типове В/И у-ва се осъществява от ОС с помощта на междинен софтуер, наречен драйвъри.



Основни концепции (файлова система)

* Основната единица за съхранение на информацията в/у устройствата с постоянната памет е файлът. На физическо ниво файлът е последователност от байтове. На логическо ниво файлът е структурна единица, която се управлява от ОС, която организира действия като копиране на файлове, търсене на файлове и т.н.

* Файловете могат да се групират и да бъдат разполагани в по-големи структурни единици, наречени директории. Директорията е множество от разнообразни файлове и като контейнер се създава от потребителя.

* Всяка директория и файл имат уникални имена. Името на файла се състои от две части разделени с ограничителя „.”. Първата част на името се определя от потребителя и го идентифицира чрез уникално име, състоящо се от букви и цифри. Втората част на името се нарича разширение на файла и определя типа на файла.

* Една директория може да съдържа и други поддиректории.

* Преди да се отвори даден файл се извършва проверка дали заявителя за работа с файла има необходимите права за заявените операции с файла.


Операционна система XP

Общи принципи на графичния интерфейс:

* За изпълнение на дадени команди на операционната система може да се използват комбинации от клавиши или мишката. Пример на комбинация от клавиши – ctr+alt+del – стартиране на таск мениджъра. Комбинацията от клавиши се натиска едновременно.

* Мишката има 3 степени на управление – позициониране на маркера в/у определено място на екрана, работа с ляв бутон и работа с десен бутон.

* По принцип левият бутон на мишката се използва да се избере даден обект на екрана. Натискането на левия бутон – еднократно или двукратно – по принцип се използва за активиране на избрания обект.

* Натискането на десния бутон отваря едно падащо меню, което зависи от контекста и позволява да се изпълняват бързо операции, които имат смисъл в дадения контекст.

* Графичният интерфейс се осъществява чрез отваряне на серия от менюта и избор на режими в тях. Входът към графичния интерфейс по принцип е чрез бутона старт, намиращ се в левия грай на информационната лента на основния екран или чрез избор на икона, разположена в основния екран.

* Графичният интерфейс може да се настройва от потребителя и да има удобен за него персонален вид.

* Много от операциите на ОС могат да се изпълняват по няколко начина – например само чрез системата от менютата или и с използване на десния бутон на мишката. Пример: създаване на нова директория.



Общ обектен модел в XP – OLE (Object Linking and Embedding)

Пример за ползване на PrtScr

* Избор на обект – десен бутон – Copy

* Нов контейнер – десен бутон – Paste



Настройка на операционната система Windows XP

* По принцип съществуват различни начини за достъп до менютата на операционната система за извършване на различни настройки. Два основни начина са: достъп чрез иконата My Computer, разположена в основния екран или чрез битона старт, разположен в началото на информационната лента на основния екран.



Въведение в компютърните мрежи

Дефиниция – компютърната мрежа свързва нееднородни компютърни системи, така че те могат да комуникират, да обменят информация и да използват общи апаратни/информационни ресурси.

Класификация

* LAN – При LAN мрежите отделните компютри са разположени сравнително близко един до друг. Отделните възли на мрежата могат да бъдат свързани чрез кабел, инфра-червена връзка или безжична връзка. Мрежата предава информацията м/у компютрите разделяйки я на малки порции, които в компютърната терминология се наричат пакети, Всяка LAN използва протокол , който определея как се конфигурират пакетите и как се предават по мрежата.

* WAN – Няколко LAN могат да бъдат свързани помежду си като се използват специални устройства наречени мостове, маршрутизатори и протоколни адаптори, така че с мрежи с различни протоколи да могат да обменят данни. По принцип WAN мрежите покриват доста големи географски разстояния. За тази цел те използват свързване по високо-скоростни кабелни линии или спътникова връзка.

* P2P – В тези мрежи всички възли имат еднакви права и възможности. Например достъп до ресурси и така потребителите могат да използват ресурси на други потребителски машини. Някои от мрежите от типа p2p все пак използват сървъри, но в други случаи няма дефиниран сървър.



Типове комуникационни канали

* Стандартни телефонни линии – тези линии макар, че са аналогови могат успешно да се използват за преносна среда в мрежата. Необходимо е обаче едно преобразуване на аналоговия транспортен поток при предаване и при приемането в цифров такъв. Това се изпълнява от специално у-во, наречено модем. Ролята на модема е да превърне цифровата информация на предащия възел в аналогова за изпращане по линията и обратно при приемането от приемащия компютър.

* Цифрови телефонни линии – по-широко разпространени са: ISDN, T1, T3, DSL, ATM, Cable Modem. ISDN е технология, заместваща аналоговите телефонни услуги с цифрови. Основната ISDN технология (BRI) предлага три комуникационни канала. В/и една телефонна линия – два за пренос на данни и един за управление. BRI предава данни със скорост до 128 Kbps. Разширената ISDN технология (PRI) предлага 24 канала и скорости на обмен до 1.544 Mbps. Известна като T1 услуга. Услугата Т3 предлага до 672 канала и скорости до 44.736 Mbps.

* DSL – стандартната DSL технология достига скорост на обмен от 52 Mbps, ипзолзвайки стадартна телефонна линия.

* ATM – това е широколентова технология за пренос на данни, глас и мултимедия по телефонна линия. Достога скорости от 10 000 Mbps.
Мрежови модели – OSI и TCP/IP.

OSI

* Физическо ниво – орговаря за преноса на двоичния поток по комуникационната среда. Формира двоичният поток от единици и нули.

* Ниво връзка с данните – орговаря за създаване на първична структура на двоичния поток като последователнсот от единици, наречени рамки. Предава рамките последователно. Приемащият възел потвърждава получаването на всяка рамка.

* Мрежово ниво – управлява операциите в подмрежите. Определя маршрута, по който се предават данните между изпращащия и приемащия възел.

* Транспортно ниво – отговаря за формиране на информационни единици от данните, получени от по-горното ниво и предаването им към получаващия възел.

* Сесийно ниво – рядко се използва като самостоятелно ниво, по-често се съчетава с транспортното. Отговаря за установяване на работна сесия между предаващ и приемащ възел.

* Ниво представяне на информацията – отговаря за кодиране на обеняните данни.

* Приложно ниво – това ниво не включва конкретни проложение. То осигурява връзка м/у приложенията и мрежовите услуги.



TCP/IP

* Основни принципи на TCP/IP – моделът предполага, че се използва принципа на превключване на пакетите. Това означава, че информацията се структурира в основни единици, наречени пакети, които се изпращат по мрежата. Не се предполага, че изпращащият възел е установил директно свързване с приемащата страна. Този тип мрежи се наричат пакетни мрежи без директна свързаност.

* Не определя по какъв път пакетите ще пристигнат в приемащия възел, нито в каква последователност. Може да се случи, че по-късно изпратен пакет пристига по-рано от предхождащите го при изпращането пакети. Задача на по-високите нива в мрежовия модел е да подредят правилно пакетите. Тези основни принципи на модела TCP/IP се реализират на нивото първоначално наречено интернет ниво. Днес то е познато като мрежово или IP ниво.

* Протоколът TCP/IP се използва в различни приложения. Най-известно проложение е глобалната мрежа интернет, построена на базата на него.



Схема за адресиране в интернет

* Всеки възел в мрежата трябва да се идентифицира с уникален адрес. Протоколът IP е предназначен за обработка на адресите. При него за Интернет адрес се заделят 32 бита.

* Всеки байт на 32 битовия адрес се превруща в десетично число. Адресът се записва като 4 групи десетични числа разделени с точка.

* Този запис е известен като двоично-десетичен формат.

* Множеството от всички адреси е разделено на пет класа: A, B, C, D и E.
Система за имена на областите (DNS)

* Работата с числовите стойности на IP адресите е затруднителна. Затова е въведена адресна схем, която позволява на всеки IP адрес да се припише име, което много по-лесно се запомня. Адрес, зададен в числов формат и същият адрес, зададен чрез име са еквивалентни. Системата за имена на IP адресите се нарича Domain Name System (DNS).

* DNS е една разпределена база от данни, която се използва при преминаване от числов формат към име и обратно.

* Имената в DNS се образуват йерархично.


Локални мрежи – въведение

* Сървър-базирани мрежи. Това е логически модел, при който един по-мощен компютър е определен за централен и може да предоставя информация на останалите компютри в мрежата. Например това може да е един файлов сървър.



Топологии на локалните мрежи:

* Кръгова, Тип мрежа, Звезда, Пълна свързаност, Линейна, Дървовидна и магистрална.


Процес на съставяне на програма на C.

* Текстът на програмата се въвежда с помощта на приложна програма, наречена текстов редактор. Няма специални изисквания към текстовия редактор – достатъчно е да може да запише програмата като ASCII файл.

* След въвеждане на текста на програмата, той се записва във файл със задължителното разширение “.c”. Този файл се нарича входен, понеже ще се използва като вход за служебните програми на следващите стъпки.

* Вкодният файл се обработва със специална служебна програма, наречена компилатор. Компилаторът преобразува текста на входния файл в компютърни инструкции, записани в специален междинен формат. Тези инструкции все още не са машинни, т.е. не могат да бъдат директно обработени от процесора на компютърната система. Резултатът от работата на компилатора е файл, наречен обектен и който има разширение “.obj”. Обектният файл се създава автоматично от компилатора и се записва по същото име като входния файл на твърдия диск.



* Обектният файл заедно с други обектни файлове и библиотечни файлове се подава като вход на специална служебна програма, наречена свързваща програма. Изход от свързащия редактор е файл пак с първоначалното име, но с разширение „.ехе”. Този файл се нарича изпълним и е набор от машинни инструкции. Този файл може вече да бъде изпълнен на компютъра – файлът се зарежда в паметта и инструкциите започват да се изпълняват една по една от процесора на компютъра.


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница