Основы архитектуры вычислительных систем.
Вычислительная система – это совокупность аппаратных и программных средств, функционирующих в единой системе и предназначенных для решения задач определенного класса.
Элементарными примерами ВС могут служить игровые автоматы и мобильные телефоны.
Эксплутационные качества вычислительной системы определяются как свойствами аппаратуры, так и программных компонентов.
Взаимодействие уровней происходит ввиду непосредственных уровневых интерфейсов или какого-либо косвенного влияния (напр. Если канал рассчитан на 10 человек, а используется 100).
Аппаратные средства ЭВМ
С позиции уровней выше, т.н. физические ресурсы, каждому из которых соотв. определенные характеристики и аппаратные компоненты. Физ.ресурсы: процессор, Оперативная память, наличие\отсутствие внешних устройств.
Характеристики каждого ресурса (в идеале):
-
правила программного использования;
-
производительность или емкость;
-
степень занятости или используемости.
Но не существует единого правила формирования этих характеристик, в т.ч. одно и то же устройство может обладать различными характеристиками в зависимости от назначения.
Уровень аппаратных средств ЭВМ – система команд ЭВМ и программно управляемые компоненты ЭВМ.
Управление физическими ресурсами
Уровень управления физическими ресурсами – программная составляющая вычислительной системы, обеспечивающая предоставление для каждого конкретного физического ресурса интерфейса для использования – драйвер физического ресурса (устройства).
Драйвер физического устройства – программа, основанная на использовании команд управления конкретного физического устройства и предназначенная для организации работы с данным устройством.
Драйвер физического устройства скрывает от пользователя детальные элементы управления конкретным физическим устройством. Драйвер физического устройства ориентирован на конкретные свойства устройства.
На данном уровне иерархии вычислительной системы обеспечивается корректное функционирование и использование физических ресурсов/устройств.
Пример различных драйверов для магнитной ленты.
программа, основанная на использовании команд управления конкретного физического устройства и предназначенная для организации работы с данным устройством.
Пользователю доступны:
-
системы команд компьютера;
-
аппаратные средства;
-
программные интерфейсы доступа через соответствующие драйверы.
Возникающие проблемы:
-
должна использоваться модификация для перехода от одного устройства к другому;
-
необходимо организовывать одновременную работу большого кол-ва устройств.
Управление логическими/виртуальными ресурсами
Основа: обобщение свойств и интерфейсов физ. устройств и унификация интерфейсов.
Логическое/виртуальное устройство (ресурс) – это устройство/ресурс, некоторые эксплутационные характеристики которого (возможно все) реализованы программным образом.
Пример.
Иерархия логических/виртуальных устройств (ресурсов):
- 1-й уровень обобщения
Драйвер логического устройства определенного типа – обобщает интерфейсы драйверов физических устройств этого типа => унификация обращения.
- 2-й уровень обобщения
Создание логического/виртуального устройства, которому, в конечном счете, соответствует реальное устройство другого типа.
- 3-й уровень обобщения
Реализация логических/виртуальных устройств (ресурсов) базируется на использовании других логических/виртуальных устройств.
Функция управления логическими/виртуальными устройствами (ресурсами) – контроль над созданием и использованием.
На уровне управления логическими ресурсами пользователю предоставляется система команд ЭВМ и интерфейсы к драйверам логических/виртуальных устройств/ресурсов.
Ресурсы вычислительной системы - совокупность всех физических и виртуальных ресурсов.
Одна из характеристик ресурсов вычислительной системы их конечность, следовательно, возникает конкуренция за обладание ресурсом между его программными потребителями.
Операционная система - это комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами вычислительной системы.
Уровни управления физическими и логическими устройствами вычислительной системы обычно составляют операционную систему.
Системы программирования
Система программирования – это комплекс программ, обеспечивающий поддержание жизненного цикла программы в вычислительной системе
Уровень системы программирования обеспечивает поддержание этапов жизни программы: проектирование, кодирование, тестирование, отладка, изготовление программного продукта.
На данном уровне пользователю предоставляются средства программирования виртуальной машины, основанные на некотором языке программирования и совокупности доступных логических/виртуальных ресурсов.
1
.
Проектирование.
-
Кодирование.
Кодирование – организация поддержки выполнения программы.
Средства для разработки программного обеспечения:
-
средства автоматического контроля межмодульных связей;
-
средства автоматически выполняемых задач;
-
системы поддержки версий.
3
.
Тестирование и отладка.
Тестирование – проверка спецификации выполнения программы на некоторых наборах данных.
Отладка – процесс локализации ошибок.
4.Ввод программы в эксплуатацию и сопровождение.