Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 270
Скачиваний: 0
программисты избавлены от необходимости каждый раз вносить этот порядок в рабочие программы. Программно-аппаратурные средства управления являются более гибкими по сравнению с ап паратурными, они выполняют более разнообразные функции и включают ряд специфических систем, важнейшими из которых яв ляются система прерываний и приоритетов, система динамического распределения памяти, система защиты памяти.
Наличие развитой программно-аппаратурной системы управле ния дает возможность организовать несколько различных, режимов работы машины, основными из которых являются следующие: одно программный режим, режим пакетной обработки, режим разделе ния времени, режим запрос — ответ. Последние три режима — многопрограммные, а последние два режима организуются при на личии удаленных от ЦВМ периферийных устройств ввода — вывода с автономными пультами.
Однопрограммный режим — это такой способ организации ре шения задач, при котором все устройства машины заняты выполне нием только одной программы.
Возможны две разновидности этого режима.
О д н о п р о г р а м м н ы й р е ж и м с н е п о с р е д с т в е н н ы м д о с т у п о м а б о н е н т а к м а ши н е . В этом режиме абонент сам работает за пультом ЦВМ: вводит свою программу, запускает ее в непрерывном или однотактном режиме, наблюдает за выво дом результатов по мере получения. Он может высвечивать на пульте содержимое регистров АУ, УУ или ячеек памяти, модифици ровать инструкции и значения некоторых параметров. Это значи тельно облегчает отладку программ. Находясь за пультом машины, абонент имеет ее в своем полном распоряжении, он ведет с ней диалог. Преимущества такого режима могут использоваться толь ко на уровне машинного языка.
Применение однопрограммного режима с непосредственным до ступом чрезвычайно невыгодно с точки зрения производительности ЦВМ. Действительно, время реакции абонента (загрузка колоды перфокарт или перфоленты, работа с пультом, время обдумывания дальнейшего плана действий и т. д.) очень велико по сравнению с временем реакции машины, особенно быстродействующих ее устройств (АУ, ОЗУ, УУ). Поэтому машинное время используется нерационально, машина простаивает. По мере совершенствования ЦВМ и увеличения их быстродействия разница во времени реакции машины и абонента возрастает, следовательно, уменьшается 'эф фективность работы машины в таком режиме. Рассматриваемый режим работы характерен для начальной стадии применения ЦВМ.
О д н о п р о г р а м м н ы й р е ж и м с п о с л е д о в а т е л ь н ым в ы п о л н е н и е м п р о г р а м м б е з у ч а с т и я а б о н е н т о в (режим последовательной обработки). В этом режиме в ЗУ машины имеется несколько программ абонентов, введенных заранее. Программы выполняются последовательно. Автоматиче ский переход к другой программе осуществляется только по окон чании текущей программы или при обнаружении ошибки в про
2* |
19 |
грамме во время ее загрузки или выполнения. При таком режиме работы возможности параллельной работы основных устройств ма шины используются неполностью.
Режим пакетной обработки представляет собой способ органи зации одновременного решения нескольких задач в ЦВМ, при ко-' тором вся необходимая информация (программы, исходные дан ные) вводится в ЗУ машины заранее, до начала решения задач, а в ходе их решения вмешательство потребителей с пульта ие допу скается. При таком режиме работы потребители, как правило, не имеют непосредственного доступа к машине. Заранее подготовлен ные ими задачи (программы) сдаются операторам (программи стам), из них формируется пакет программ, который затем реали зуется. Через определенное время потребители получают резуль таты решения задач. Основная цель организации режима пакетной обработки — минимизация времени на реализацию заданного на бора задач (программ) за счет обеспечения параллельной работы основных устройств машины.
Программы, собираемые в пакет, могут иметь различные прио ритеты. В режиме пакетной обработки, как и в других режимах работы ЦВМ, может использоваться как система статических, так и система динамических приоритетов. В первом случае приоритет программы является абсолютным, не связанным с динамикой про цесса реализации пакета. Во втором случае присвоение программе того или иного приоритета осуществляется в ходе выполнения про грамм пакета. Присвоение динамических приоритетов связывается, например, с временем ожидания программ в процессе реализации пакета.
Режим работы с разделением времени — это такой способ орга низации решения задач, при котором некоторое число независимых абонентов (потребителей) с помощью периферийных устройств ввода — вывода имеет в процессе решения своих задач непосред ственный, постоянный и одновременный доступ к ЦВМ. Каждый абонент имеет в своем распоряжении собственные средства связи с машиной, с помощью которых он может обращаться к ней в лю бой момент времени. При одновременном обращении нескольких абонентов машина реагирует на их запросы с задержкой времени, которая, с точки зрения каждого абонента, представляется такой же, как и при индивидуальном пользовании, что вытекает из факта несоответствия скоростей реакции человека и современных ЦВМ.
В отличие от режима пакетной обработки организация режима разделения времени требует дополнительного оснащения машины аппаратурой селекторных и мультиплексных каналов для обеспече ния оперативной связи с абонентами и соблюдения определенных временных соотношений между моментами запросов абонентов и реакции ЦВМ на эти запросы. Режим разделения времени сочетает эффективное использование возможностей ЦВМ с предоставлением человеку удобств индивидуального пользования.
Режим работы запрос — ответ представляет собой такой способ организации решения задач абонентов, при котором их программы
20
постоянно хранятся в ЗУ машины, а запросы на их выполнение и необходимые исходные данные поступают извне от абонентов, имеющих прямой доступ к машине. Каждому запросу соответствует своя программа, которая вырабатывает соответствующий ответ. Число таких отвечающих программ ограничено емкостью ЗУ. Сле довательно, ограничен и набор допустимых запросов, поэтому ре жим работы запрос — ответ применяется в основном для решения таких задач, как резервирование мест на транспорте, выдача раз личных справок и т. д.
Поток запросов может быть детерминированным или вероятно стным, причем в последнем случае возможен как стационарный, так и нестационарный поток. Запросы могут иметь различные приоритеты и, кроме того, временные ограничения на срок их обслу живания. В связи с этим возникает задача диспетчирования, опре деления порядка обслуживания запросов. Диспетчирование опре деляет некоторую стратегию обслуживания, с помощью которой из множества поступивших запросов выбирается совокупность запро сов для обслуживания в первую очередь. Правила выбора запросов из этой совокупности определяют дисциплину обслу живания.
Наиболее часто применяются следующие дисциплины обслужи вания запросов:
—в порядке поступления запросов, т. е. по принципу «первый пришел — первый обслужен»;
—в порядке абсолютных приоритетов, когда все запросы раз
биты на группы и каждой группе присвоен определенный приори тет; обслуживание запросов из группы с некоторым приоритетом не начинается до тех пор, пока не будут обслужены все запросы из групп с более высоким приоритетом;
— в порядке относительных приоритетов, назначаемых в зави симости от принадлежности запроса к той или иной приоритетной группе и от момента его поступления;
— в порядке динамических приоритетов, назначаемых в зависи мости от принадлежности запроса к той или иной приоритетной группе и от допустимого времени ожидания обслуживания.
Выбор дисциплины обслуживания определяется критерием, по которому оценивается качество функционирования ЦВМ, характе ром потоков запросов и производительностью машины.
Машина, работающая в режиме запрос — ответ, может быть за гружена не полностью. В таком случае в промежутках между об служиванием запросов машина может решать другие задачи, на пример, в режиме пакетной обработки.
§ 1.4. Математическое обеспечение
Математическим обеспечением (МО) ЦВМ называется ком плекс программных средств, предназначенных для повышения эф фективности использования машины, облегчения ее эксплуатации и
2t
снижения трудоемкости подготовительной работы при решении за дач на машине.
Все МО можно разделить на две группы — общее и специаль ное. Общее МО позволяет повысить эффективность использования машины, облегчает ее техническую эксплуатацию, упрощает работу по подготовке задач к решению. Такое МО решает задачу приме нения ЦВМ как некоторой универсальной системы обработки ин формации. Специальное МО представляет собой комплекс про грамм, которые добавляются к общему МО и обеспечивают функ ционирование ЦВМ как некоторой специализированной системы обработки информации.
Общее МО состоит из трех систем: системы тестов, системы ав томатизации программирования и операционной системы. В систе му тестов входят тестовые программы, с помощью которых облег чается техническая эксплуатация ЦВМ, так как они дают возмож ность не только установить факт неисправности машины (контро лирующие программы), но и локализовать неисправность (диагно стические программы).
Системой автоматизации программирования (САП) называется часть МО, обеспечивающая всестороннюю автоматизацию процесса получения рабочих программ. Развитые САП включают алгорит мические языки, трансляторы (программы перевода рабочих про грамм с алгоритмических языков на машинный язык), интерпре тирующие и компилирующие системы, библиотеки стандартных программ, программы сервиса и т. д. Объем и разнообразие средств, представленных в САП, в конечном счете определяют «квалификацию» машины, удобство ее использования абонентами и программистами.
Операционная система (ОС) представляет собой программно аппаратурный комплекс, объединяющий средства организации про цесса функционирования ЦВМ. Основные функции ОС: управление обменом информацией между внешними абонентами и машиной, планирование и организация многопрограммной работы машины, оперативное управление работой всех устройств ЦВМ в процессе решения задач, обеспечение контроля работоспособности машины, обеспечение долговременного хранения информационных массивов (личных архивов) абонентов.
К операционной системе предъявляется ряд требований, основ ные из которых следующие:
— ОС должна обладать свойством структурной гибкости, спо собностью изменяться и пополняться новыми управляющими и об служивающими программами; структурная гибкость обычно дости гается путем использования модульного принципа построения ОС;
— система должна предоставлять абонентам максимум удобств в сочетании с наиболее эффективным использованием ЦВМ;
— ОС должна сводить к минимуму простои оборудования
.(главным образом процессора), связанного с вмешательством опе ратора или абонента в процесс обработки информации машиной;
22