Операційні системи ЕОМ та транслятори
Операційна система ОС ЄС призначена для забезпечення пакетної обробки завдань, режиму розподілу часу та суміщення цих режимів.
При цьому здійснюється зв'язок оператора із системою, протоколювання ходу роботи обчислювальної системи, захист збережених даних від несанкціонованого доступу, робота з віддаленими терміналами та абонентськими пунктами через канали зв'язку. Передбачена робота як з символьними, так і графічними пристроями введення - виводу і ряд інших функцій.
Операційна система може працювати як в однопрограмних режимі, так і в режимі мультипрограмування. При однопрограмних режимі в оперативній пам'яті в кожний момент часу знаходиться тільки одна виконувана програма, всі завдання виконуються послідовно. Для роботи в цьому режимі достатній обсяг оперативної пам'яті 64 Кбайт. Режим мультипрограмування може виконуватися з фіксованим і змінним числом завдань.
У режимі мультипрограмування з фіксованим числом завдань оперативна пам'ять об'ємом не менше 128 Кбайт розподіляється при генерації системи або оператором між одночасно виконуваних фіксованим числом завдань не більше 15. Допускається в рамках завдання распараллелівать процес обчислення шляхом організації одночасно виконуваних завдань загальним числом не більше 255. Між цими завданнями, виконуваними в рамках завдань, ресурси розподіляються динамічно.
У режимі мультипрограмування зі змінним числом завдань всі ресурси, включаючи оперативну пам'ять, мінімальний обсяг якої становить 256 Кбайт, розподіляються між одночасно виконуваними завданнями динамічно. Число завдань може бути довільним, але не більше 15. Число завдань, організованих для розпаралелювання обчислень, не лімітується і визначається динамічно відповідно до наявності вільних ресурсів.
Пакетна обробка завдань здійснюється у вигляді їх безперервного потоку. Всі завдання розміщуються на диску і утворюють вхідну чергу, з якої вони вибираються практично без участі оператора, послідовно або за встановленими пріоритетам. Перехід від обробки одного завдання до іншого здійснюється автоматично. Вхідні черги можуть поповнюватися в довільні моменти часу.
Режим поділу часу реалізується шляхом виділення певних періодів часу, званих квантами. Призначені для обробки в цьому режимі завдання, називати квантами, знаходяться в оперативній пам'яті одночасно.
Протягом одного кванта часу обробляється одне завдання, потім управління отримує наступне квантуються завдання і т.д. Квантующем завдання знаходяться в оперативній пам'яті без витіснення в зовнішню пам'ять аж до завершення їх обробки.
На старших моделях ЄС ЕОМ з об'ємом оперативної пам'яті не менше 512 Кбайт на базі мультипрограмному режиму зі змінним числом завдань реалізується система поділу часу для обслуговування більше 100 одночасно працюючих віддалених абонентів. В оперативній пам'яті виділяються розділи, призначені для виконання одного або кількох завдань. Кожне завдання отримує управління протягом кванта часу, після чого воно витісняється в зовнішню пам'ять, а на його місце завантажується наступне завдання, що одержує управління на свій квант часу.
Таким чином, у кожний момент часу у відповідному розділі оперативної пам'яті знаходиться одне завдання для виконання, а всі інші, що їх в режимі поділу часу, зберігаються в зовнішній пам'яті. Послідовну завантаження завдань в оперативну пам'ять називають свопінгу,
У режимі поділу часу можлива реалізація діалогу людини з ЕОМ, включаючи розробку і виконання програм. Операційна система ОС ЄС дозволяє вести діалог і без режиму розподілу часу; можлива розробка пакетів прикладних програм для програмування в режимі діалогу на мовах високого рівня.
При розробці систем реального часу слід враховувати їх специфічні особливості, головна з яких полягає в тому, що час реакції системи на що надходять повідомлення і сигнали повинно бути настільки мало, щоб встигнути обробити містяться в них, і використовувати отримані результати для управління процесом.
Оскільки потоки даних носять випадковий характер, система повинна бути завжди в стані готовності отримувати вхідні сигнали і управлятися ними. Повторити надійшли дані неможливо, тому втрата їх неприпустима. Високу швидкість реакції можна отримати при максимальному розпаралелювання процесу обробки даних, що вимагає високого рівня мультипрограмування, забезпечуваного ОС ЄС.
Складовою частиною ОС ЄС є система програмування, в яку входять транслятори з мов програмування Асемблер, ФОРТРАН IV, АЛГОЛ-60, КОБОЛ, ПЛ / 1, РПГ, а також редактор зв'язків та тестран. Програми готуються з використанням модульного принципу. Великі програми сегментуються на менші, розробляти і налагоджувати самостійно з подальшим об'єднанням в процесі виконання або перед ним.
Розрізняють модулі вихідні, об'єктні та завантажувальні. Вихідний модуль являє собою програму, записану на мові програмування.
Об'єктний модуль являє собою результат трансляції набору даних, що містяться у вихідному модулі, на машинну мову. Формат об'єктних модулів однаковий для всіх трансляторів, що дозволяє об'єднувати модулі, написані на різних мовах програмування, і однаковим чином обробляти їх редактором зв'язків.
Завантажувальний модуль є об'єднання об'єктних модулів, він вже може бути поміщений в оперативну пам'ять для виконання; редактор зв'язків здійснює редагування - заміну, виняток і перегрупування секцій програми за вказівкою програміста, створення необхідної структури програми, формування і запис характеристик завантажувального модуля в зміст бібліотеки тощо .
У залежності від структури завантажувального модуля він може бути завантажений в оперативну пам'ять цілком або по частинах. В ОС ЄС допускаються такі структури модулів: проста, оверлейна або з перекриттям, динамічна послідовна і динамічна паралельна.
Модуль простої структури не вимагає для виконання завдання передачі управління ніякому іншому модулю. Він завантажується в оперативну пам'ять як єдине ціле і виконується від початку до кінця, після чого займане ним місце в оперативній пам'яті звільняється. Така структура дуже ефективна за швидкістю виконання, так як не вимагає завантаження інших частин і передачі їм управління. Однак для великих завдань завантажити в оперативну пам'ять одночасно всі програми часто виявляється неможливим.
У оверлейной структурі програма ділиться логічно на сегменти. У процесі виконання програми деякі сегменти завантажувального модуля, але не всі, знаходяться в оперативній пам'яті одночасно. Завантажуються вони в одну й ту ж область оперативної пам'яті послідовно по мірі необхідності.
При цьому зазвичай один сегмент - що включає - знаходиться в пам'яті протягом усього часу виконання програми. Змінюють один одного сегменти - виключають - обмінюються між собою інформацією через область пам'яті включає сегмента. В міру ускладнення задач, коли кількість сегментів дуже велике або їх вибір залежить від даних, фіксована структура запланованого редактором зв'язків перекриття сегментів може виявитися неефективною.
У динамічних послідовних структурах операційна система знаходить на ім'я викликається модуль, завантажує його у виділений для нього ділянку пам'яті і передає йому управління. Цей модуль може. викликати інший модуль і т.д.
Коли виконання деякого модуля закінчено, управління передається викликав модулю, а ділянка пам'яті, займаний виконаним модулем, звільняється.
При необхідності багаторазового використання модуля він може зберігатися в оперативній пам'яті. Динамічна паралельна структура застосовується для паралельного виконання програм у мультипрограмному режимі, якщо яка-небудь з програм передбачає при виконанні очікування будь-яких подій, наприклад, завершення операції введення - виведення. У період очікування може виконуватися інша програма.
При необхідності повторного використання програм у режимі мультипрограмування зі змінним числом завдань використовують один з трьох типів завантажувальних модулів - одноразово використовувані, повторно використовувані в реєнтерабельним. Тип модуля формується редактором зв'язків за вказівкою програміста.
Одноразово використовувані модулі кожного разу необхідно заново викликати з бібліотеки, так як під час виконання модулі змінюються, що не дозволяє здійснювати їх повторне виконання, це - найпростіший випадок.
Повторно використовувані модулі мають властивість самовідновлення. Будь-яка їхня частина перед повторним використанням відновлюється в початковий стан. Це дозволяє здійснити одноразову завантаження модуля в оперативну пам'ять і багаторазове його використання.
Однак зміна модуля в процесі виконання не дозволяє використовувати його одночасно двома або більше користувачами або завданнями. Вступники на використання модуля запити ставляться в чергу до звільнення і відновлення модуля.
Реєнтерабельним завантажувальні модулі ніяк не змінюються під час виконання. Їх можна завантажувати на захищені ділянки пам'яті, щоб виключити можливість випадкових змін з боку будь-якої програми користувача.
Тому реєнтерабельним програма може використовуватися одночасно декількома завданнями. До закінчення виконання модуля може по перериванню початися виконання іншої задачі, а потім продовжитися виконання першої. Таким чином, реєнтерабельним програми дозволяють працювати з ними одночасно, паралельно і незалежно багатьом користувачам, що є великою перевагою і сильно розширює можливості систем колективного користування.
Версія операційної системи ОС 7.0 ЄС реалізує концепцію віртуальної машини, при якій кожному користувачеві надається функціональний еквівалент реальної ЕОМ - власна віртуальна обчислювальна машина. Система віртуальних машин за допомогою операційної системи забезпечує повну незалежність функціонування окремих віртуальних машин. Передбачені кошти розмежування доступу до системи, збереженим або оброблюваним в ній даних.
Спеціальна керуюча програма - монітор віртуальних машин - забезпечує узгоджене використання технічних засобів реальної ЕОМ і віртуальних машин, управляє їх паралельною роботою. Передбачено діалоговий режим роботи будь-якого одиночного користувача, а також обмін даними як між різними віддаленими абонентськими пунктами, так і між абонентськими пунктами і віртуальною машиною.
Кожна віртуальна машина містить віртуальний процесор у вигляді частини часу центрального процесора реальної ЕОМ, а також віртуальну оперативну пам'ять ємністю до 16 Мбайт, створювану за допомогою засобів динамічного перетворення адрес реальної ЕОМ.
Користувачеві надається віртуальний пульт у вигляді пультового пристрої реальної ЕОМ або абонентського пункту зі спеціальними мовними засобами, а також віртуальні канали введення - виведення. Останні реалізуються у вигляді частини часу роботи реальних каналів або їх функціонування моделюється програмно.
Друга складова частина ОС 7.0 ЄС - базова операційна система - орієнтована на режим пакетної обробки. Вона може працювати на одній або декількох віртуальних машинах.
Забезпечується виконання програм користувачів, що реалізуються. з операційною системою ОС 6.1 ЄС. Важливо відзначити, що базова операційна система забезпечує роботу декількох віртуальних машин при використанні однієї копії її власних програм. В якості зовнішньої пам'яті використовуються віртуальні накопичувачі на магнітних дисках ємністю до 16 Мбайт.
Монітор віртуальних машин підтримує двопроцесорні конфігурації ЕОМ.
Передбачений режим приєднаного процесора, при якому обидва процесора працюють із загальним полем оперативної пам'яті, а периферійні пристрої доступні тільки одному з них. Роботу віртуальних машин моделюють обидва реальних процесора, що збільшує число або продуктивність віртуальних машин.
Операційна система ОС 7.0 ЄС реалізується з центральним процесором третьої черги ЄС ЕОМ з оперативною пам'яттю ємністю не менше 1 Мбайт.
Технічні можливості малих ЕОМ дозволяють створювати мультимодульних системи, в яких окремі модулі виконують деякі виділені функції.
Такими модулями можуть бути спеціалізовані процесори, універсальні мікропроцесори, інтелектуальні термінали. На такі системи, звані системами з поділом функцій, орієнтована операційна система РАФОС (розподіл функцій Операційна Система).
Система РАФОС призначена для організації обчислювального процесу в магістрально-модульних комплексах СМ ЕОМ, що мають від 16 до 248 Кбайт оперативної пам'яті.
Вона орієнтована на АСУ ТП реального часу, автоматизацію наукових досліджень, рішення інформаційних і управлінських завдань в системах колективного користування та ін Може бути ефективно використана для мікроЕОМ і персональних комп'ютерів.
У структурі РАФОС виділяють драйвери зовнішніх пристроїв, монітори, файлову систему, системні програми та бібліотеки. Використовуючи мови високого рівня типу ФОРТРАН, ПАСКАЛЬ, БЕЙСІК, користувачі створюють прикладні програми, пакети і бібліотеки.
Драйвери зовнішніх пристроїв представляють собою спеціальні програми операційної системи, що забезпечують доступ на фізичному рівні до всіх периферійних пристроїв і зовнішньої пам'яті з боку моніторів РАФОС, системних і прикладних програм. Система дозволяє включати в неї нові драйвери для додаткових зовнішніх пристроїв, не передбачених у РАФОС, а також включати звернення до таких пристроїв безпосередньо в програму.
До складу РАФОС входить п'ять типів моніторів, програмно сумісних знизу вгору:
RM - монітор, який постійно перебуває в оперативній пам'яті (резидентний) і призначений для виконання в реальному часі налагодженої програми;
SJ - монітор - монітор реального часу, що забезпечує найвищу швидкість реакції на зовнішню подію (переривання). Він функціонує при мінімальній конфігурації технічних засобів, вимагаючи близько 4 Кбайт оперативної пам'яті і забезпечуючи роботу системи в оперативній пам'яті від 16 до 56 Кбайт. Введення в його склад при генерації багатотермінальних драйвера дозволяє програмі працювати з декількома терміналами;
FB - монітор - найпростіший мультипрограмний монітор РАФОС, що є фоново-оперативним монітором реального часу. Усі завдання отримують один з восьми пріоритетів. Фонова завдання має найнижчий пріоритет 0, оперативна завдання - найвищий 7. Пріоритети від 1 до 6 мають системні завдання, аналогічні оперативної задачі, але з більш низьким пріоритетом. Всі прикладні завдання і системні з низьким пріоритетом виконуються у фоновому режимі. Загальна кількість завдань - не більше 8. Монітор використовує оперативну пам'ять від 32 до 56 Кбайт, його резидентна частина займає близько 8 Кбайт.
ХМ - монітор є розширенням FB-монітора і обслуговує до 8 завдань реального часу. Він займає близько 14 Кбайт пам'яті і забезпечує роботу з оперативною пам'яттю від 64 до 248 Кбайт.
TS - монітор є найпотужнішим монітором. Він обслуговує до 30 задач користувачів, що працюють одночасно з різних терміналів у режимі поділу часу. Призначений для роботи з системою, що має від 96 до 248 Кбайт пам'яті; його пам'ять близько 40-48 Кбайт.
Для обчислювальних комплексів, що реалізуються на базі мікроЕОМ типу «Електроніка» використовується операційна система Фодосем (Фонова Основна Дискова Операційна Система).
Обчислювальний комплекс будується за модульним принципом, при якому окремі функціональні пристрої зв'язані між собою єдиним каналом обміну інформацією.
Система Фодосем призначена для вирішення одним користувачем завдань в реальному масштабі часу, в тому числі розробки нових програм. При вирішенні завдань можлива пакетна обробка, а також виконання одночасно двох задач.
При підготовці програм на мові Асемблер є можливість створювати програми з оверлейной структурою і автоматизувати процес налагодження програм.
У результаті трансляції програм, написаних на мові Асемблера і Фортраном, отримують об'єктні формати, що складаються з набору даних і машинних кодів і є об'єктними модулями. Останні використовуються як вхідні для редактора зв'язків.
Операційна система містить ряд моніторів, що мають модульну структуру.
Монітор одного завдання (SJ) призначений для виконання однієї програми користувача. Він обслуговує всі периферійні пристрої і забезпечує виконання всіх програм системи. Для роботи монітора потрібно не менше 8К слів, він дозволяє використовувати до 28К слів оперативної пам'яті.
Монітор основного фонового завдання (FB) дозволяє одночасно виконувати два незалежних завдання, з яких одна є основним і має пріоритет по відношенню до другого - фонового.
Монітор розширеної пам'яті (ХМ) додатково до можливостей монітора FB може обслуговувати до 124К слів оперативної пам'яті. Крім зазначених моніторів існують драйвери; програма обслуговування користувачів, забезпечує операції з файлами і завантаження драйверів; інтерпретатор командного рядка, що є складовою частиною програми обслуговування користувачів та здійснює прийом і синтаксичний аналіз командного рядка користувача та деякі інші.
Для динамічного розподілу пам'яті Фодосем використовує свопінг. Він полягає в тому, що при необхідності виконання фонового завдання переривається, частина його переписується на диск і на звільнене місце завантажується програма обслуговування користувачів. Після обробки запиту користувача відновлюється той стан, який був до переривання, тобто відповідна частина фонового завдання завантажується на те місце, яке вона займала.