Загальні відомості про обчислювальні та операційні системи.

Iнформацiйнi технологiї пов’язанi з процесами пертворення, обробки та передачi iнформації, якi використовуються комп’ютерними системами та системами передачi iнформації.

Будь-який комп’ютер має один або декілька центральних процесорів або мікропроцесорів, пам’ять, пристрої введення-виведення або периферійні пристрої типу дисплеїв, клавіатури, дисків, принтерiв i мережних пристроїв. Моделювання застосовується для оцінки комп’ютерних систем. У бiльшості випадкiв для цього використовують імітаційне моделювання, але для вирішення деяких завдань аналізу на попередньому етапi застосовують операцiйний аналiз мереж СМО. Моделювання процесорних блоків здійснюється для оцінки машинних команд. Пам’ять моделюють для оцiнки операцій iз загальною пам’яттю чи її рівнів (кеш-память, оперативна память, вторинна або третинна память, яка організовується на диску).

За організацію обробки iнформації в комп’ютернiй системі вiдповідає  ОС, яка розподіляє ресурси и керує процесами розподілу цих ресурсів між програмами, виконуваними комп’ютером. До цих програм належать не тільки програми користувачiв, але й системні програми ОС. Ресурси ОС — це пристрої (процесор, дисплей, клавiатура, накопичувачi на магнiтних дисках, модеми, принтери i т. ін.) пам’ять, файли, програмнi модулі. У разі зайнятостi потрібного ресурсу, якого потребує програма, до нього створюється черга. Таким чином, якщо програми користувачів що виконуються комп’ютером, використовують однакові ресурси в деякi проміжки часу, то виконання таких програм буде суттєво затримуватися.

Типові функції ОС: вибiр програми, яка буде виконуватися процесором, керування загальною пам’яттю, керування операціями введення-виведення, обробка переривань.

Комп’ютерна система зазвичай працює в режимі мультипрограмування або в багатозадачному режимi. Класичне мультипрограмування побудоваве на принципі сумісності оiерацiй, якi виконує процесор, i операцiй введення- виведення, якi виконує програмований контролер або процесор введення- виведення. Наприклад, якщо комп’ютер виконує виведення результатiв на друк деякої програми, то водночас користувач може виконувати iншу програму.

Багатозадачний режим побудовано на принципi розподiлу часу роботи процесора мiж декількома виконуваними програмами. Для кожної програми виділяється свiй  проміжок часу (квант часу), впродовж якого вона виконується процесором. Якщо за цей час програма не закiнчилась, то вона переривається i процесор починає виконувати iншу врограму. Зазвичай перервана програма стає в чергу до процесора останньою. Таким чином, кожна виконувана програма декiлька разів отримує процесорний час для розрахункiв, до того як залишає комп’ютер. Якщо програма пiд час виконання процесором переривається для виконня операцiй введення-виведення, наприклад для записування інформацiї на диск, то вона виводиться з черги до процесора, аж доки не закiнчить операцію записування. Залишок процесорного часу вiд кванта не зберiгається і по закiнченнi операції записування ця програма, коли iй буде наданий процесор, отримує новий квант часу.

При моделюваннi режиму розподiлу часу процесора виникає завдання щодо призначення промiжкiв часу для певних груп програм користувачів. Використання режиму розподiлу часу сприяє тому, що коротшi завдавня користувачiв раніше виконуються, оскiльки вони ранiше набирають необхiдну кiлькiсть квантів процесорного часу нiж довгі завдання. Це спонукає користувачiв робити завдання для виконання комп’ютером меншими за часом виконання. Якщо взяти дуже малий квант часу, то програми користувачiв будуть дуже часто перериватися, а кожне переривання потребує певного часу на його обробку комп’ютером. Якщо квант часу прямуватиме до нескiнченностi, то програми будуть оброблятися процесором за принципом “перша надiйшла - перша виконується”.

У будь-якому режимi роботи (мультипрограмному чи багатозадачному) комп’ютер з одним процесором у будь-який момент часу виконує тiльки одну програму (одну команду). Якщо використовуєтъся мультипроцесорна система з декiлькома однаковими процесорами, то стає можливим виконання декiлькох програм на різних процесорах. Здебільшого така система моделюється як багатоканальна СМО на вiдмiну вiд СМО з одним пристроєм обслуговування, що моделює роботу однопроцесорної системи.

Сучаснi ОС використовують вiртуальну органiзацiю пам’ятi для збереження виконуваних програм. Принцип вiртуальної пам’ятi заснований на тому, що тільки деякi частини програми знаходяться в олерацiйнiй пам’яті,  iнші - на диску. Під час роботи комп’ютера, якщо запитується область пам’ятi, що знаходиться на диску,  ця частина програми загружається з диску в операцiйну память. Якщо операційної пам’ятi не достатньо, з неї витiсняється деяка частина іншої програми, переважно тiєї, до якої найдовше не було звернень. Ці операцiї переміщення частин програм потребують деякого часу, зв’язаного з пошуком потрібної частини програми на диску та її зчитування в пам’ять. Для прискорення операцій пошуку деякi частини програм можуть знаходитися у кеш-пам’яті, що зазвичай прискорює операцiї пошуку. Керування пам’яттю потребує вироблення деякої стратегiї  витiснення та заміщення частин програм, яка закладається в ОС у виглядi алг ор ит м у.

При виконанні операції  введення—виведення для  запису або зчитування даних з магнiтних носіїв iнформації, ця операцiя здебільшого здiйснюється через буфер введення-виведення, де вона попередньо розмiщується, що дозволяє її суттєво прискорити. Вибiр емностi буфера впливає на швидкiсть виконання операцiї введення-виведення.

Обмін даними між пам’яттю та зовнішнiми пристроями здiйснюється через контролери  введення-виведення, але швидкість їх роботи на порядок більша  за швидкiсть електромеханічних пристроїв. Тому при моделюванні можна вважати, що цi операції виконують самi пристрої.  Пошук iнформацiї  на магнітних дисках (гнучких або жорстких) зв’язаний з перемiщенням головок на потрібний сектор i безпосереднім виконанням операції записування або зчитування даних, яка залежить від швидкостi обертання диска.

Таким чином, роботу комп’ютерної системи. керовану ОС, можна подати  у спрощеному вигляді як роботу мережi СМО.

При моделюваннi зазвичай цiкавляться часом перебування програми користувача в комп’ютерній системi (вiд  введення програми або запиту на її виконання до отримання результатiв її роботи або вiдповiдi) або числом програм, виконаних системою за одиницю часу. Типова програма або запит користувача може описуватися: iдентифiкатором програми, часом надходження до системи, ємнiстю потрiбної пам’ятi, кiлькістю запитів до пристроїв введення-виведення і розподiлом їх за часом та розподілом ємності даних, що вводяться і виводяться на тих чи iнших пристроях, а також більш детальною інформацією залежно вiд мети моделювання.