Краткое описание основных режимов работы ЭВМ

Министерство  образования и науки Российской Федерации 

ФГБОУ ВПО «Курганский  государственный университет» (КГУ)

Кафедра информационных технологий

и методика преподавания информатики

КОНТРОЛЬНА  РАБОТА

                                                           Вариант №__

 

Дисциплина:                               ___________________________________

          название

Студент группы М-____            ______________ /____________________/

подпись Фамилия, Имя, Отчество

Направление:                                230700 – Прикладная информатика

 

 

 

Проверил:

                                                      ______________ /____________________/

подпись Фамилия, Имя, Отчество

 

 

Дата  сдачи:    ______________

Кол-во баллов: ______________

 

Курган,2012

 

Содержание:

 

 

Режим непосредственного  доступа………………………………………….……. 3

Режим однопрограммной  пакетной обработки…………………………….. 4

Режим мультипрограммной  пакетной обработки……………………..….. 4

Режим коллективного  доступа………………………………………………..………. 5

Режим клиент сервер…………………………………………………………….………….7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основная часть:

 

На формирование структур ЭВМ, кроме особенностей развития элементной базы и смены областей использования, значительный след оставила эволюция их режимов работы. Основными режимами этой эволюции были:

• непосредственного доступа,

• однопрограммной пакетной обработки,

• мультипрограммной пакетной обработки,

• коллективного доступа,

• клиент-сервер.

 

Режим непосредственного  доступа

Самым простым и естественным является однопрограммный режим  непосредственного доступа. Этот режим работы первых ЭВМ. Он предусматривает отсутствие операционных систем и доступ пользователя к средствам управления и индикации. В первых ЭВМ состав программного (математического) обеспечения часто входил только пакет прикладных программ (программ решения основных научно технических задач).

При работе на ЭВМ пользователь должен написать и набрать на носитель (для первых ЭВМ это, часто, перфокарты) проблемную программу или выбрать  ее из пакета прикладных программ. Но с  любой выбранной программой с использование ЭВМ можно сделать множество операций: распечатать, скопировать на тот или иной носитель, модифицировать и т.д.

Опыт эксплуатации ЭВМ  первого и частично второго поколения  выявил недостатки этого режима. Это  медленная реакция пользователя на различные ситуации в ЭВМ, требующие реагирования со стороны пользователя, включая медленный ручной набор данных при их вводе.

 

 

 

Режим однопрограммной  пакетной обработки

На смену этого режима пришел режим однопрограммной пакетной обработки. Этот режим предусматривал отсутствие пользователя, как причины замедления работы ЭВМ. В качестве компенсации присутствия пользователя используется резидентная программа – диспетчер, для которой пользователи пишут программу (последовательность заданий на языке команд диспетчера) работы с этой программой (вызвать транслятор, компилировать программу и т.д.) для всех возможных вариантах развития событий.

Эти программы на языке  диспетчера и составляют пакет.

Таким образом, при пакетном режиме программист должен писать программы на языках программирования и, на языке команд диспетчера – программу заданий по использованию программы "диспетчером".

Для реализации этого  режима ЭВМ должна быть снабжена система  прерывания и операционная система (ОС), по крайней мере, в виде диспетчера и набора программ обработки прерываний.

В современных ЭВМ, например, в IBM-PC – сохранились команды ОС для задания последовательности действий ОС. Это команды, которые  можно использовать в программах с расширением: bat.

Однопрограммный пакетный режим работы значительно сократил простои ЭВМ, но оставался еще резерв.

 

Режим мультипрограммной  пакетной обработки

При обработке программ в однопрограммном пакете работают, поочередно, две системы: процессор  и система ввода вывода. Организация  их параллельной работы является резервом повышения производительности ЭВМ. Но для этого требуется многопрограммная пакетная обработка.

Это режим мультипрограммной  пакетной обработки или "режим  классического мультипрограммирования".

Цель режима – минимизация  простоев процессора при обработке пакета программ.

Стратегия режима заключается  в следующем:

Часть первых программ в  пакете переводится в состоянии "задача" но, возможно, на разных стадиях,

Часть из них может  находиться в состоянии ожидания. Это задачи, для которых производится загрузка данных.

Другая часть программ может находиться в состоянии  счет. Это задачи, для которых  загружены данные и они готовы к обработке на процессоре. Одна из них находится в стадии выполнения команд процессором. Остальные –  ожидают своей очереди на обработку.

Возможности мультипрограммной  обработки определяются архитектурными особенностями ЭВМ и используемой операционной системой. 

 Каждая программа,  выбранная для выполнения  и  процессор могут находиться в  двух состояниях: счет или ожидание. Состояние счет – это состояние обработки программы, ожидание это:

для программ – ожидание окончания процедур ввода/вывода,

для процессора – ожидание перехода любой из задач в состояние  счета.

В момент t1 процессор выполняет команду начала процедуры ввода/вывода. Для задачи 1 выполняется операция ввода/вывода (без участия процессора), задача 1 переходит в состояние "ожидание" до окончания операции ввода/вывода, процессор переходит к выполнению команд программы 2 (момент t2).

В момент t2 процессор по команде программы 2 включает операцию ввода/вывода, задача 2 переходит в состояние ожидания в очередь за задачей 1. В момент t3 процессор по команде программы 3 включает операцию ввода/вывода, задача 3 переходит в состояние ожидания в очередь за задачей 2. Это момент когда все задаче ожидают окончания операции ввода/вывода. Процессор так же переходит в состояние ожидания. В момент t4 оканчивается операция ввода/вывода задачи 1. Задача 1 первая возвращается в состояние "задача" и процессор переходит к обработке ее команд.

В моменты 5 и t5 заканчиваются операции ввода/вывода для задач 3 и 2 и эти  задачи переходят в состояние  задача в ожидании освобождения процессора.

В момент t5 по команде задачи 3 процессор  включает операции ввода/вывода для  задачи 3, а процессор переходит к обработке команд задачи 2, как первой задачи в очереди задач в состоянии счет.

В момент t5 заканчивается обработка  задач 1 и 3; они заменяются новыми задачами и обработка пакета продолжается.

Режим классического  мультипрограммирования уменьшает  время простоев процессора, но не предусматривает  повышения качества обслуживания пользователей.

Дальнейшая модификация  режима заключалась введением приоритетов  программ в пакете и циклического переключения программ.

Введение приоритетов  предназначено для упрощения  работы программы планировщика пакетов, а циклическое переключение программ – для вывода процессора из зацикливаний.

Переключение задач  на обслуживание процессором производится:

по команде окончания в программе,

по команде обращения  к устройствам ввода/вывода,

по переходу в состояние  задачи программы с более высоким  уровнем приоритета,

по окончанию тайм-аута обработки данной задачи.

Введение приоритетов  программ позволило перейти к  новому режиму работы ЭВМ – режиму разделения времени (режим коллективного доступа).

 

Режим коллективного  доступа

Это режим совмещение двух режимов – разделения времени  и непосредственного доступа.

Это возврат к непосредственному  доступу, но с сохранением пакетной обработки. В систему добавляются терминалы (устройство ввода, например, клавиатура, и вывода, например, дисплей) и системная резидентная программа обслуживания терминалов, как задача с наивысшим уровнем приоритета.

Режим коллективного  доступа строится с использованием терминалов на основе режима классического программирования

Режим коллективного  доступа строится с использованием терминалов на основе режима классического  программирования.

  Программы пакета  обрабатываются процессоров, в  виде фонового пакета. Кроме программ фонового пакета на обработку в процессор могут поступать задачи с терминалов от пользователей, работающих в режиме непосредственного доступа за терминалами.

Доступ с терминалов предназначался для работ по отладки  программ в прямом доступе, обращения к разным справочникам, многоабонентном обслуживании, например по продажи и оформление билетов и т.д.

При нажатии любой  клавиши на терминале в процессор  ЭВМ поступает сигнал прерывания. Программа обработки прерывания переключает процессор на обработку задач с терминалов. Так, как производительность ЭВМ намного выше человека, ЭВМ во многих случаях могла удовлетворять запросы пользователей без взаимных помех. Кроме этого, для разрешения возможных конфликтов между запросами, каждый запросы фиксируется на регистре первой очереди и с него, по очереди, поступают на обработку.

На обработку каждого  запроса отводился определенный квант времени. Если он достаточен для  решения, ответ передается на терминал источника. Если квант времени был  недостаточным для формирования ответа, дальнейшая обработка запроса откладывается с фиксацией его на регистре второй очереди.

Запросы с регистра второй очереди поступают на обработку, только после обработки всех запросов регистра первой очереди.

На обработку запросов с регистра второй очереди отводится квант времени значительно большей длительности. Если квант времени снова недостаточен для обработки, запрос переводится на регистр третий очереди, а затем в пакет фоновой обработки. В любом случае результат обработки запроса поступает на терминал с большей или меньшей задержкой.

Эта стратегия реализует  стратегию: на простой запрос – ответ  мгновенный, на сложный вопрос –  с задержкой, величина которой возрастает в разы с ростом сложности вопроса. Здесь простота вопроса определяется временем обработки запроса.

Но в чистом виде этот режим работы продержался недолго. Причина – появление персональных компьютеров. Оказалось, что РС по стоимости  сравним со стоимостью терминала (с  учетом стоимости средств удаленного доступа, так как терминалы располагались вне машинного зала, например, в кабинетах и даже в других зданиях и т.д.).

Режим клиент сервер

Персональные компьютеры изначально позицировались, как дешевое  средство обработки данных "одно для одного", для широкого круга  пользователей, не специалистов в области программирования. Режим коллективного доступа не мог конкурировать по стоимости услуг и комфортности работы на РС.

Но, несмотря на то, что  РС изначально предназначались для  работы "один для одного" их стали  объединять в локальные сети. Для этого было достаточно много причин. Это, в первую очередь, повышение производительности парка ЭВМ в случаях их коллективной эксплуатации, например коллективом фирмы, за счет возможности их более полной загрузки. Отдельные пользователи могли загружать полезной работой все свободные ЭВМ в сети.

Кроме этого, для более  трудоемких вычислений в парк персональных ЭВМ можно было вводить более  производительные ЭВМ в качестве рабочих станций. В качестве рабочих  станций использовались более дорогие  и производительные РС, "бывшие" мини-ЭВМ или ЭВМ общего назначения. Работа в сети упрощало решение проблемы их более полной загрузки работой.

По сути дела это был  возврат к системе коллективного  доступа, но в рамках сетевой "распределенной обработки".

Для повышения эффективности использования рабочих станций их стали конфигурировать под определенные сервисные услуги и применения. Такие рабочие станции стали называть серверами. Тип сервера определяется видом ресурса, которым он владеет (файловая система, база данных, принтеры, процессоры или прикладные пакеты программ). Появились файл-серверы, серверы базы данных, принт-серверы, вычислительные серверы, серверы приложений и т.д.

Появилось понятие "клиент - сервер. Но "клиент- сервер" –  это название не только режима, но и способа программирования. При работе в режиме клиент-сервер программа состоит из двух взаимодействующих программ – программы клиент и программы сервер.

Программа "клиент" ставится на рабочем месте оператора (пользователя), а программа "сервер" на одном из серверов.