Λιβανός Γιώργος Εξάμηνο 2017Β

Υπολογιστικό σύστημα Υλικό (hardware) Λογισμικό (Software) Ολοκληρωμένα κυκλώματα, δίσκοι, οθόνη, κλπ. Λογισμικό συστήματος Προγράμματα εφαρμογών Χρειάζονται ένα συντονιστή!!! Οι συσκευές που μπορούν να συνδεθούν στο εσωτερικό του υπολογιστή ή περιφερειακά αυτού Κάθε είδους πρόγραμμα που επιτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία στον υπολογιστή 2

Αλήθεια, πώς μοιάζει το «σώμα» ενός υπολογιστικού συστήματος; Το «άψυχο» σώμα του υπολογιστή αποτελείται από πολλές συσκευές και μικροηλεκτρονικά στοιχεία Όλα αυτά συνδέονται στο βασικό ηλεκτρονικό κύκλωμα (μητρική πλακέτα) κι επικοινωνούν μέσω κοινών «καναλιών» Κάθε μικροσυσκευή συνδέεται εσωτερικά ή εξωτερικά σε συγκεκριμένη θέση Η ανταλλαγή πληροφοριών γίνεται μέσω ηλεκτρικών σημάτων 3

Κάρτα γραφικών = συσκευή αναπαραγωγής οπτικού σήματος Ανατομία του «σώματος» ενός υπολογιστή Σύνδεση άλλων «καρτών», π.χ. Κάρτα ήχου, κάρτα δικτύου, κάρτα τηλεόρασης κλπ Επεξεργαστής = Το κέντρο εκτέλεσης των εντολών Παροχή ρεύματος στο κύκλωμα Ψύκτρα = Συσκευή απαγωγής θερμότητας Υποδοχές (slots) σύνδεσης μέσων αποθήκευσης Μνήμη= Προσωρινός χώρος «φόρτωσης» προγραμμάτων 4

Τι γλώσσα μιλάει ο υπολογιστής; Η λειτουργία του υπολογιστή βασίζεται στο δυαδικό σύστημα (αλφάβητο 0, 1) και γίνεται μέσω ειδικής γλώσσας (γλώσσα μηχανής) η οποία «μεταφράζει» κάθε μήνυμα σε ηλεκτρικό σήμα ενεργοποιώντας ή απενεργοποιώντας κυκλώματα 5

Τμήματα υπολογιστή Μονάδα Μνήμης Αριθμητική- Λογική Μονάδα Μονάδα Ελέγχου Μονάδα Εισόδου/Εξόδου 6

Το «σώμα» (υλικό) του υπολογιστή είναι άψυχο χωρίς συντονιστή (λογισμικό) Τα προγράμματα είναι απαραίτητα για την επικοινωνία και τη συνεργασία των μερών του υπολογιστή μεταξύ τους αλλά και με τις εφαρμογές που εκτελεί ο χρήστης Η καρδιά και το μυαλό του υπολογιστή είναι το λειτουργικό σύστημα Τι ορίζεται ως λειτουργικό σύστημα ; Το λειτουργικό σύστημα είναι το βασικότερο πρόγραμμα που συντονίζει και διαχειρίζεται όλες τις διαδικασίες και τους υλικούς πόρους ενός Η/Υ 7

Ρόλος Το λειτουργικό σύστημα είναι ο συνδετικός κρίκος μεταξύ προγραμμάτων, εφαρμογών και υλικού Κρύβει τις μπερδεμένες και δυσνόητες λεπτομέρειες που πρέπει να εκτελεστούν Αποτελεί μια «εικονική» μηχανή που προφέρει ευκολία κι ευελιξία στον χρήστη Είναι ο χρονοπρογραμματιστής των πόρων του συστήματος, δίνει χώρο και χρόνο στις διαδικασίες για να εκτελεστούν, διαχειρίζεται τα αρχεία 8

Στόχοι ενός ΛΣ: Υλικό Υπολογιστικό σύστημα Λειτουργικό σύστημα Εκτέλεση προγραμμάτων χρηστών Ευκολία χρήσης του ΥΣ Χρήση του υλικού και των περιφερειακών του ΥΣ με αποτελεσματικό / αποδοτικό τρόπο Προστασία των προγραμμάτων και δεδομένων των διαφόρων χρηστών του ΥΣ Λογισμικό Προγράμματα εφαρμογής Χρήστες Το ΛΣ είναι ένα πρόγραμμα που λειτουργεί ως ενδιάμεσος μεταξύ των χρηστών των Υπολογιστικών Συστημάτων και του υλικού του Υπολογιστικού Συστήματος 9

Κύριες λειτουργίες Διαχείριση πόρων (μνήμη, δίσκος, περιφερειακά) Επίβλεψη δραστηριοτήτων (δρομολόγηση, έναρξηολοκλήρωση) Διαχείριση αρχείων και δεδομένων (διάβασμα, γράψιμο, επεξεργασία) 10

Λογισμικό εφαρμογών, ελεύθερο ή εμπορικό Λογισμικό συστήματος, «το μαύρο κουτί» που μας συνδέει με τις συσκευές Τρόπος σύνδεσης!!! 11

Εφαρμογές χρηστών Διεπαφή χρήστη: Διερμηνέας εντολών, GUI Μηχανισμός κλήσεων συστήματος Σύστημα αρχείων Άνω τμήμα οδηγών Ε/Ε Διαχείριση διεργασιών Διαχείριση μνήμης Κάτω τμήμα οδηγών Ε/Ε Σχηματική αναπαράσταση τμημάτων λειτουργικού συστήματος 12

Ο πυρήνας του Λ.Σ. (Kernel) O πυρήνας του Λ.Σ. αναφέρεται στο κύριο τμήμα του Λ.Σ. το οποίο υλοποιεί τις δύο βασικές οντότητες (processes και files) του. Αυτός ο κώδικας είναι προστατευμένος, με την έννοια ότι δεν ανήκει σε κανένα χρήστη (δεν είναι «user process»). Διαφορετικά, ο κάθε χρήστης θα μπορούσε να αλλάξει αυτόν τον κώδικα και έτσι να μονοπωλήσει τους πόρους του συστήματος, CPU, RAM, δίσκοι, τερματικά, κ.λπ. Αυτή η προστασία επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας δύο τρόπους λειτουργίας: user mode και kernel mode. Το σύστημα βρίσκεται υπό προστασία όταν βρίσκεται σε kernel mode. Δηλαδή, ειδικές εντολές που διαχειρίζονται τους πόρους του συστήματος μπορούν να εκτελεσθούν μόνο όταν το σύστημα λειτουργεί σε kernel mode. Το Λ.Σ. είναι το μόνο system s/w το οποίο εκτελείται σε kernel mode. 13

Το Λ.Σ. παρέχει δύο βασικές αφηρημένες έννοιες: 1. Διεργασίες (Processes) 2. Αρχεία (Files) Με την έννοια της «διεργασίας» ασχολούνται εκείνες οι διαδικασίες του Λ.Σ. που καλούνται να διαχειριστούν τη CPU, RAM, Δίσκους, Τερματικά, κ.λπ. Αυτή η διαχείριση εστιάζει στην ίση κατανομή των υλικών πόρων του υπολογιστή σε όλα τα προγράμματα που τρέχουν σε μία δεδομένη στιγμή. Με την έννοια του «αρχείου» ασχολούνται οι διαδικασίες του Λ.Σ. που παρέχουν την δυνατότητα δημιουργίας μηπροσωρινών δεδομένων (που αποθηκεύονται στη δευτεροβάθμια μνήμη). Αυτές οι διαδικασίες ασχολούνται επίσης και με την επικοινωνία με τις περιφερειακές συσκευές. 14

Διαδικασία εκτέλεσης διεργασίας Εισαγωγή εντολής από το χρήστη Το λειτουργικό σύστημα φορτώνει στη μνήμη από το δίσκο το πρόγραμμα που ζητήθηκε και το εκτελεί Όταν η διεργασία τελειώσει, το λειτουργικό σύστημα τυπώνει ένα χαρακτήρα προτροπής και περιμένει μία νέα εντολή για να φορτώσει μια άλλη διεργασία Ανάγκες για πολυπρογραμματισμό: Αποδοτική χρήση της CPU όταν μια διεργασία βρίσκεται «μπλοκαρισμένη» περιμένοντας να ολοκληρωθούν διάφορες εργασίες εισόδου / εξόδου. Παροχή υπηρεσιών, μέσω ενός server, σε πολλούς χρήστες ταυτόχρονα. Δυνατότητα εκτέλεσης πολλαπλών διεργασιών ταυτόχρονα από τον ίδιο χρήστη (στον προσωπικό του υπολογιστή). 15

Για να είναι λογικές οι επιδόσεις του συστήματος πρέπει να βρίσκονται περισσότερες από μια διεργασίες στην κύρια μνήμη Απλούστερος τρόπος: Διαίρεση της μνήμης σε ένα πλήθος (άνισων) διαμερισμάτων (partitions). Κάτι τέτοιο μπορεί να γίνει από το χρήστη κατά την εκκίνηση του συστήματος 16

Αρχεία (Files) Η δεύτερη βασική οντότητα είναι τα αρχεία. Συνδέονται με κλήσεις συστήματος που δημιουργούν, διαγράφουν, διαβάζουν, ενημερώνουν αρχεία. Περιλαμβάνει ένα σύνολο λογικά συσχετιζόμενων δεδομένων, μηπροσωρινής φύσης (συνήθως αποθηκευμένο σε δίσκους). Συνήθως, ένα αρχείο πρέπει πρώτα να «ανοιχτεί» πριν διαβαστεί ή ενημερωθεί και μετά να «κλειστεί». Τα αρχεία είναι οργανωμένα σε ομάδες που ονομάζονται κατάλογοι (directories). Ένας κατάλογος μπορεί να περιέχει έναν άλλο κατάλογο, και έτσι δημιουργείται ένα ιεραρχικό σύστημα διαχείρισης αρχείων (file system). 17

Παράδειγμα δομής αρχείων 18

Παράδειγμα : Είσοδος/Έξοδος (I/O) με δίσκους Θεωρήστε ένα πρόγραμμα που θέλει να δημιουργήσει ένα αρχείο με δεδομένα. Τα αρχεία (files) αποθηκεύονται σε (μαγνητικούς «σκληρούς») δίσκους, οι οποίοι, εν ολίγοις, αποτελούνται από ένα ηλεκτρονικό τμήμα (ένα controller - επεξεργαστή) και ένα μαγνητικό τμήμα (επιφάνειες δίσκων πάνω στις οποίες γράφουν κεφαλές). Ο επεξεργαστής δέχεται εντολές για να γράψει (write) ή να ανακτήσει δεδομένα (read) σε (από) συγκεκριμένες διευθύνσεις, να μετακινήσει τις κεφαλές σε καινούριες διευθύνσεις, κ.λπ. 19

Βήματα εκκίνησης λειτουργικού συστήματος Παροχή ρεύματος Ενεργοποίηση συσκευών Προφόρτωση ΒΙΟS από τη μόνιμη μνήμη ROM Έλεγχος του υλικού του συστήματος Φόρτωση λειτουργικού συστήματος από το σκληρό δίσκο στην κύρια μνήμη Εμφάνιση επιφάνειας εργασίας σε περίπτωση που όλα πήγαν καλά 20