SISTEME DE OPERARE Descrierea Sistemelor de Operare Cursul

  • Slides: 21
Download presentation
SISTEME DE OPERARE Descrierea Sistemelor de Operare Cursul 1 ~ 13. 10. 2010 ~

SISTEME DE OPERARE Descrierea Sistemelor de Operare Cursul 1 ~ 13. 10. 2010 ~ 2010 UVT Sisteme de Operare. Cursul 1

Cuprins • Introducere în SO. • Generalităţi, clase şi familii de calculatoare. • Evoluţia

Cuprins • Introducere în SO. • Generalităţi, clase şi familii de calculatoare. • Evoluţia SC şi a principalelor tehnici din SO. 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 2

Introducere în SO Ce este un SO? SO este un sistem de programe care

Introducere în SO Ce este un SO? SO este un sistem de programe care acţionează ca o interfaţă între utilizator şi echipamentul hard. Asigură accesul convenabil al utilizatorului la SC şi utilizarea eficientă a sa. Aplicaţii utilitzator Compilator Editor Shell Operating System hardware SO extinde arhitectura hard a SC; SO gestionează resursele solicitate de programele utilizator ; 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 3

Generaţii de calculatoare Gen. Perioada I 19461956 Tuburi electronice Tambur magnetic Limbaj de asamblare

Generaţii de calculatoare Gen. Perioada I 19461956 Tuburi electronice Tambur magnetic Limbaj de asamblare Mem: 2 KO Viteza: 104 I/S II 19571963 Tranzistori Inele de ferită Limbaje de nivel înalt, FORTRAN şi COBOL Mem: 32 KO Viteza: 2 x 105 I/S III 19641981 Circuite integrate Mem. seminconductori, discuri magnetice Limbaje de nivel foarte înalt, PASCAL, LISP Mem: 2 MO Viteza: 5 x 106 I/S IV 19821989 Circuite integrate pe scară largă şi foarte largă Mem. cu bule, discuri optice Limbaje orientate obiect Mem: 8 MO Viteza: 3 x 107 I/S Supercalculatoare V după 1990 Circuite integrate pe scară extrem de largă; maşini LISP şi PROLOG Arhitecturi paralele Limbaje concurente Limbajul NATURAL Limbaje funcţionale (LISP) limbaje logice (PROLOG) Viteza: 109 - 1012 I/S memorare şi prelucrare cunoştinţe (inteligenţa artificială) vedere artificială tehnica vorbirii 2010 Tehnologie CPU Tehnologie memorie Limbaje utilitzate UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 Performanţe de memorie şi CPU No. 4

Clase de calculatoare 1. Microcalculatoare COMMODORE-64 a) Calculatoare personale familiale - Ieşirea se face

Clase de calculatoare 1. Microcalculatoare COMMODORE-64 a) Calculatoare personale familiale - Ieşirea se face pe monitor TV; Memorie externă: caseta audio; Exemple: a. MIC, PRAE, MC-85, TIM-S; SINCLAIR SPECTRUM (Anglia), COMMODORE-64 (SUA)… b) Microcalculatoare profesionale - 2010 FELIX-PC dispun de configuraţie proprie: tastatură, monitor, suport magnetic. Memorie externă: caseta audio; Exemple M 18, TPD, CUBZ, TDF, JUNIOR, ML 16, FELIX-PC, APPLE, IBMPC… UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 5

Clase de calculatoare 2. Minicalculatoare - Apar după 1950; drept CPU folosesc o UC

Clase de calculatoare 2. Minicalculatoare - Apar după 1950; drept CPU folosesc o UC clasică pe 16 biţi (nu microprocesor); sunt sisteme interactive multiutilizator; sistemul I/O e orientat spre o magistrală unică (se impune legarea în paralel a perifericelor la magistrală). Exemple: fam. PDP 11 (DEC-SUA), superminicalculator VAX-8600 (1985), VAX-8650 (1986) în prezent pe 32 biţi, CORAL, INDEPENDENT (produs de ITC – Timişoara, 1977). 2010 UVT. Sisteme de Operara. Cursul 1 INDEPENDENT No. 6

Clase de calculatoare 3. Calculatoare medii-mari (main-frame) - Apar după 1970; operează pe cuvinte

Clase de calculatoare 3. Calculatoare medii-mari (main-frame) - Apar după 1970; operează pe cuvinte de 32 biţi; au memorie mare; sunt sisteme seriale; sunt foarte scumpe; Exemple: fam. IBM-360, FELIX C-256, C-512, C-1024, C- 5000 FELIX C-256 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 7

Clase de calculatoare 4. Supercalculatoare - au memorie internă de mare capacitate; mecanisme de

Clase de calculatoare 4. Supercalculatoare - au memorie internă de mare capacitate; mecanisme de memorie virtuală; operanzi pe cuvinte de 32 -64 biţi; sunt sisteme multiprocesor; Exemple: fam. IBM-370 cu seriile 145, 158, 168, CDC 6600, CDC CIBER, CRAY →CRAY II, IBM AS/400, … IBM AS/400 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 8

Evoluţia SO Generaţia I • Primele calculatoare (1945 -1955) dispun numai de echipament hard

Evoluţia SO Generaţia I • Primele calculatoare (1945 -1955) dispun numai de echipament hard şi au la baza construcţiei lor tuburi electronice. • La acest SC utilizatorul introduce programul (codificat binar sau hexa) în memorie de la o consolă sau panou. Apoi îl lansează în execuţie, îi vizualizează rezultatele şi eventual îl depanează. Generaţia II • Apare odată cu apariţia tranzistorului. În acelaşi timp apar cititorul de cartele, banda magnetică, imprimanta. Pentru utilizarea noilor elemente de I/O apar primele rutine de interfaţă (drivere) care asigură legătura dintre dispozitivul I/O, memorie şi CPU. Aceste rutine sunt considerate istoric primele programe care participă la un SO. • Apar primele produse soft prin care se revoluţionează programarea: asambloare, linkeditoare, compilatoare etc. Cum sunt manipulate aceste produse necesare execuţiei unui program ? 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 9

Generaţia a II-a R: Sunt depozitate pe cartele perforate sau pe benzi magnetice. Operatorul

Generaţia a II-a R: Sunt depozitate pe cartele perforate sau pe benzi magnetice. Operatorul lansează în execuţie citirea cartelelor, încarcă de pe bandă compilatorul, îl lansează în execuţie. Caracteristic acestor sisteme este faptul că fiecare fază a unei lucrări presupune intervenţia umană. Cartele perforate 2010 TUCN. Operating Systems. Lecture 1 No. 10

Sisteme seriale cu monoprogramare • • • Se numeşte fază de elaborare a unui

Sisteme seriale cu monoprogramare • • • Se numeşte fază de elaborare a unui program una din următoarele activităţi: editarea textului sursă cu calculatorul; compilarea unui program; editarea legăturilor programului; lansarea în execuţie a programului; depanarea. ; Se numeşte job o succesiune de faze relativ la un program. Intervenţia umană între faze presupune o utilizare ineficientă a SC. Pentru evitarea acestui lucru apare conceptul de încărcare automată a joburilor şi fazelor. Se creează în acest scop un mic program numit monitor rezident care ca sarcină principală asigurarea înlănţuirii joburilor şi fazelor. 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 11

Sisteme seriale cu monoprogramare Sarcinile monitorului: • înlănţuirea fazelor şi a joburilor pe baza

Sisteme seriale cu monoprogramare Sarcinile monitorului: • înlănţuirea fazelor şi a joburilor pe baza instrucţiunilor date de către utilizator prin intermediul limbajului de control; • coordonarea alternării între modurile de lucru supervizor şi utilizator; • evitarea ciclurilor infinite prin limitarea timpului de folosire a CPU. Tipul de SO descris se numeşte serial, joburile executându-se unul după celălalt. (batch processing). CPU nu se ocupă de alt job până nu îl termină pe cel curent, deci se lucrează în regim de monoprogramare. 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 12

Sisteme seriale cu multiprogramare • În sistemele seriale simple CPU aşteaptă mult din cauza

Sisteme seriale cu multiprogramare • În sistemele seriale simple CPU aşteaptă mult din cauza diferenţelor mari de viteză dintre echipamentele electronice ale CPU şi echipamentele mecanice ale dispozitivului I/O (de exemplu, un cititor rapid de cartele citeşte 300 cart. /min. , iar un compilator traduce un program de 300 instrucţiuni în 60 sec. ). • Dezvoltarea arhitecturii a dus la apariţia canalului de intrare-ieşire. Ce este un canal de intrare-ieşire ? R: este un procesor specializat pe operaţii de I/O care poate funcţiona în paralel cu CPU. • Fiecare periferic conţine o zonă tampon proprie capabilă să păstreze o înregistrare. CPU pune la scriere informaţia din memorie în zona tampon. Perifericul ia la scriere informaţia din zona tampon şi o pune pe suport, iar la citire acţionează invers. • Viteza de lucru a CPU este mult mai mare decât a perifericului ! 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 13

Sisteme seriale cu multiprogramare Moduri fundamentale de interacţiune între CPU şi periferic: • aşteptare

Sisteme seriale cu multiprogramare Moduri fundamentale de interacţiune între CPU şi periferic: • aşteptare reciprocă; • polling efectuat de către CPU (sondarea perifericului); • întrerupere lansată de către periferic; întrerupere = semnal hard care perturbă execuţia firească a instrucţiunilor dintr un program în curs. La apariţia unei întreruperi: • se reţine adresa instrucţiunii ce urmează a se executa în program; • se execută instrucţiunile rutinei de întrerupere; • se reia activitatea programului suspendat la adresa reţinută. În prezent SC folosesc două tipuri de canale: • - selector: pentru schimburi dintre memorie şi periferic rapide; • - multiplicator: lucrează simultan cu mai multe periferice; 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 14

Sisteme seriale cu multiprogramare Apariţia canalelor I/O a permis abordarea unor tehnici de exploatare

Sisteme seriale cu multiprogramare Apariţia canalelor I/O a permis abordarea unor tehnici de exploatare eficientă a CPU: a) Utilizarea zonelor tampon multiple; b) Conceptul de multiprogramare; Pentru a lucra în multiprogramare este necesar ca: • SC să dispună de sistem de întreruperi pentru semnalarea evenimentelor externe; • SO să gestioneze, aloce şi protejeze resursele între utilizatori (memorie, periferice, fişiere, timp fizic); c) conversii off-line: sisteme SPOOLING (Simultaneous Peripheral Operation Off-line) ; Generaţia a III-a de SC 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 15

Sisteme seriale cu multiprogramare 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 16

Sisteme seriale cu multiprogramare 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 16

Sisteme interactive Permit comunicarea on-line dintre utilizator şi sistem şi pot fi: • monoutilizator;

Sisteme interactive Permit comunicarea on-line dintre utilizator şi sistem şi pot fi: • monoutilizator; • multiutilizator; 1. Tehnica de servire time-sharing (SO interactiv multiutilizator): CTSS, MULTICS, UNIX. 2. Redirectare şi legare în pipe (fişiere I/O standard). Redirectarea intrării şi/sau ieşirii standard permite înlocuirea intrării (ieşirii) standard cu un fişier ce conţine liniile de intrare (ieşire) pe care le aşteaptă programul. Pipe = conectare a două programe care se succed: ieşirea standard a unui program este transmis direct, printr-un sistem de buffere, ca intrare standard pentru programul următor. 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 17

Sisteme în timp real Un sistem în timp real poate fi definit ca un

Sisteme în timp real Un sistem în timp real poate fi definit ca un SC la care datele de intrare sunt introduse de la locul de generare a lor direct în SC, iar informaţiile de ieşire sunt transmise direct la locul de utilizare. Caracteristicile SO în timp real • informaţiile din exterior sunt luate în evidenţă în momentul comunicării lor; • răspunsul SO este limitat în timp cu precizie; • timpul de execuţie al fiecărui program din sistem trebuie cunoscut dinainte. Tipuri de sisteme în timp real • in-line; • tranzacţional; Exemple: QNX, RTLinux, Vx. Works, Win. CE, etc. 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 18

SO pentru Generaţia a IV-a • • Apare odată cu apariţia circuitelor LSI (Large

SO pentru Generaţia a IV-a • • Apare odată cu apariţia circuitelor LSI (Large Scale Integration) care permit ca un chip de siliciu de 1 cm 2 să conţină echivalentul a mii de tranzistoare. 1969 apare primul μp (microprocesor) Intel 4004; 1975 Steve Jobs şi Stephan Wozniak construiesc primul calculator personal ALTAIR 3000; 1976 Bill Gates, Paul Allen fondează firma Microsoft, construiesc primul interpretor BASIC; 1981 IBM lansează primul calculator personal cu CPU μp Intel şi SO Microsoft; 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 19

Sisteme multiprocesor şi reţele de calculatoare În SO multiprocesor sunt conectate mai multe procesoare

Sisteme multiprocesor şi reţele de calculatoare În SO multiprocesor sunt conectate mai multe procesoare pentru realizarea aceleiaşi sarcini şi au acces partajat la memoria internă şi la dispozitivele periferice. Există patru tipuri de sisteme multiprocesor: 1) Sisteme legate în reţea; colecţie de SC relativ autonome fiecare cu CPU, memorie şi canal I/O propriu ( şi care pot lucra sub SO diferite); 2) Sisteme cu procesoare specializate încorporate; pe lângă CPU au încorporate procesoare specializate pe clase de operaţii (cele de I/O, calcul în virgulă flotantă. . . ) care sunt controlate de CPU şi folosesc aceeaşi memorie internă. 3) Sisteme cu procesoare similare care lucrează independent; acestea partajează aceeaşi memorie internă, dar efectuează sarcinile de calcul independent; sunt subordonate aceluiaşi SO; cele mai răspândite sunt sistemele vectoriale (procesoare identice care execută aceleaşi operaţii matematice asupra elementelor unor matrici). 4) Sisteme ce folosesc procesoare paralele; acestea cooperează între ele efectuând sarcini de calcul ale aceluiaşi job. 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 20

Sisteme multiprocesor şi reţele de calculatoare Altă clasificare a sistemelor multiprocesor des utilizată este

Sisteme multiprocesor şi reţele de calculatoare Altă clasificare a sistemelor multiprocesor des utilizată este următoarea: 1) Sisteme SISD (Single Instruction Single Data) – arhitectură clasică, von Neumann 2) Sisteme SIMD (Single Instruction Multiple Data) – procesoare vectoriale 3) Sisteme MISD (Multiple Instructions Single Data) – rar folosite, datele trebuie protejate; 4) Sisteme MIMD (Multiple Instructions Multiple Data) – sunt procesoarele paralele. 2010 UVT. Sisteme de Operare. Cursul 1 No. 21