Informatyka 1 - Wydział Elektryczny

Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
2/21
Plan wykładu nr 6
Struktura i funkcjonowanie komputera
Informatyka 1
pamięć komputerowa, hierarchia pamięci
pamięć podręczna
System operacyjny
definicje systemu operacyjnego
Politechnika Białostocka - Wydział Elektryczny
Zarządzanie procesami
Elektrotechnika, semestr II, studia niestacjonarne I stopnia
definicja procesu, blok kontrolny procesu
Rok akademicki 2015/2016
dwu- i pięciostanowy model procesu
Zarządzanie dyskowymi operacjami we-wy
metody przydziału pamięci dyskowej
(alokacja ciągła, alokacja listowa, alokacja indeksowa)
Wykład nr 6 (16.04.2016)
dr inż. Jarosław Forenc
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
3/21
Systemy pamięci komputerowych
Ze względu na położenie pamięci w stosunku do komputera
wyróżniamy pamięć:
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
4/21
Hierarchia pamięci
Istnieją wzajemne zależności pomiędzy parametrami pamięci:
kosztem, pojemnością i czasem dostępu:
procesora (rejestry)
mniejszy czas dostępu - większy koszt na bit
wewnętrzną (pamięć główna)
większa pojemność - mniejszy koszt na bit
większa pojemność - dłuższy czas dostępu
zewnętrzną (pamięć pomocnicza - pamięci dyskowe i taśmowe)
Parametry charakteryzujące pamięć:
pojemność - maksymalna liczba informacji jaką można
przechowywać w danej pamięci
czas dostępu - czas niezbędny do zrealizowania operacji
odczytu lub zapisu
W systemach komputerowych nie stosuje się jednego typu
pamięci, ale hierarchię pamięci
Rozpatrując hierarchię od góry
do dołu obserwujemy zjawiska:
malejący koszt na bit
czas cyklu pamięci - czas dostępu plus dodatkowy czas, który musi
upłynąć zanim będzie mógł nastąpić kolejny dostęp
rosnącą pojemność
szybkość przesyłania (transferu) - maksymalna liczba danych jakie
można odczytać z pamięci lub zapisać do pamięci w jednostce czasu
malejącą częstotliwość dostępu
do pamięci przez procesor
rosnący czas dostępu
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
5/21
Półprzewodnikowa pamięć główna
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
6/21
Półprzewodnikowa pamięć główna
RAM (Random Access Memory) - pamięć o dostępie swobodnym
ROM (ang. Read-Only Memory) - pamięć stała
odczyt i zapis następuje za pomocą sygnałów elektrycznych
pamięć o dostępie swobodnym przeznaczona tylko do odczytu
pamięć ulotna - po odłączeniu zasilania dane są tracone
dane są zapisywane podczas procesu wytwarzania
DRAM:
pamięć nieulotna
przechowuje dane podobnie jak kondensator ładunek elektryczny
PROM (ang. Programmable ROM) - programowalna pamięć ROM
wymaga operacji odświeżania
pamięć nieulotna, może być zapisywana tylko jeden raz
jest mniejsza, gęściej upakowana i tańsza niż pamięć statyczna
zapis jest realizowany elektrycznie po wyprodukowaniu
stosowana jest do budowy głównej pamięci operacyjnej komputera
SRAM:
przechowuje dane za pomocą przerzutnikowych konfiguracji bramek
logicznych
nie wymaga operacji odświeżania
jest szybsza i droższa od pamięci dynamicznej
stosowana jest do budowy pamięci podręcznej
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
7/21
Półprzewodnikowa pamięć główna
Inne typy pamięci:
EPROM - pamięć wielokrotnie programowalna, kasowanie następuje
przez naświetlanie promieniami UV
EEPROM - pamięć kasowana i programowana na drodze czysto
elektrycznej
Flash - rozwinięcie koncepcji pamięci EEPROM, możliwe kasowanie
i programowanie bez wymontowywania pamięci z urządzenia,
występuje w dwóch odmianach:
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
8/21
Pamięć podręczna
Zastosowanie pamięci podręcznej ma na celu przyspieszenie
dostępu procesora do pamięci głównej
CPU
CPU
Cache
Cache
NOR (Flash BIOS)
NAND (pen drive, karty pamięci)
RAM
RAM
Zarządca
magistrali
Zarządca
magistrali
Look
Look--through
Look
Look--aside
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
9/21
System operacyjny - definicja
dr inż. Jarosław Forenc
10/21
System operacyjny - definicja
System operacyjny - jest to program sterujący wykonywaniem aplikacji
i działający jako interfejs pomiędzy aplikacjami (użytkownikiem)
a sprzętem komputerowym
użytkownik końcowy
nie jest zainteresowany
sprzętem, interesują go
tylko aplikacje
(programy użytkowe)
System operacyjny - administrator zasobów - zarządza i przydziela
zasoby systemu komputerowego oraz steruje wykonaniem programu
zasób systemu - każdy element systemu, który może być przydzielony
innej części systemu lub oprogramowaniu aplikacyjnemu
do zasobów systemu zalicza się:
czas procesora
pamięć operacyjną
urządzenia zewnętrzne
aplikacje są tworzone
przez programistów
za pomocą języków
programowania
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
11/21
Zarządzanie procesami
głównym zadaniem systemu operacyjnego jest zarządzanie procesami
Definicja procesu:
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
Blok kontrolny procesu
struktura danych tworzona i zarządzana przez
system operacyjny, a opisująca właściwości procesu
proces - program w trakcie wykonania
identyfikator - unikatowy numer skojarzony z procesem,
dzięki któremu można odróżnić go od innych procesów
proces - ciąg wykonań instrukcji wyznaczanych kolejnymi wartościami
licznika rozkazów wynikających z wykonywanej procedury (programu)
stan procesu: nowy, gotowy, uruchomiony, zablokowany,
anulowany
proces - jednostka, którą można przypisać procesorowi i wykonać
priorytet - niski, normalny, wysoki, czasu rzeczywistego
Proces składa się z kilku elementów:
kod programu
dane potrzebne programowi (zmienne, przestrzeń robocza, bufory)
kontekst wykonywanego programu (stan procesu) - dane wewnętrzne,
dzięki którym system operacyjny może nadzorować proces i nim
sterować
licznik programu - adres kolejnego rozkazu w programie,
który ma zostać wykonany
wskaźniki pamięci - wskaźniki do kodu programu, danych
skojarzonych z procesem, dodatkowych bloków pamięci
dane kontekstowe - dane znajdujące się w rejestrach
procesora, gdy proces jest wykonywany
informacje na temat stanu żądań we-wy - informacje
na temat urządzeń we-wy przypisanych do tego procesu
12/21
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
13/21
Dwustanowy model procesu
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
14/21
Dwustanowy model procesu
najprostszy model polega na tym, że w dowolnej chwili proces jest
wykonywany przez procesor (uruchomiony) lub nie (nie uruchomiony)
procesy, które nie są uruchomione czekają w kolejce na wykonanie
Program przydzielający
Wejście
Proces nie
uruchomiony
Uruchomiony
proces
Wyjście
Przerwa
system operacyjny tworząc nowy proces, tworzy blok kontrolny procesu
po czym wprowadza proces do systemu jako nie uruchomiony
jeśli wykonywanie procesu zostało anulowane lub zakończone, to opuszcza
on system, a program przydzielający wybiera kolejny proces z kolejki,
który zostanie wykonany
w pewnym momencie aktualnie wykonywany proces zostaje przerwany
i program przydzielający wybiera inny proces do wykonania
stan poprzednio uruchomionego procesu jest zmieniany z uruchomionego
na nie uruchomiony
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
Pięciostanowy model procesu
15/21
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
Pięciostanowy model procesu
w dwustanowym modelu procesu kolejka działa na zasadzie FIFO,
a procesor wykonuje procesy cyklicznie z kolejki
uruchomiony - proces aktualnie wykonywany
problem pojawia się w przypadku, gdy kolejny proces pobierany
do wykonania z kolejki jest zablokowany, gdyż oczekuje
na zakończenie operacji we-wy
zablokowany - proces oczekujący na zakończenie operacji we-wy
rozwiązaniem powyższego problemu jest podział procesów
nieuruchomionych na gotowe do wykonania i zablokowane
16/21
gotowy - proces gotowy do wykonania przy najbliższej możliwej okazji
nowy - proces, który właśnie został utworzony (ma utworzony blok kontrolny
procesu, nie został jeszcze załadowany do pamięci), ale nie został jeszcze
przyjęty do grupy procesów oczekujących na wykonanie
anulowany - proces, który został wstrzymany lub anulowany z jakiegoś powodu
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
17/21
Pięciostanowy model procesu
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
18/21
Przydział pamięci dyskowej - alokacja ciągła
podział procesów nieuruchomionych na gotowe do wykonania i zablokowane
wymaga zastosowania minimum dwóch kolejek
każdy plik zajmuje ciąg
kolejnych bloków na dysku
plik zdefiniowany jest przez
adres pierwszego bloku
i ilość kolejnych zajmowanych
bloków
zalety: małe opóźnienia
w transmisji danych, łatwy
dostęp do dysku
wady: trudność w znalezieniu
miejsca na nowy plik
gdy pojawia się zdarzenie system operacyjny musi przejrzeć kolejkę szukając
procesów, który związane są z danym zdarzeniem
w celu zapewnienia większej wydajności lepiej jest gdy dla każdego
zdarzenia istnieje oddzielna kolejka
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
Przydział pamięci dyskowej - alokacja listowa
każdy plik jest listą
powiązanych ze sobą bloków
dyskowych, które mogą
znajdować się w dowolnym
miejscu na dysku
w katalogu dla każdego pliku
zapisany jest wskaźnik
do pierwszego i ostatniego
bloku pliku
każdy blok zawiera wskaźnik
do następnego bloku
19/21
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
20/21
Przydział pamięci dyskowej - alokacja indeksowa
każdy plik ma własny blok
indeksowy, będący tablicą
adresów bloków dyskowych
w katalogu zapisany jest
dla każdego pliku adres
bloku indeksowego
Informatyka 1, studia niestacjonarne I stopnia
Rok akademicki 2015/2016, Wykład nr 6
dr inż. Jarosław Forenc
Koniec wykładu nr 6
Dziękuję za uwagę!
21/21