Преобразование двоичных чисел в десятичную систему счисления. 4 страница

Этот метод заключается в разделении машинного времени на интервалы, или кванты, с последующим ограничением времени непрерывного выполнения каждой программы одним квантом времени за один раз.

В конце каждого интервала текущее задание выгружается, а во время следующего кванта выполняется новое. При быстром чередовании заданий подобным образом создается иллюзия, что несколько заданий выполняется в машине одновременно.

Таким образом, режим разделения времени позволяет использовать это время на решение других задач. В результате пока одно задание ожидает какое-либо событие, выполняется другое задание.

Сегодня разделение времени активно используется как в многопользовательских системах, так и в системах с одним пользователем, хотя раньше этот режим назывался многозадачным, поскольку создавалась ощущение одновременного выполнения нескольких задач.

7.Координация процессов

В типичной системе с разделением времени в состязании за кванты времени обычно принимает участие несколько программ.

Одной из важных концепций в современных операционных системах является разграничение между самой программой и деятельностью, связанной с ее выполнением, названной процессом.

Программа представляет собой статический набор инструкций, а процесс — это динамическая деятельность, свойства которой меняются во времени.

Процесс охватывает текущее состояние работы, называемое состоянием процесса. Это состояние включает текущую позицию выполняемой программы, а также значения регистров центрального процессора и тех ячеек памяти, к которым производится обращение.

Говоря упрощенно, состояние процесса — это моментальный снимок состояния оперативной памяти в определенный момент времени. В различные моменты выполнения программы (процесса) будут получаться различные моментальные снимки (состояния процесса).

Эти процессы включают выполнение прикладных программ, утилит и программных элементов операционной системы.

Соответственно, появляется новая задача операционной системы, которая состоит в координации выполнения всех этих процессов.

Координация подразумевает получение гарантий в том, что:

- каждый процесс получит все необходимые ему ресурсы (доступ к периферийным устройствам, место в основной памяти, доступ к данным и центральному процессору);

- независимые процессы не влияют друг на друга;

- процессы, которым необходимо обмениваться информацией, имеют возможность делать это.

8.Планировщик и диспетчер

Задачи, связанные с координацией процессов, решаются планировщиком и диспетчером, входящими в состав ядра операционной системы.

Для отслеживания состояния всех процессов планировщик организует в основной памяти блок информации, называемый таблицей процессов.

Планировщик:

- ведет записи о процессах, присутствующих в вычислительной системе,

-вводит в него сведения о новых процессах и удаляет информацию о завершившихся.

Каждый раз, когда машине дается новое задание, планировщик создает процесс для этого задания посредством занесения новой записи в таблицу процессов.

Эта запись содержит сведения об объеме выделенной процессу памяти (эта информация поступает от модуля управления памятью), о присвоенном ему приоритете, а также о том, находится процесс в состоянии готовности или ожидания.

Процесс находится в состоянии готовности, если его развитие может продолжаться, и переводится в состояние ожидания, когда его развитие приостанавливается до тех пор, пока не произойдут некоторые внешние события, например, завершится процедура доступа к диску или поступит сообщение от другого процесса.

Диспетчер — это компонент ядра, отвечающий за то, чтобы запланированные процессы действительно выполнялись.

В системе с разделением времени эта задача решается посредством разбиения времени процессора на короткие интервалы, называемые квантами (обычно продолжительностью около 50 миллисекунд).

По истечении этого времени происходит принудительное переключение центрального процессора от одного процесса к другому; так что каждому процессу предоставляется возможность непрерывного выполнения лишь в течение одного кванта времени.

Процедура смены одного процесса другим называется переключением процессов.

Каждый раз, когда процессу предоставляется очередной квант времени, диспетчер инициирует цепь таймера, подготавливая его к измерению продолжительности следующего кванта. По окончании установленного кванта цепь таймера генерирует сигнал, называемый прерыванием.

Центральный процессор реагирует на этот сигнал так же, как и человек, которого останавливают во время выполнения определенного задания. Человек прекращает свою работу, записывает текущее состояние задачи и обращает внимание на то, что его отвлекло.

При получении сигнала прерывания центральный процессор завершает текущий машинный цикл, сохраняет свое положение в текущем процессе и начинает выполнять программу, называемую обработчиком прерываний, помещенную в заранее определенное место в основной памяти.

Таким образом, результатом поступления сигнала прерывания является приостановка текущего процесса и передача управления диспетчеру.

В этот момент диспетчер разрешает планировщику обновить состояние таблицы процессов (например, возможно, что приоритет только что отработавшего свой квант времени процесса следует понизить, а приоритеты других процессов — повысить).

Затем из таблицы процессов диспетчер выбирает процесс с наивысшим приоритетом из числа процессов, находящихся в состоянии готовности, заново инициализирует цепь таймера, после чего разрешает выбранному процессу использовать новый квант времени.

9. Вопросы для самопроверки

1.Каковы две главные функции операционной системы?

2. Что такое многозадачность?

3.Почему в системах разделения времени необходима таблица процессов? Нужна ли она также в системах на персональных компьютерах, где существует только один процесс, и этот процесс завладевает всей машиной до тех пор, пока не завершится?

4.В чем заключается различие между прикладными программным обеспечением и обслуживающими программами?

5.Что такое виртуальная память?

6. Опишите процедуру начальной загрузки.

8. Сети передачи данных. Модель ISO/OSI

Определяющим фактором современного этапа информатизации общества являются компьютерные сети.

Введем несколько определений.

Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net — сеть, и work — работа) — это система обмена информацией между компьютерами. Представляет собой совокупность трех компонент:

-сети передачи данных (включающей в себя каналы передачи данных и средства коммутации);

-компьютеров, взаимосвязанных сетью передачи данных;

-сетевого программного обеспечения.

Способ соединения компьютеров в сеть называется её топологией.

Локальная сеть (ЛВС или LAN — Local Area NetWork) — сеть, связывающая ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия.

Глобальная сеть (ГВС или WAN — World Area NetWork) — сеть, соединяющая компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.

Интернет (англ. Internet — между сетей) — гигантская всемирная компьютерная сеть, объединяющая десятки тысяч сетей всего мира. Её назначение — обеспечить любому желающему постоянный доступ к любой информации. Интернет финансируется правительствами, научными и образовательными учреждениями, коммерческими структурами и миллионами частных лиц во всех частях света, но никто конкретно не является её владельцем. Управляет сетью “ Совет по архитектуре Интернет ”, формируемый из приглашённых добровольцев.

1.Уровневая архитектура сетей передачи данных

Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети.

В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Преимущества функциональной модульности построения компьютера (простота проектирования, легкость понимания и стандартные, взаимозаменяемые, широко распространенные модули) дали основания для введения уровневой архитектуры сетей передачи данных.

Необычным в уровневой архитектуре сетей передачи данных является то, что линии связи представляются черными ящиками на самом низком уровне иерархии. Вследствие этого черные ящики на каждом более высоком уровне являются на самом деле распределенными черными ящиками.

Таким образом, черный ящик каждого более высокого уровня состоит из множества простых модулей (обычно по одному на каждый коммутационный узел или внешний пункт, входящий в систему) плюс один или несколько черных ящиков более низкого уровня.

Простые модули из черного ящика на заданном уровне называются паритетными процессами или паритетными модулями.

В простейшем случае черный ящик состоит из двух паритетных процессов, по одному на каждый из двух узлов, и черного ящика, который находится на более низком уровне и представляет систему связи, соединяющую эти два паритетных процесса. Каждый процесс передает сообщение паритетному процессу в другом узле по нижнему уровню, т. е. через черный ящик, представляющий систему связи.

Отметим, что у процесса передачи информации между двумя паритетными модулями, принадлежащими разным узлам, имеются два различных аспекта.

Первый из них: протокол (или распределенный алгоритм), с помощью которого паритетные модули обмениваются сообщениями или последовательностями битов, чтобы обеспечить требуемое обслуживание для следующего более высокого уровня.

Второй: описание точного интерфейса между модулем некоторого узла и модулем более низкого уровня того же узла. Через этот интерфейс происходит фактический обмен указанными сообщениями между соответствующим уровнем и черным ящиком — системой связи более низкого уровня.

Пример. В качестве примера можно указать ситуацию, когда два руководителя государств не владеют общим языком. Каждый руководитель может передавать сообщение паритетному руководителю через свой транслятор (переводчик), который передает на языке, известном паритетному транслятору, а тот уже доставляет сообщение на языке паритетного руководителя государства.

В примере общения руководителей государств первый аспект связан с переговорами между руководителями государств, тогда как второй связан с тем, что каждый руководитель государства должен быть уверен в том, что транслятор действительно может переводить сообщения верно.

2.Сетевые протоколы

Распределенный алгоритм состоит из множества локальных алгоритмов, каждый из которых выполняется некоторым паритетным процессом.

Локальный алгоритм, выполняемый одним из паритетных процессов:

-включает выполнение различных операций над имеющимися данными;

-кроме того, в различных точках алгоритма производится либо посылка данных одному или большему числу других паритетных процессов, либо чтение (или ожидание) данных, посланных другим паритетным процессом.

В простейшем распределенном алгоритме порядок выполнения операций различными локальными алгоритмами полностью детерминирован.

Например, один локальный алгоритм может выполнить несколько операций и затем надежно передать некоторые данные другому локальному алгоритму, который затем выполнит некоторые операции и передаст обратно некоторые данные. Причем, только один локальный алгоритм действует в каждый момент времени.

В этом случае, распределенный алгоритм аналогичен централизованному алгоритму, который выполняет все операции последовательно.

В более сложных случаях несколько локальных алгоритмов могут действовать одновременно, но каждый ожидает в заданных точках определенных сообщений от других локальных алгоритмов.

В этом случае общий распределенный алгоритм действует детерминированным образом (при заданных входных данных для паритетных процессов), но устраняется строгий порядок выполнения операций различными локальными алгоритмами.

В наиболее сложном случае порядок выполнения локальным алгоритмом операций зависит от порядка поступления данных (как от следующего более высокого уровня, так и от какого-либо паритетного процесса).

В подобных ситуациях, люди приступают к решению проблемы после ее возникновения, а не продумывают все возможные случаи предварительно, как это должно быть в случае распределенного алгоритма.

3.Модель ISO/OSI(взаимодействия открытых систем)

Модуль применений

Модуль представлений

Сеансовый модуль

Транспортный модуль

Сетевой модуль

Модуль УЛПД

Модуль физического интерфейса

Модуль применений  

Модуль представлений  

Сеансовый модуль  

Транспортный модуль  

Сетевой модуль  

Модуль УЛПД  

Модуль физического интерфейса  

Сетевой модуль

УЛПД

УЛПД  

Физический интерфейс

физическая линия

виртуальная линия надежной передачи пакетов

виртуальная линия передачи пакетов

виртуальная линия передачи сообщений

виртуальный сеанс

система кодирования

виртуальное сетевое обслуживание

Физический интерфейс

4.Физический уровень

Функция физического уровня заключается в том, чтобы обеспечить виртуальную линию для передачи последовательности битов между любой парой узлов (или любым узлом и внешним пунктом), соединенных физическим каналом связи.

Такая виртуальная линия называется виртуальным битовым трактом.

Для выполнения этой функции на каждой стороне канала связи находится модуль физического интерфейса, функция которого состоит в преобразовании входящих битов, поступающих от уровня управления линией передачи данных (УЛПД), в сигналы, предназначенные для передачи по каналу, и на приемном конце в обратном преобразовании сигналов в биты.

К.Шеннон показал, что пропускная способность (т. Е. максимальная безошибочная скорость передачи данных в бит/с или бод) такого канала определяется выражением

Где: W — ширина доступной полосы пропускания канала, S — допустимая мощность сигнала на входе приемника и N — мощность шума в заданной полосе частот.

Это глубокий и тонкий результат называется теорема Шеннона. Мы примем его без доказательства.

Частотное уплотнение. Физический канал часто используется совместно многими сигналами, каждому из которых выделена отдельная часть доступной полосы пропускания: это называется частотным уплотнением (ЧУ).

Наиболее распространенные примеры такого уплотнения дают радиовещание и телевизионное вещание, когда каждая станция использует отдельную полосу частот.

Другим распространенным примером является часто применяемое частотное уплотнение речевых каналов в телефонных сетях. В этом случае каждому уплотняемому сигналу приписывается его собственная выделенная полоса частот, чтобы не возникла интерференция (иногда называемая перекрестной) с другими сигналами.

Можно считать, что частотное уплотнение — это метод разбиения большого канала на множество малых.

Предположим, что физический канал имеет полосу пропускания шириной W Гц и требуется разбить его на N равных подканалов. Тогда на каждый подканал приходится полоса в W/N Гц и, таким образом, W/N отсчетов в секунду для передачи данных. (На практике полоса частот, приходящаяся на один подканал, должна быть несколько меньше, чтобы между подканалами оставались защитные полосы, но здесь это не учитывается ради простоты.) На каждый подканал приходится 1/N от всей мощности сигнала и 1/N от всего шума, так что, согласно теореме Шеннона, каждый подканал имеет 1/N от всей пропускной способности.

Временное уплотнение — это другой метод разбиения большого канала на множество малых. В этом случае один модуль физического интерфейса использует всю полосу пропускания W.

Если задано N потоков двоичных данных с одинаковой скоростью, которые необходимо передать, то эти N битовых потоков можно объединить в один битовый поток. Обычно при этом передача данных проходит в следующих друг за другом кадрах. Каждый кадр содержит N окон, по одному на каждый битовый поток, который надо уплотнить. Окно содержит фиксированное число битов.

Например, система Т1, которая широко используется в телефонных сетях, уплотняет 24 потока данных посредством восьмибитовых окон и кадров, содержащих один дополнительный бит для синхронизации. Полная скорость передачи данных равна 1,544 Мбит /c.

На каждый из уплотняемых потоков приходится 64 000 бит/с. Такой уплотняемый поток называется стандартный цифровой канал.

Передающая среда в физических каналах. Наиболее распространенными передающими средами в физических каналах являются витая пара (т. е. пара проводов, скрученных между собой, что частично подавляет воздействие электромагнитного излучения других источников), коаксиальный кабель, оптическое волокно, радио, микроволновый и спутниковый каналы.

В первых трех средах мощность распространяемого сигнала падает экспоненциально с расстоянием. Из-за затухания регенераторы устанавливаются через каждые несколько километров.

Витая пара проводов широко используется в телефонной сети для соединения абонентов с местными станциями и для передачи данных. Один Мбит/с - это типичная скорость передачи данных для расстояний порядка километра или меньше.

Коаксиальный кабель широко используется в локальных сетях, кабельном телевидении и высокоскоростных двухточечных линиях. Типичные скорости передачи данных лежат в интервале от десяти до нескольких сотен Мбит/с.

Скорости передачи данных по оптическому волокну могут достигать 1000 Мбит/с и более. Значимость оптического волокна быстро увеличивается, главные проблемы связаны с генерированием, приемом, усилением и коммутацией такого огромного количества данных.

В радиоканале, микроволновом и спутниковом каналах используется распространение электромагнитных волн в открытом пространстве.

Затухание падает с расстоянием обычно много медленнее, чем в проводных каналах, так что можно или вообще обойтись без регенераторов или размещать их гораздо реже, чем в случае проводных линий.

Частоты ниже 1000 МГц обычно называются радиочастотами, а более высокие — микроволновыми.

В микроволновых линиях (выше 1000 МГц) сигналы распространяются по траекториям прямой видимости. Антенны (как правило, остронаправленные параболические) обычно устанавливаются на башнях или вершинах возвышенностей» типичные длины участков при этом находятся в пределах от 10 до 200 км.

Более протяженные траектории можно получить, используя регенераторы. Эти линии могут пропускать около 1000 Мбит/с и совместно используются для сотовой связи, телевизионного вещания и передачи данных.

В спутниковых линиях используются микроволновые частоты, при этом спутник является регенератором. По скорости передачи и применению они аналогичны микроволновым линиям. Один спутник-регенератор может принимать сигналы от множества наземных станций и широковещательным образом передавать обратно в другой частотной полосе всем наземным станциям.

5.Системы с множественным доступом.

Существует много широко используемых передающих сред, таких как в спутниковых системах, радиовещании, многоточечных телефонных линиях, системах с шиной, имеющей много отводов, у которых принятый на одном узле сигнал зависит от сигналов, переданных двумя другими или более узлами.

В типичной системе связи с геостационарным спутником множество наземных станций может передавать сообщения общему приемнику спутника и принятые им сообщения ретранслируются наземным станциям. Такие спутники часто имеют антенны с различными направлениями излучения для разных географических зон, что позволяет производить наземный прием и ретрансляцию между зонами.

Такие среды, называемые системы с множественным доступом, являются основой локальных сетей (ЛС), сетей городского масштаба (ГС), спутниковых сетей и радиосетей.

Среди многих методов, которые были разработаны для решения этой проблемы, имеются два полярных.

Одним из них является метод свободного доступа для всех, при котором из узлов обычно посылаются новые пакеты немедленно в надежде на то, что другие узлы передавать не будут. В этом случае возникает вопрос о том, когда и как пакеты передаются повторно при возникновении конфликтов (коллизий).

Другой полярный метод — это полное упорядочение, при котором существует некоторый порядок (например, круговой), в соответствии с которым узлы получают зарезервированные интервалы времени для использования канала.

Синхронный множественный доступ (система ALOHA). В этой системе устанавливается, что все передаваемые пакеты имеют одинаковую длину, и каждый пакет требует для передачи единичный интервал времени (называемый окном). Все передатчики синхронизированы, так что прием любого пакета начинается в целочисленный момент времени и заканчивается перед следующим целочисленным моментом.

Дата добавления: 2014-12-27