Четвертый период (1980 - настоящее время)

Появление больших интегральных схем (БИСКомпьютер стал доступен отдельному человеку, и наступила эра персональных компьютеров.

Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки «дружественного» программного обеспечения, это положило конец кастовости программистов.

На рынке операционных систем доминировали две системы: MS-DOS и UNIX.

2Назначение и функции ос.

В процессе работы вычислительной машины выполняются множество различных действий:

- ввод программы написанной на некотором исходном языке;

- запись введенной программы на некотором накопителе (жесткий или гибкий диск, магнитныеленты);

- трансляция программы в объектное представление;

- редактирование оттранслированной программы, при котором происходит "сборка программы", то есть устанавливаются все необходимые связи между отдельными подпрограммами; полученный после редактирования загрузочный модуль,

-либо исполняется, либо записывается на внешний носитель данных;

-в процессе исполнения программы может потребоваться ввод или вывод данных.

.

Для организации выполнения всего набора задач, в соответствии с требуемой для каждой из них технологией, и выделения необходимых для этого ресурсов, требуется соответствующая система управления или иначе говоря - операционная система (аналогия с АСУ)

Таким образом: ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА (ОС) - это упорядоченная последовательность управляющих и служебных программ, совместно с необходимыми информационными массивами, осуществляющая управление всеми ресурсами вычислительного комплекса с целью обеспечения эффективной работы вычислительной системы (общепризнанного определения операционной системы не существует).

Рассмотрим основные режимы обслуживания.

Режим индивидуального пользования. Вычислительная система полностью предоставляется в распоряжение пользователя, по крайней мере, на время решения его задачи. Пользователь имеет непосредственный доступ к ВС, используя пульт управления или устройства ввода-вывода для ввода команд и данных, необходимых для решения его задачи.

После получения результатов или истечения отведенного для пользователя времени он регистрировал свой уход с машины и его сменяет другой пользователь со своей программой.

В каждый момент рабочего времени машина используется для решения только одной прикладной программы. Поэтому такой режим работы называется - однопрограммным

Такой Режим удобен пользователю, но плохо использует оборудование ВС, из-за простоев вызванных чередованием фаз:

фаза 1 - работа ВС и выдача результата;

фаза 2 - обдумывание пользователем и ввод нового задания.

При этом во второй фазе ВС ничего не делает и процент использования ВС едва превышает 50%.

Этот режим применялся в ЭВМ первого поколения (ламповые) и в настоящее время используется в персональных ЭВМ

Режим однопрограммной пакетной обработки. В этом режиме пользователь не имеет непосредственного доступа к ВС. Пользователь подготовленные им программы передает обслуживающему персоналу ВС. Собранные от нескольких пользователей программы (задания) накапливаются в пакет на магнитных дисках или лентах.

Совокупность отдельных программ и данных, разделенных специальными метками, на магнитном носителе (чаще всего Магнитной ленте) называется пакетом.

Затем, в соответствии с расписанием, оператор устанавливает носитель с пакетом на соответствующий накопитель (НМД или НМЛ) и специальная программа из состава операционной системы, последовательно считывает программы и данные из пакета и запускает их на выполнение.

Результаты счета программ при этом выводятся на другой накопитель НМЛ или НМД и составляют пакет результатов.

Управляющая программа выполняла внутрисистемные операции управления, которые ранее ( в режиме индивидуального пользования) выполнял пользователь. Дополнительно эта программа автоматически переключала машину на исполнение программ из пакета по последовательной схеме.

При этом каждая программа, получившая доступ к процессору, обслуживается до конца.

Рассмотренная управляющая программа автоматизирует операции оператора по организации работы ЭВМ при обработке на ней некоторой последовательности программ, и может быть названа простейшей операционной системой.

пакетный режим обладает двумя существенными недостатками:

1.Значительное увеличение интервала времени между моментом передачи пользователем программы оператору на счет и моментом когда он получит результаты счета. Чем больше пакет тем больше этот интервал времени. (обычно 2-4часа)

2.Во время выполнения некоторой программы может потребоваться передача данных из оперативной памяти в накопитель на МЛ или МД или наоборот. Процессор во время выполнения таких обменов простаивает и продолжит обработку только после завершения обмена.

Режим мультипрограммной пакетной обработки. Основой функционирования таких систем является размещение в оперативной памяти не одной а нескольких пользовательских программ.

б) многопрограммный режим.

Рассмотрим пример: пусть в оперативной памяти загружены три программы А,Б и В. Временные диаграммы выполнения их в однопрограммном и многопрограммном режиме имеют вид : (рисунок диаграммы)

На диаграммах интервалы времени необходимые для выполнения операций ввода-вывода обозначены tвв(А), tвв(Б), tвв(В) для программ А,Б и В соответственно.

Время выполнения всех трех программ А,Б и В в пакетном однопрограммном режиме составит Т(А)+Т(Б)+Т(В), так как программы выполняются строго последовательно друг за другом.

Т(А) Т(Б) Т(В).

+---------------+-----------+--------+-------->t

В многопрограммном режиме:

Допустим, что процессор начинает обслуживание с программы А. В момент времени t1, программе А требуются данные, находящиеся на одном из внешних устройств. В этот момент выполнение программы А прерывается и начинает выполняться операция ввода-вывода, которая будет завершена через время tвв(А) в момент времени t4.

Одновременно, параллельно с операцией ввода-вывода процессор переключается на выполнение программы Б. В момент времени t2, программе Б потребовалось выдать промежуточные данные на одно из внешних устройств (дисплей, печать, НМД или НМЛ и т.п.).

Происходит прерывание выполнения процессором программы Б и начинает выполняться операция ввода-вывода, которая будет завершена через время tвв(Б) в момент времени t7.

Одновременно, параллельно с этой операцией ввода-вывода процессор переключается на выполнение программы В. В момент времени t3 происходит прерывание выполнения процессором программы В и начинает выполняться операция ввода-вывода, которая будет завершена через время tвв(Б).

После завершения операции ввода-вывода для программы А в момент t4 свободный к этому моменту процессор вновь начинает выполнять программу А до ее завершения в момент времени t6.

Поскольку операция ввода -вывода для программы В завершилась ранее в момент t5, то процессор переключается на продолжение программы В. Закончив ее выполнение в момент времени t8, процессор переходит к выполнению программы Б, операция ввода-вывода для которой уже завершилась в момент t7.

Таким образом, выполнение всех трех программ закончилось в момент t9, при этом величина t9 - t0 значительно меньше чем Т(А)+Т(Б)+Т(В).

Однако, время выполнения программ В и Б увеличилось по сравнению с однопрограммным режимом на величину t6 - t5 и t8 - t7 соответственно.

Эти временные задержки возникли из-за занятости процессора обслуживанием другой программы , при готовности программ В и Б к продолжению выполнения. При выполнении в пакетном режиме наличие этих задержек не имеет существенного значения, поскольку они практически не влияют на время получения пользователем результатов счета.

Основным достоинством многопрограммного пакетного режима обработки является значительное уменьшение времени простоя процессора.

Реализация рассмотренной идеи многопрограммной обработки (мультипрограммирование) потребовала изменения, как аппаратных, так и программных средств:

1. Реализован механизм "прерывания"

2.. В состав ЭВМ включены новые устройства - каналы ввода-вывода. Канал осуществляет все операции ввода вывода, не используя средства процессора. По существу канал это специализированный процессор ввода- вывода.

3. Организация функционирования ЭВМ реализуется с помощью комплекса сложных взаимоувязанных управляющих программ - операционной системы, ставшей неотъемлемой частью мультипрограммных ЭВМ.

Появление относительно дешевых персональных микро ЭВМ,сняло на некоторое время задачу эффективного использования оборудования ВС.

Дальнейшая эволюция операционных систем была направлена уменьшение времени ожидания пользователем результатов выполнения своей программы.

Режим коллективного пользования (или мультидоступ) - это такая форма обслуживания, при которой возможен одновременный доступ нескольких независимых пользователей к вычислительным ресурсам мощной вычислительной системы. Каждому пользователю предоставляется терминал, с помощью которого он устанавливает связь с системой коллективного пользования.

Системы коллективного пользования, с однородными запросами, обработка которых занимает приблизительно одинаковое время, реализуют режим "запрос-ответ

При этом режиме операционная система работает в рассмотренном ранее мультипрограммном режиме , но формируется динамически. По каждому запросу от терминала, соответствующая программа обработки этого запроса, попадает в очередь, а после своего выполнения - покидает очередь.

Процессор обрабатывает программы по очереди в соответствии с их приоритетом (важностью).

Такой режим обслуживания позволил сократить время ожидания пользователя, однако если некоторый пользователь вводил запрос, требующий длительного времени обработки, то время ожидания для других пользователей могло возрасти до недопустимой величины. С целью устранения этого недостатка появился режим квантования времени.

Этот режим основывается на уже рассмотренном режиме многозадачной обработки, в котором каждой программе готовой к выполнению, выделяется для исполнения на процессоре фиксированный заранее определенный интервал времени (квант).

Программа, получившая квант времени может завершить свою работу в течении этого интервала времени, и тогда она покидает очередь программ.

Либо по истечению выделенного кванта времени программа не выполнена до конца, тогда она прерывается и помещается в конец очереди других готовых выполнению программ. Из начала этой очереди извлекается другая программа, которой опять выделяется очередной квант времени.

Такое циклическое обслуживание, основанное на детерминированной схеме прерывания программ, гарантирует, что всем программам будут выделятся, процессорное время "справедливо".

при

Дальнейшее развитие операционные системы получили при создании многомашинных и многопроцессорных (мультипроцессорных) вычислительных систем , а также локальных и глобальных вычислительных сетей