Перечислите основные ресурсы компьютера

Ресурсы компьютерной системы. Классификация. Распределение и управление ресурсами. Проблемы взаимодействующих процессов

Операционная система не только предоставляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является механизмом, распределяющим ресурсы компьютера.

Вычислительными ресурсами называются возможности, обеспечиваемые компонентами вычислительной системы, расходуемые (занимаемые) в процессе её работы.

Типы вычислительных ресурсов:

· Память (оперативная и виртуальная)

· Место на жёстком диске (постоянная память)

· Пропускная способность сети.

Ресурсы распределяются между процессами. Процесс (задача) программа в стадии выполнения.

Программа — это статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными.

Процесс — это динамический объект, который возникает в операционной системе после того, как пользователь или сама операционная система решает «запустить программу на выполнение», то есть создать новую единицу вычислительной работы. Управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффективного их использования является назначением операционной системы.

Ресурсы (от франц. ressource — вспомогательное средство)— объём работы или срок эксплуатации, на который рассчитывается машина, здание и т. п. После исчерпания ресурса безопасная работа устройства не гарантируется, ему требуется капитальный ремонт или замена. [1]

Ресурсы персонального компьютера

Ресурсом является любой компонент ЭВМ и предоставляемые им возможности: центральный процессор, оперативная или внешняя память, внешнее устройство, программа и т.д. Ресурсы подразделяются на четыре вида.

Виды ресурсовперсонального компьютера :

Аппаратные ресурсы (Hardware), файловые ресурсы, программные ресурсы (Software), сетевые ресурсы

Аппаратные ресурсы – это системный блок, периферийные устройства, любое оборудование, подключенное к компьютеру .

Файловые ресурсы – это файлы и папки, а также вся файловая система.

Программные ресурсы – это все программы установленные в компьютере . Часто называют программным обеспечением (ПО). Программное обеспечение подразделяется на два вида: системное и прикладное ПО.

Сетевые ресурсы– ресурсы доступные по средствам ЛВС.[1] Как правило, это ресурсы других компьютеров доступные по локальной или глобальной сети.

Компьютерная сеть – аппаратное и программное объединение двух и более компьютеров с выделением сетевых ресурсов . Для связи компьютеров в компьютерную сеть могут быть использованы следующие аппаратные средства:

2. Сетевая карта

3. Сетевой кабель

4. Сетевые коммутаторы

6. Беспроводное оборудование

8. Сетевые экраны

Сетевыми ресурсами могут быть:

· Оборудование (т.е. аппаратные ресурсы другого ПК или сетевые устройства), например сетевой принтер.

· Информация (т.е. файлы и папки другого компьютера), например информация в Интернете, или на сервере.

· Программное обеспечение (установленное на другом компьютере).[2]

Главным элементом компьютера является микропроцессор — электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Когда приходится выполнять много математических вычислений, к основному микропроцессору добавляют математический сопроцессор.

Микропроце́ссор — процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы[1] или комплекта из нескольких специализированных микросхем[2] (в противоположность реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели). Первые микропроцессоры появились в 1970-х и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-х битных слов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х создать первые бытовые микрокомпьютеры. Дополнительные сведения: История вычислительной техники

Долгое время центральные процессоры создавались из отдельных микросхем малой и средней интеграции, содержащих от нескольких единиц до нескольких сотен транзисторов. Разместив целый ЦПУ на одном чипе сверxбольшой интеграции удалось значительно снизить его стоимость. Несмотря на скромное начало, непрерывное увеличение сложности микропроцессоров привело к почти полному устареванию других форм компьютеров, в настоящее время один или несколько микропроцессоров используются в качестве вычислительного элемента во всём, от мельчайших встраиваемых систем и мобильных устройств до огромных мейнфреймов и суперкомпьютеров.

С начала 1970-х широко известно, что рост мощности микропроцессоров следует закону Мура, который утверждает что число транзисторов на интегральной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев. В конце 1990-х главным препятствием для разработки новых микропроцессоров стало тепловыделение (TDP) из-за утечек тока и других факторов[3].

Некоторые авторы относят к микропроцессорам только устройства, реализованные строго на одной микросхеме. Такое определение расходится как с академическими источниками[4], так и с коммерческой практикой (например, варианты микропроцессоров Intel и AMD в корпусах типа SECC и подобных, такие как Pentium II — были реализованы на нескольких микросхемах).

В настоящее время, в связи с очень незначительным распространением микропроцессоров, не являющихся процессорами, в бытовой лексике термины «микропроцессор» и «процессор» практически равнозначны.[3]

Одной из важных задач операционной системы является управление имеющимися в ее распоряжении ресурсами (основной памятью, устройствами ввода-вывода, процессором), а также их распределение между разными активными процессами. При разработке стратегии распределения ресурсов необходимо принимать во внимание следующие факторы.

Равноправность. Обычно желательно, чтобы всем процессам, претендующим на какой-то определенный ресурс, предоставлялся к нему одинаковый доступ. В особенности это касается заданий, принадлежащих к одному и тому же классу, т.е. заданий с аналогичными требованиями к ресурсам.

Дифференциация отклика. С другой стороны, может понадобиться, чтобы операционная система по-разному относилась к заданиям различного класса, имеющим различные запросы. Нужно попытаться сделать так, чтобы операционная система выполняла распределение ресурсов в соответствии с целым набором требований. Операционная система должна действовать в зависимости от обстоятельств. Например, если какой-то процесс ожидает доступа к устройству ввода-вывода, операционная система может спланировать выполнение этого процесса так, чтобы как можно скорее освободить устройство для дальнейшего использования другими процессами.

Эффективность. Операционная система должна повышать пропускную способность системы, сводить к минимуму время ее отклика и, если она работает в системе разделения времени, обслуживать максимально возможное количество пользователей. Эти требования несколько противоречат друг другу; насущной проблемой исследования операционных систем является поиск нужного соотношения в каждой конкретной ситуации.

Задача управления ресурсами и их распределения типична для исследований операционных систем; здесь могут применяться математические результаты, полученные в этой области. Кроме того, важно измерять активность системы, что позволяет следить за ее производительностью и вносить коррективы в ее работу.

На рис. 2.11 показаны основные элементы операционной системы, участвующие в планировании процессов и распределении ресурсов в многозадачной среде. Операционная система поддерживает несколько очередей, каждая из которых является просто списком процессов, ожидающих своей очереди на использование какого-то ресурса. В краткосрочную очередь заносятся процессы, которые (или, по крайней мере, основные части которых) находятся в основной памяти и готовы к выполнению. Выбор очередного процесса осуществляется краткосрочным планировщиком, или диспетчером. Общая стратегия состоит в том, чтобы каждому находящемуся в очереди процессу давать доступ по очереди; такой метод называют циклическим (round-robin). Кроме того, процессам можно присваивать различный приоритет.

Передача управления процессу
Рис. 2.11. Ключевые элементы многозадачной операционной системы

В долгосрочной очереди находится список новых процессов, ожидающих возможности использовать процессор. Операционная система переносит их из долгосрочной очереди в краткосрочную. В этот момент процессу необходимо выделить определенную часть основной памяти. Таким образом, операционная система должна следить за тем, чтобы не перегрузить память или процессор, добавляя в систему слишком много процессов. К одному и тому же устройству ввода-вывода могут обращаться несколько процессов, поэтому для каждого устройства создается своя очередь. И здесь операционная система должна решать, какому процессу предоставить освободившееся устройство ввода-вывода в первую очередь.

Во время прерывания управление переходит к обработчику прерываний, который является частью операционной системы. В силу своей функциональности процесс может обратиться к некоторому сервису операционной системы, например к драйверу устройства ввода-вывода. При этом происходит вызов обработчика обращений к сервисам, который становится точкой входа в операционную систему. Независимо от того, произошло ли прерывание или обращение к сервису, после его обработки планировщик выберет из краткосрочной очереди процесс для выполнения.

Далее в этом разделе приводится чисто функциональное описание; эти модули в различных операционных системах имеют разные особенности и устройство.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2022 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.02 с) .

Ресурсы компьютера

Важнейшей функцией операционной системы является организация рационального исполь-зования всех аппаратных и программных ресурсов системы. К основным ресурсам могут быть от-несены: процессоры, память, внешние устройства, данные и программы. Располагающая одними и теми же ресурсами, но управляемая различными ОС, вычислительная система может работать с разной степенью эффективности. Поэтому знание внутренних механизмов операционной системы позволяет косвенно судить о ее эксплуатационных возможностях и характеристиках.

Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирова-ние вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Процесс (или, по-

другому, задача) — абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет про-цессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.

В многозадачной (многопроцессной) системе процесс может находиться в одном из трех ос-новных состояний:

ВЫПОЛНЕНИЕ — активное состояние процесса, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором;

ОЖИДАНИЕ — пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может выпол-няться по своим внутренним причинам, он ждет осуществления некоторого события, например, завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого процесса, освобождения ка-кого-либо необходимого ему ресурса;

ГОТОВНОСТЬ — также пассивное состояние процесса, но в этом случае процесс заблоки-рован в связи с внешними по отношению к нему обстоятельствами: процесс имеет все требуемые для него ресурсы, он готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого процесса.

В ходе жизненного цикла каждый процесс переходит из одного состояния в другое в соот-ветствии с алгоритмом планирования процессов, реализуемым в данной операционной системе.

В состоянии ВЫПОЛНЕНИЕ в однопроцессорной системе может находиться только один процесс, а в каждом из состояний ОЖИДАНИЕ и ГОТОВНОСТЬ — несколько процессов, эти про-цессы образуют очереди соответственно ожидающих и готовых процессов. Жизненный цикл про-цесса начинается с состояния ГОТОВНОСТЬ, когда процесс готов к выполнению и ждет своей очереди. При активизации процесс переходит в состояние ВЫПОЛНЕНИЕ и находится в нем до тех пор, пока либо он сам освободит процессор, перейдя в состояние ОЖИДАНИЯ какого-нибудь события, либо будет насильно «вытеснен» из процессора, например, вследствие исчерпания отве-денного данному процессу времени. В последнем случае процесс возвращается в состояние ГО-ТОВНОСТЬ. В это же состояние процесс переходит из состояния ОЖИДАНИЕ, после того, как ожидаемое событие произойдет.

Планирование процессов включает в себя решение следующих задач:

1) определение момента времени для смены выполняемого процесса;

2) выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов;

3) переключение «старого» и «нового» процессов.

Первые две задачи решаются программными средствами, а последняя в значительной степе-ни аппаратно.

Существует множество различных алгоритмов планирования процессов, по разному решаю-щих вышеперечисленные задачи, преследующих различные цели и обеспечивающих различное качество программирования. Рассмотрим только две группы наиболее часто встречающихся алго-ритмов: основанные на квантовании и основанные на приоритетах.

В соответствии с алгоритмами, основанными на квантовании, смена активного процесса происходит, если:

· процесс завершился и покинул систему,

· процесс перешел в состояние ОЖИДАНИЕ,

· исчерпан квант процессорного времени, отведенный данному процессу.

Процесс, который исчерпал свой квант, переводится в состояние ГОТОВНОСТЬ и ожидает, когда ему будет предоставлен новый квант процессорного времени, а на выполнение в соответст-вии с определенным правилом выбирается новый процесс из очереди готовых. Таким образом, ни один процесс не занимает процессор надолго, поэтому квантование широко используется в систе-мах разделения времени.

Другая группа алгоритмов использует понятие «приоритет» процесса. Приоритет — это число, характеризующее степень привилегированности процесса при использовании ресурсов вычисли-

тельной машины, в частности, процессорного времени: чем выше приоритет, тем выше привиле-гии.

Приоритет может выражаться целыми или дробными, положительным или отрицательным значением.Чем выше привилегии процесса, тем меньше времени он будет проводить в очередях. Приоритет может назначаться директивно администратором системы в зависимости от важности работы или внесенной платы, либо вычисляться самой ОС по определенным правилам, он может оставаться фиксированным на протяжении всей жизни процесса либо изменяться во времени в со-ответствии с некоторым законом. В последнем случае приоритеты называются динамическими.

Во многих операционных системах алгоритмы планирования построены с использованием как квантования, так и приоритетов. Например, в основе планирования лежит квантование, но ве-личина кванта и/или порядок выбора процесса из очереди готовых определяется приоритетами процессов.

Возможны ситуации, при которых продолжение выполнения процессов по установленному плану невозможно или нецелесобразно. В таких случаях генерируется прерывание.

Прерывание — сигнал, заставляющий ЭВМ менять обычный порядок исполнения потока команд. При прерывании процессор осуществляет автоматическое запоминание текущего состоя-ния ЦПУ, что позволяет возобновить прерванную работу, после чего вызывает автоматическую передачу управления заданной программе (обработчику прерывания).

Физически прерывание представляется сигналом о прерывании работы, посылаемым процес-сору. Данный сигнал вызывает изменение состояния указателя, проверяемого в ходе выполнения каждой инструкции. Прерывание принуждает процессор приостановить в ближайшей точке пре-рывания выполнение текущей программы и приступить к выполнению другой, специальной про-граммы. Данная программа носит несколько названий: программа обработки прерываний; про-граммой прерываний; обработчик прерываний. Работа происходит в другом по отношению к пре-рываемой программе контексте.

Существует два основных типа процедур планирования процессов — вытесняющие (preemp-tive) и невытесняющие (non-preemptive).

Невытесняющая многозадачность — это способ планирования процессов, при котором ак-тивный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление планировщику операционной системы для того, чтобы тот выбрал из очереди другой, готовый к выполнению процесс.

При невытесняющей многозадачности механизм планирования распределен между системой и прикладными программами. Прикладная программа, получив управление от операционной сис-темы, сама определяет момент завершения своей очередной итерации и передает управление ОС с помощью какого-либо системного вызова, а ОС формирует очереди задач и выбирает в соответст-вии с некоторым алгоритмом (например, с учетом приоритетов) следующую задачу на выполне-ние. Такой механизм создает проблемы как для пользователей, так и для разработчиков.

Для пользователей это означает, что управление системой теряется на произвольный период времени, который определяется приложением (а не пользователем). Если приложение тратит слишком много времени на выполнение какой-либо работы, например, на форматирование диска, пользователь не может переключиться с этой задачи на другую задачу, например, на текстовый редактор, в то время как форматирование продолжалось бы в фоновом режиме. Эта ситуация не-желательна, так как пользователи обычно не хотят долго ждать, когда машина завершит свою за-дачу.

Вытесняющая (истинная) многозадачность — это такой способ, при котором решение о пе-реключении процессора с выполнения одного процесса на выполнение другого процесса принима-ется планировщиком операционной системы, а не самой активной задачей.

Почти во всех современных операционных системах, ориентированных на высокопроизво-дительное выполнение приложений (UNIX, Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Linux), реа-лизована вытесняющая многозадачность. В последнее время дошла очередь и до ОС класса на-стольных систем, например, Windows 95 и Windows 98.

Создание программных приложений для многозадачных ОС называется мультипрограмми-рованием. В низкоуровневом понимании мультипрограммирование — это квантование времени

между группой одновременно выполняющихся процессов. Приостановление и возобновление процессов происходит много раз в секунду, поэтому создается эффект непрерывного протекания процесса, т.е. выполнение нескольких программ одновременно.

Перечислите основные ресурсы компьютера

9. Понятие ресурса. Виды ресурсов. Управление ресурсами.

К числу основных ресурсов современных вычислительных систем могут быть отнесены такие ресурсы, как процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители на магнитных лентах, принтеры, сетевые устройства и некоторые другие. Ресурсы распределяются между процессами.

Управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффективного их использования является назначением операционной системы. Например, мультипрограммная операционная система организует одновременное выполнение сразу нескольких процессов на одном компьютере, поочередно переключая процессор с одного процесса на другой, исключая простои процессора, вызываемые обращениями процессов к вводу-выводу. ОС также отслеживает и разрешает конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству ввода-вывода или к одним и тем же данным. Критерий эффективности, в соответствии с которым ОС организует управление ресурсами компьютера, может быть различным. Например, в одних системах важен такой критерий, как пропускная способность вычислительной системы, в других — время ее реакции. Соответственно выбранному критерию эффективности операционные системы по-разному организуют вычислительный процесс.

Процесс (задача) представляет собой базовое понятие большинства современных ОС и часто кратко определяется как программа в стадии выполнения. Программа — это статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными. Процесс — это динамический объект, который возникает в операционной системе после того, как пользователь или сама операционная система решает «запустить программу на выполнение», то есть создать новую единицу вычислительной работы. Например, ОС может создать процесс в ответ на команду пользователя run prgl . exe , где prgl . exe — это имя файла, в котором хранится код программы.

Управление ресурсами включает решение следующих общих, не зависящих от типа ресурса задач:

планирование ресурса — то есть определение, какому процессу, когда и в каком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить данный ресурс;

удовлетворение запросов на ресурсы;

отслеживание состояния и учет использования ресурса — то есть поддержание оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена;