Операционные системы Введение (часть 1) 1.Развитие вычислительной техники (четыре поколения компьютеров) 2.Основы архитектуры вычислительной системы. - презентация

1 Операционные системы Введение (часть 1) 1.Развитие вычислительной техники (четыре поколения компьютеров) 2.Основы архитектуры вычислительной системы

2 в 1946 г. в Пенсильванском университете США была разработана вычислительная машина ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), которая считается одной из первых электронных вычислительных машин ЭВМ. однопользовательский, персональный режим зарождение класса сервисных, управляющих программ зарождение языков программирования Первое поколение компьютеров Элементная базаэлектронно-вакуумные лампы Временной периодконец 1940-х – начало 1950-х годов Особенности Приоритетное направление: военные задачи

3 Первое поколение компьютеров Элементная база

4 Первое поколение компьютеров ЭНИАК: ~ 20 тыс. электронных ламп, ежемесячно заменялось 2000 ламп

5 Первое поколение компьютеров «Стрела»: быстродействие: 2000 трехадресных команд в секунду, основной такт 500 мкс

6 Первое поколение компьютеров «Урал-1»

7 Второе поколение компьютеров пакетная обработка заданий мультипрограммирование языки управления заданиями файловые системы виртуальные устройства операционные системы Элементная базаполупроводниковые приборы: диоды и транзисторы Временной периодконец 1950-х – вторая половина 1960-х годов Особенности Приоритетное направление: управление бизнес-процессами

8 Второе поколение компьютеров Элементная база

9 Второе поколение компьютеров БЭСМ-6

10 Третье поколение компьютеров аппаратная унификация узлов и устройств создание семейств компьютеров унификация компонентов программного обеспечения Элементная базаинтегральные схемы Временной периодконец 1960-х – начало 1970-х годов Особенности

11 Третье поколение компьютеров Элементная база

12 Третье поколение компьютеров IBM-360

13 Четвёртое поколение компьютеров «дружественность» пользовательских интерфейсов сетевые технологии безопасность хранения и передачи данных Элементная базабольшие и сверхбольшие интегральные схемы Временной периодначало 1970-х – настоящее время Особенности

14 Четвёртое поколение компьютеров Элементная база Первый микропроцессор Intel-4004 (1971г.) элементов. Первый универсальный микропроцессор Intel-8080 (1974г.) элементов (основа для создания первых ПК). 16-битный микропроцессор Motorolla (1979 г.) элементов. Первый 32-битный микропроцессор Hewlett Packard (1981 г.) тыс. элементов.

15 Четвёртое поколение компьютеров Altair-8800 (1974г.) На базе микропроцессора Intel-8080 (1974г.). Программы вводились переключением тумблеров на передней панели, а результаты считывались со светодиодных индикаторов. Объем памяти – 256 байт Пол Аллен и Бил Гейтс (Micro-soft) (1975г.) создали интерпретатор языка Basic (4кб)

16 Четвёртое поколение компьютеров Apple 1 (1976г.) Стив Джобс и Стив Возняк Apple 1: 4 Кбайт RAM, 8- разрядный микропроцессор MOS МГц

17 Четвёртое поколение компьютеров Osborn I : один из первых ноутбуков (1980) Восьмиразрядный процессор Zilog Z80A. Объем оперативной памяти составлял 64 Кбайта; Два пятидюймовых дисковода и модем.

18 Основы а рхитектуры вычислительной системы Прикладные системы Системы программирования Управление логическими ресурсами Управление физическими ресурсами Аппаратные средства ЭВМ Структура вычислительной системы: Вычислительная система совокупность аппаратных и программных средств, функционирующих в единой системе и предназначенных для решения задач определенного класса.

19 Аппаратный уровень вычислительной системы Характеристики физических ресурсов (устройств) Средства программирования, доступные на аппаратном уровне правила программного использования производительность и/или емкость степень занятости или используемости система команд компьютера аппаратные интерфейсы программного взаимодействия с физическими ресурсами

20 Управление физическими ресурсами вычислительной системы Драйвер физического устройства программа, основанная на использовании команд управления конкретного физического устройства и предназначенная для организации работы с данным устройством. систематизация и стандартизация правил программного использования физических ресурсов (уровень драйверов устройств) последовательность блоков одинакого размера всего занято 4 блока Драйвер А маркер начала маркер конца записи Драйвер В запись произвольного размера

21 Управление логическими (виртуальными) ресурсами Логическое (виртуальное) устройство (ресурс) устройство (ресурс), некоторые эксплутационные характеристики которого (возможно все) реализованы программным образом. Драйвер логического (виртуального) ресурса программа, обеспечивающая существование и использование соответствующего ресурса.

22 Управление логическими (виртуальными) ресурсами группа «B» группа «А» «С:» HD IBM «С:» HD IBM «F:» Виртуальный диск «F:» Виртуальный диск Файловая система Файловая система драйвер виртуального диска драйвер виртуального диска драйвер файловой системы драйвер файловой системы драйвер оперативной памяти драйвер оперативной памяти Устройство HDD IBM Оперативная память Операции ввода/вывода (open(), close(), read(), write()) драйвер HDD IBM драйвер HDD IBM группа «C»...

23 Управление логическими (виртуальными) ресурсами Ресурсы вычислительной системы совокупность всех физических и виртуальных ресурсов. Одной из характеристик ресурсов вычислительной системы является их конечность, следовательно, возникает конкуренция за обладание ресурсом между его программными потребителями. Операционная система это комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами вычислительной системы. Характеристики ресурсов вычислительной системы

24 Управление логическими (виртуальными) ресурсами Средства программирования, доступные на уровнях управления ресурсами ВС система команд компьютера программные интерфейсы драйверов устройств (как физических, так и виртуальных)

25 Системы программирования Жизненный цикл программы в вычислительной системе Система программирования это комплекс программ, обеспечивающий поддержание жизненного цикла программы в вычислительной системе. 1.Проектирование 2.Кодирование 3.Тестирование и отладка 4.Ввод программной системы в эксплуатацию (внедрение) и сопровождение

26 Жизненный цикл программы: проектирование Основные понятия: Объектная ВС ВС, на которой предполагается работа программного комплекса. Инструментальная ВС ВС, на которой будет вестись разработка программного комплекса. Стандарты жизненного цикла программы в ВС опираются на современные представления о разработке программ. Исследование Характеристики объектной вычислительной системы Характеристики объектной вычислительной системы Модель функционирования Характеристики инструментальной вычислительной системы Характеристики инструментальной вычислительной системы Алгоритмы, инструментальные средства Алгоритмы, инструментальные средства Априорная оценка

27 Жизненный цикл программы: кодирование Средства для разработки программных продуктов Средства автоматизации получения объектных модулей Отслеживание даты обновления Средства поддержки коллективной работы и контроль версий Спецификация Трансляторы Средства для использования библиотек Средства для использования библиотек Средства для разработки программных продуктов Средства для разработки программных продуктов КОДИРОВАНИЕ Модули Исполняемый код Исходные текcты Библиотеки Программная система

28 Жизненный цикл программы: тестирование и отладка Тестирование процесс проверки правильности функций программы на заранее определённых наборах входных данных (тестах или тестовых нагрузках). Тестовое покрытие набор тестов, наиболее полно покрывающих функции системы. Отладка процесс поиска, локализации и исправления зафиксированных при тес- тировании и эксплуатации программных ошибок. Тест1Тест2Тест3 Исходные данные Программа Результат Тест N

29 Жизненный цикл программы: внедрение и сопровождение Внедрение установка и первичная настройка программного комплекса на объектную ВС. Сопровождение исправление недочётов внедрения и проектирования программного комплекса.

30 Системы программирования Современные технологии разработки программного обеспечения: модели разработки программных систем 1.Каскадная модель 2.Каскадная итерационная модель 3.Спиральная модель

31 Модели разработки программных систем: каскадная модель Преимущества Недостатки Детерменированность времени и затрат Возможно устаревание к моменту реализации Проектирование Кодирование Тестирование Отладка

32 Преимущества Недостатки В идеале максимальное удовлетворение заказчика продукта Недетерменированность времени и затрат Модели разработки программных систем: каскадная итерационная модель Проектирование Кодирование Тестирование Отладка

33 Модели разработки программных систем: спиральная модель Преимущества Недостатки Недетерменизированность времени и затрат на конечный продукт (изначально) Детерменированность времени выполнения каждой итерации Возможность рассмотрения системы до её завершения Наиболее современная и перспективная модель. проектирование тестирование отладка прототипы программная система детализация кодирование

34 Системы программирования: история Начало 50-х годов ХХ века Система программирования или система авто- матизации программирования включала в себя ассем- блер (или автокод) и загрузчик, появление библиотек стандартных программ и макрогенераторов. Середина 50-х – начало 60-х годов ХХ века Появление и распространение языков програм- мирования высокого уровня (Фортран, Алгол-60, Кобол и др.). Формирование концепций модульного программирования. Середина 60-х годов – начало 90-х ХХ века Развитие интерактивных и персональных систем, появление и развитие языков объектно-ориен- тированного программирования. 90-е ХХ века – настоящее время Появление промышленных средств автоматизации проектирования программного обеспечения, CASE- средств (Computer-Aided Software/System Engineering), унифицированного языка моделирования UML.

35 Системы программирования программные средства и компоненты системы программирования, обеспечивающие поддержание жизненного цикла программы. Средства программирования, доступные на уровне системы программирования Система программирования это комплекс программ, обеспечивающий технологию автоматизации проектирования, кодирования, тестирования, отладки и сопровождения программного обеспечения.

36 Прикладные системы Прикладная система программная система, ориентированная на решение или автоматизацию решения задач из конкретной предметной области. Первый этап развития прикладных систем Задача Разработка, программирование Разработка, программирование Решение

37 Прикладные системы Второй этап развитие систем программирования и появление средств создания и использования библиотек программ Второй этап развития прикладных систем Задача Система программирования Разработка Решение Библиотека

38 Прикладные системы Третий этап характеризуется появлением пакетов прикладных программ Третий этап развития прикладных систем Задача Система программирования Решение Программы

39 Прикладные системы Примеры: MS Office Word (текстовый редактор) Word (текстовый редактор) Excel (электронные таблицы) Access (создание БД) Access (создание БД) PowerPoint (создание презентаций) PowerPoint (создание презентаций)... MathCAD Интерполяци я функций Интерполяци я функций Статистика и обработка данных Статистика и обработка данных Преобразование Фурье Вычисление производной Вычисление определённог о интеграла

40 Прикладные системы Стандартизация моделей автоматизируемых бизнес- процессов B2B (Business To Business) B2C (Business To Customer) ERP (Enterprise Resource Planning) CRM (Customer Relationship Management) Открытость систем API Application Programming Interface Основные тенденции в развитии современных прикладных систем

41 Прикладные системы Сбыт Производ- ство Настройка Финансы Транспорт Моделирование Сервис BaaN Разработка Базовые средства ПриложенияИнструментарий Обеспечивает возможность разработки новых приложений Представляет собой целостную систему управления финансами: учет, анализ и планирование. Предназначена для конфигурации системы BAAN при изменении бизнес-процессов на предприятии.

42 Выводы Пользователь и уровни структурной организации ВС Прикладные системы+ набор функциональных средств прикладной системы. Системы программирования+ трансляторы языков высокого уровня, библиотеки... Управление логическими (виртуальными) устройствами + интерфейсы драйверов виртуальных устройств. Управление физическими устройствами + интерфейсы драйверов физических ресурсов Аппаратные средстваСистема команд, аппаратные интерфейсы программного управления физическими устройствами

43 Выводы Базовые определения и понятия: Вычислительная система Физические ресурсы (устройства) Драйвер физического устройства Логические или виртуальные ресурсы (устройства) Драйвер логического (виртуального) ресурса Ресурсы вычислительной системы Операционная система Жизненный цикл программы в вычислительной системе Система программирования Прикладная система