Co to jest system operacyjny i jakie są jego podstawowe zadania?
System operacyjny - program, który działa jako pośrednik między użytkownikiem komputera a sprzętem komputerowym. Zadania systemu operacyjnego: Zarządzanie zasobami komputera: procesory, pamięć, urządzenia wejścia-wyjścia, porty komunikacyjne itd. Ukrywanie szczegółów sprzętowych przez tworzenie abstrakcyjnych obiektów (maszyn wirtualnych). Tworzenie środowiska, w którym użytkownik może wydajnie i wygodnie wykonywać programy.
Naszkicować schemat systemu komputerowego i krótko scharakteryzować jego składowe.
Sprzęt - dostarcza podstawowe zasoby systemu komputerowego: procesor, pamięć, urządzenia WE/WY itd. System operacyjny - nadzoruje i koordynuje posługiwanie się sprzętem przez różne programy aplikacyjne pracujące na zlecenie różnych użytkowników. Programy aplikacyjne- określają sposoby użycia zasobów systemu do wykonywania różnorodnych zadań użytkowników. Użytkownicy ludzie, maszyny, inne komputery.
Jak działały systemy wsadowe? Podaj ich zalety i wady
Konieczne zatrudnienie operatora (użytkownik = operator). Użytkownik przygotowuje zadanie (na kartach perforowanych) i przekazuje je operatorowi. Operator uruchamia zadanie i wyniki zwraca użytkownikowi. Skrócenie czasu ustawiania (set-up) przez grupowanie podobnych zadań. Automatyczne porządkowanie zadań - automatyczne przekazywanie sterowania od jednego zadania do drugiego. Wprowadzenie kart sterujących w celu rozróżniania zadań itd. © Zalety - większa przepustowość! Wady - niska wydajność: długi czas obiegu zadania; szybki procesor i wolny czytnik kart (drukarka) pracujące naprzemian.
Na czym polegał spooling w systemach wsadowych? Jego zalety i wady.
Spooling- metoda nakładania operacji wejścia-wyjścia jednego zadania na obliczenia innych zadań. Dysk pełni rolę buforowania między czytnikiem kart a pamięcią, Podczas wykonywania jednego zadania system operacyjny: Czyta następne zadanie z czytnika kart na dysku, Wysyła wyniki poprzedniego zadania z dysku na drukarkę Zalety: zwiększenie wydajności procesora i urządzeń wejść-wyjść, Wady: mało wydajny dla szybkich procesorów
Co to jest wieloprogramowość i jakie wymagania nakłada na system operacyjny.
Wieloprogramowość- wiele zadań rezyduje w tym samym czasie w pamięci, a procesor jest im odpowiednio przydzielany. Niezbędne cechy sytemu operacyjnego: Szeregowanie zadań- decydowanie, które zadania z puli zadań mają być załadowane do pamięci operacyjnej, Zarządzanie pamięcią- system musi wybrać do uruchomienia jednego spośród wielu zadań w pamięci, Ochrona zadań na wszystkich etapach pobytu w systemie, Alokowanie urządzeń, dostarczenie procedur wejścia-wyjścia
Co to są systemy z podziałem czasu i jakie są ich zalety?
Procesor wykonuje na przemian wiele różnych zadań, a przełączenia następują tak często, że użytkownicy mogą na bieżąco współdziałać z programami podczas ich wykonywania. Możliwość pracy interakcyjnej – użytkownik wydaje bezpośrednio instrukcje systemowi lub programowi i otrzymuje natychmiastowe odpowiedzi , Bezpośrednio dostępny system plików – użytkownik ma bezpośredni dostęp do plików z programami i danymi, Wymiana zadania pomiędzy pamięcią a dyskiem w trakcie jego wykonywania, Tworzenie pamięci wirtualnej, tzn. rozszerzenie pamięci operacyjnej pamięcią dyskową – umożliwienie wykonywania zadań nie mieszczących się w pamięci operacyjnej, Wielu użytkowników może równocześnie dzielić jeden komputer – każdy z nich odnosi wrażenie jakby dysponował swoim własnym komputerem.
Systemy rozproszone – podać zalety i wymienić podstawowe kategorie.
Systemy luźno powiązane – każdy procesor ma swoją własną pamięć lokalną; procesory komunikują się między sobą za pomocą różnych linii komunikacyjnych.
Zalety: podział zasobów, przyspieszanie obliczeń, niezawodność (awaria jednego komputera nie wstrzymuje pracy pozostałych), komunikacja miedzy węzłami.
Podział:• Sieci komputerowe: lokalne (LAN), miejskie (MAN), rozległe (WAN), oparte o technologie bezprzewodowe sieci małoobszarowe (SAN).• Systemy klient-serwer: systemy serwerów obliczeń, systemy serwerów plików.• Systemy Peer-to-Peer (P2P): systemy wymiany plików.• Rozproszone systemy operacyjne: systemy w bliskiej komunikacji przez sieć
Scharakteryzować główne typy systemów czasu rzeczywistego.
Rygorystyczne systemy czasu rzeczywistego: pamięć pomocnicza mała lub jej brak, dane przechowywane w pamięci o krótkim czasie dostępu lub pamięci tylko do odczytu (ROM); w konflikcie z systemami z podziałem czasu – dlatego nie są realizowane w uniwersalnych systemach operacyjnych.
Łagodne systemy czasu rzeczywistego: krytyczne zadanie do obsługi w czasie rzeczywistym otrzymuje pierwszeństwo przed innymi zadaniami, łagodniejsze wymagania czasowe – mogą występować pewne opóźnienia.
Jakie są charakterystyczne cechy systemów kieszonkowych oraz systemów multimedialnych?
Systemy kieszonkowe: W porównaniu np. z komputerem PC dysponują niewielką pamięcią, wolnym procesorem, małym ekranem ograniczenia w funkcjonalności są równoważone przez ich wygodę i przenośność. Systemy multimedialne Dane multimedialne składają się z plików audio i wideo, jak również tradycyjnych plików – od konwencjonalnych danych różnią się tym, że muszą być dostarczane stosownie do pewnych wymagań czasowych, Multimedia obejmują szeroki zakres aplikacji będących w codziennym użyciu, Aplikacje multimedialne dotyczą nie tylko komputerów, coraz częściej adresowane są do mniejszych urządzeń, takich jak PDA i telefony komórkowe.
Przedstawić podstawowe typy środowisk obliczeniowych.
Tradycyjne obliczenia W przeszłości typowymi środowiskami obliczeniowymi były: przedsiębiorstwo, instytucja, biuro, czy pojedynczy komputer; komunikacja zdalna była utrudniona.
Obliczenia oparte na WWW Rozpowszechnienie WWW sprawiło, że coraz więcej i to coraz bardziej różnorodnych urządzeń ma do niego dostęp. Środowisko obliczeniowe WWW zwiększyło znaczenie łączności sieciowej w odniesieniu do urządzeń sprzętowych oraz systemów operacyjnych. Powstała nowa kategoria urządzeń: balansery obciążeń – rozdzielają połączenia sieciowe w ramach puli podobnych serwerów.
Obliczenia wbudowane Najbardziej rozpowszechnionymi formami komputerów są komputery wbudowane. Ich celem jest na ogół wykonywanie bardzo specjalizowanych funkcji. Systemy operacyjne tego typu urządzeń mają dość ograniczone możliwości.
Naszkicować podstawową architekturę systemu komputerowego i opisać krótko jej działanie.
CPU i sterowniki urządzeń są połączone wspólną szyną systemową.
CPU i sterowniki mogą działać współbieżnie.
Każdy sterownik odpowiada za określony typ urządzenia
Każdy sterownik ma swój lokalny bufor.
CPU przesyła dane między pamięcią operacyjną a lokalnymi buforami.
Operacje wejścia-wyjścia odbywają się między urządzeniami a lokalnymi buforami sterowników.
Sterownik informuje CPU o zakończeniu swojej operacji za pomocą przerwania.
Na czym polega mechanizm przerwań
przerwanie lub żądanie przerwania– sygnał powodujący zmianę przepływu sterowania, niezależnie od aktualnie wykonywanego programu. Pojawienie się przerwania powoduje wstrzymanie aktualnie wykonywanego programu i wykonanie przez procesor kodu procedury obsługi przerwania .
Co to jest i jak dzia!a DMA? Jej zalety/wady?
DMA (z ang. bezpośredni dostęp do pamięci) – technika, w której sprzęt komputerowy podłączony do płyty głównej, np. karta graficzna, karta dźwiękowa, karta sieciowa czy kontroler dysku twardego, mogą korzystać z pamięci operacyjnej RAM lub portów we-wy, pomijając przy tym CPU. Wymaga to niewielkiej współpracy ze strony procesora, który musi zaprogramować kontroler DMA do wykonania odpowiedniego transferu danych, a następnie na czas przesyłania danych zwolnić magistralę systemową Zaleta: Duża szybkość operacji WE/WY. Wada: Sterownik DMA „kradnie” cykle pamięci procesorowi, co może spowalniać jego działanie.
Scharakteryzować strukturę pamięci systemu komputerowego.
Pamięć operacyjna lub główna – jedyny wielki obszar pamięci dostępny dla procesora bezpośrednio; w wielu architekturach stosowane jest WE/WY odwzorowywane w pamięci.
Pamięć pomocnicza – rozszerzenie pamięci operacyjnej dające możliwość trwałego przechowywania dużej ilości danych:
Dysk magnetyczny – metalowa lub szklana płyta pokryta materiałem magnetycznym; powierzchnia logicznie podzielona na ścieżki, a te z kolei na sektory; wiruje z dużą prędkością w napędzie dysku; połączony z komputerem wiązką przewodów zwaną szyną WE/WY; sterownik dysku i sterownik macierzysty nadzorują przesyłanie danych między dyskiem a komputerem.
Taśma magnetyczna – taśma pokryta materiałem magnetycznym, znajduje się na szpuli i przewija się do przodu lub do tyłu pod głowicą odczytująco-zapisującą; znacznie wolniejsza od dysku, ale może być kilkakrotnie pojemniejsza; używana głównie do przechowywania rzadko używanych danych.
Pamięci typu flash – elektroniczne urządzenie pamięci nieulotnej; pojemność do 1 TB, coraz większa szybkość odczytu/zapisu.
Na czym polega i do czego służy dualny tryb operacji?
Dzielenie zasobów systemowych wymaga od systemu operacyjnego zapewnienia, że niepoprawny program nie spowoduje, że inne programy będą działać nieprawidłowo. Rozwiązanie – wyposażenie sprzętu w środki umożliwiające co najmniej dwa tryby pracy: 1) Tryb użytkownika – działania w imieniu użytkownika. 2) Tryb monitora (systemu, nadzorcy, uprzywilejowany) – działania w imieniu systemu operacyjnego.
Jak wygląda ochrona sprzętu CPU, wejścia-wyjścia i pamięci?
Ochrona jednostki centralnej (CPU) Czasomierz – generuje przerwania po wyznaczonym okresie czasu aby zapewnić systemowi, operacyjnemu utrzymanie kontroli. Licznik czasomierza jest zmniejszany przy każdym tyknięciu zegara. Kiedy licznik osiągnie wartość zero pojawia się przerwanie. Czasomierz jest zwykle używany do realizacji podziału czasu. Czasomierza używa się również do obliczania bieżącego czasu. Ustawianie czasomierza jest rozkazem uprzywilejowanym.
Ochrona wejścia-wyjścia: Wszystkie rozkazy WE/WY są uprzywilejowane Konieczne jest zapewnienie, że program użytkownika nigdy nie przejmie kontroli nad komputerem w trybie pracy monitora.
Ochrona pamięci: Trzeba zapewnić ochronę pamięci przynajmniej dla wektora przerwań i procedur obsługi przerwań. Ochronę pamięci można uzyskać za pomocą dwu rejestrów określających zakres dopuszczalnych adresów programu: Rejestr bazowy – zawiera najmniejszy dopuszczalny adres fizyczny pamięci. Rejestr graniczny – zawiera rozmiar obszaru pamięci. Pamięć poza tak zdefiniowanym obszarem jest chroniona
Jak realizowane są operacje wejścia-wyjścia użytkownika?
Wywołanie systemowe – metoda poprzez którą proces zamawia jakąś akcję systemu
operacyjnego. Zwykle przyjmuje postać przejścia do określonej komórki w wektorze przerwań. Sterowanie przechodzi przez wektor przerwań do procedury obsługi w systemie operacyjnym, a bit trybu jest ustawiany na tryb monitora. Monitor – po sprawdzeniu, że parametry wywołania są poprawne i dozwolone – spełnia żądanie oraz zwraca sterowanie do rozkazu, który następuje bezpośrednio po wywołaniu systemowym.