Мультипрограммалаудағы есептеу жүйелері

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

Реферат

Тақырыбы: Мультипрограммалау принциптері.

Тобы:6В01503 Білім беру жүйесіндегі информатика және ақпараттық-коммуникациялық технологиялар 2ж. 1курс

Дайындаған: Мұхамбетова Назгүл Серікқызы

2021-2022ж

МАЗМҰНЫ

I. Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..

II. Негізгі бөлім: Мультипрограммалау әдістері
2.1. Мультипрограммалау ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
2.2. Ақырғы өңдеу жүйесіндегі мультипрограммалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.3. Уақыт бөлу жүйесіндегі мультипрограммалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.4. Реалды уақыт жүйесіндегі мультипрограммалау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.5. Мультипрограммалаудағы есептеу жүйелері ... ... ... ... ... ... ... ... .

III. МУЛЬТИПРОГРАММАЛЫҚ ЭЕМ ЖҰМЫСЫН ҰЙЫМДАСТЫРУ ... ... ... ... ... ... ... ...

IV.Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ...

V. Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ...

VI. Глоссарий ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... .

VII. Қосымшалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... .

КІРІСПЕ

Операциялық жүйенің маңызды функциясы, оның барлық аппараттық және ақпараттық ресурстарын рационалды қолдануды жүзеге асыру болып табылады. Басты ресурстарға процессорлар, жады, сыртқы құрылғылар, программалар жатады. Бірдей аппараттық ресурстармен орналастырылатын, бірақ әр түрлі операциялық жүйелермен басқарылатын есептеуіш жүйе әр түрлі тиімділік деңгейінде жұмыс атқара береді. Сол себепті операциялық жүйенің ішкі механизмдерін білу оның пайдалану мүмкіндіктері мен сипаттамаларын жанама бағалайды. Алайда, бір программалы операциялық жүйелерде де ресурстармен басқару есептерін шешу қажет және бұл жолда кездесетін басты қиындықтардың бірі мультипрограммдық операциялық жүйелерде кездеседі.
Мультипрограммалау, көп программалы жұмыс, яғни есептеу жүйесінде бір уақытта әр түрлі тапсырмаға жататын бірнеше программаның орындалу тәсілі.
Процессордың тез жұмыс жасау қабілетін жоғарылату, жадының көлемін және әр түрлі шығару құрылғыларының құрамын көбейту - операциялық жүйенің дербес құрылғыларының әркелкі ақпарат беруін ескертеді. Мысалға, оперативті жадының енгізу-шығару құрылғылары немесе магнитті жолақтың жадысындағы ақпаратпен алмасуы аяқталмайынша арифметикалық құрылғы жұмыс істемейді. Сонымен қатар, құрылғылардың жүктемесінің әркелкілігі орындалатын тапсырмалардың сипатына да байланысты, мысалы, кейбір тапсырмалар көлемді деректер санын және есептеудің аз бол,анын талап етеді, ал қалғандары - керісінше. Мультипрограммалау операциялық жүйенің жалпы өнімділігін арттыратын жеке құрылғылардың жұмысын уақыт бойынша қиюласуын және максималды түрде жүктелуін қамтамасыз етеді.

II. МУЛЬТИПРОГРАММАЛАУ ӘДІСТЕРІ
2.1. МУЛЬТИПРОГРАММАЛАУ

Мультипрограммалау немесе көп мәселелік (multitasking) - бұл бір процессорда бір уақытта бірнеше программа орындалатын есептеу процесін ұйымдастыру тәсілі. Бұл программалар тек қана процессорды ғана емес, сонымен қатар оперативті және сыртқы жады, енгізу-шығару құрылғалары, деректер сияқты компьютердің басқа да ресурстарын қолданады. Мультипрограммалау есептеу жүйесінің қолдану тиімділігі мен мүмкіндіктерін жоғары деңгейге көтеру үшін арналған, алайда бұл жерде тиімділік пен мүмкіндің әр түрлі мағынада түсінілуі мүмкін. Есептеу жүйесінің тиімділігінің ең ықтимал критерийлеріне жатады:
:: өткізу қабілеті - бірлік уақытта есептеу жүйесімен орындалатын тапсырмалар саны;
:: бір уақытта бір құрылғада бірнеше программада жұмыс жасау мүмкіндігі бар тұтынушылардың жұмыс жасау ыңғайлылығы;
:: жүйенің реактивтілігі - жүйенің өте аз интервал уақыт арасында алдын ала берілген программаларды орындау және олардың нәтижелерін алу тапсырмаларына төзімділігі.
Таңдалып алынған критерийге байланысты операциялық жүйенің тиімділігі бірнеше жүйеге бөлінеді. Олар: ақырғы өңдеу жүйесі, уақыт бөлу жүйесі және реалды уақыт жүйесі. Операциялық жүйенің типтерінің әрқайсысында спецификалық ішкі механизм мен арнайы қолдану аймақтары бар. Кейбір операциялық жүйелер бір уақытта бірнеше режим ұстануы мүмкін, мысалы, тапсырманың бір бөлігі ақырғы өңделу режимінде, ал қалған бөлігі - реалды уақыт немесе уақытты бөлу режимінде жұмыс істеуі мүмкін.
Жоғарыда айтылған жұмыстарды жүзеге асыру үшін кейбір схемалар берілген. Мысалға, мультипрограммалау жүйесінде Р1, Р2, Р3 параметрлері бар үш тапсырма берілген:

Р1(С1, IO1, M1), P2(C2, IO2, M2), P3(C3, IO3, M3)

мұндағы Сі - процессорлық уақыт;
ІОі - енгізу-шығару уақыты;
Мі - ОЖ-нің талабы.

Егер жүктелген ресурстарда тек Р1 тапсырмасы ғана орындалса, онда біз 80 К жадыны қолдана алмас едік, оған қоса, орталық процессор ІО1 уақытқа дейін тұруы мүмкін. Үш процесс бірдей орындалған жағдайда, жады толық қолданылады. Ал осы үш процесстің біреуі ғана орындалса, онда орталық процессордың максималды тоқтауы тек t = IO1 - (C2 + C3)-ға жетеді.
Осылайша, бір программаны орындауға кететін уақыт үш процессті де бірдей орындайды. Оны 2.1-кестеден көруге болады.

2.2. АҚЫРҒЫ ӨҢДЕУ ЖҮЙЕСІНДЕГІ МУЛЬТИПРОГРАММАЛАУ

Компьютердің өткізу қабілетін арттыру үшін мультипрограммалауды қолданудағы басты мақсат - компьютердің барлық құрылғыларындағы бостықтарды, ең алдымен орталық процессорды минимизациялау болып табылады. Осындай бостықтар ішкі себептерге, мысалға өңдеуге берілген деректердің енгізілуін күтуге байланысты тапсырманың тоқтатылуынан пайда болады. Деректер дискте сақталуы және де терминалда жұмыс істеп отырған тұтынушыдан, сонымен қатар сыртқы техникалық объектілерде орнатылған өлшеуіш құрылғылардан келуі мүмкін. Осыған ұқсас блокировка болған жағдайда процессорды қолдану тиімділігінің артуына себеп болатын тапсырманың үйреншікті тәсілмен орындалуы процессорды өңделуге берілген деректері бар басқа тапсырманы орындауға ауыстыру болып табылады. Мультипрограммалаудың осы тұжырымдамасы пакетті жүйенің түбірін береді.
Ақырғы өңдеу жүйесі нәтижелерді жылдам алуды талап етпейтін негізгі есептеу сипатындағы тапсырмаларды шешуге арналған. Ақырғы өңдеу жүйесінің тиімділік критерийі мен басты мақсаты болып максималды өткізу қабілеті, яғни бірлік уақытта максималды түрде тапсырманың орындалуы табылады.
Осы мақсатты жүзеге асыру үшін ақырғы өңдеу жүйесінде функциялаудың келесі схемасы қолданылады: жұмыс басында тапсырмалар пакеті түзіледі, әр тапсырмада жүйелік ресурстарға талаптар бар; осы тапсырмалар пакетінен мультипрограммалық қосылыс, дәлірек айтқанда көптеген бір уақытта орындалатын тапсырмалар түзіледі. Біркелкі орындалу үшін есептеу машинасының барлық құрылғыларында балансты жүктеме қамтамасыз етілетін ресурстарға әр түрлі талаптар қоятын тапсырмалар таңдалып алынады. Мысалға, мультипограммалық қосылыста есептеу тапсырмалары мен интенсивті енгізу-шығару тапсырмалары біркелкі болуы тиіс. Сондықтан тапсырма пакетінен жаңа тапсырма таңдау жүйеде қалыптасқан ішкі жағдайларға байланысты, яғни "тиімді" тапсырма таңдалып алынады. Өз кезегінде, ақырғы операциялық жүйелердің басқаруымен жұмыс істейтін есептеу жүйелерінде белгілі уақыт аралығында сол немесе басқа тапсырманың орындалуына кепілдік бере алмайды.
Жоғарыда айтылған сияқты қиюласуларға әр түрлі тәсілдермен жетуге болады. Олардың бірі арнайы енгізу-шығару процессоры бар компьютерлерге тән. Мейнфрейм класындағы компьютерде сондай процессорлар каналдар деп аталады. Әдетте каналда орталық процессордың командалар жүйесінен айырмашылығы бар командалар жүйесі орналасқан. Бұл командалар сыртқы құрылғылармен басқару үшін арналған, мысалға "құрылғының жағдайын тексеру", "магнитті қалпақшаны орнату", "беттің басын орнату", "жолақ баспадан шығару". Каналды программалар орталық процессордегідей оперативті жадыда сақталуы мүмкін. Орталық процессордағы командалар жүйесінде арнайы құрылым қарастырылған, оның көмегімен каналға енгізу-шығару программасын орындайтын параметрлер мен талаптарберіледі. Осы кезден бастап орталық процессор мен канал пара-пар жұмыс істей алады.
Есептеудің енгізу-шығару операцияларымен қиысуының басқа бір тәсілі сыртқы құрылғылары процессормен емес, контроллерлармен басқарылатын компьютерлерде жүзеге асырылады. Әрбір сыртқы құрылғының өзіндік контроллері болады және ол орталық процессорден келіп түседі. Осы шартта орталық процессор мен контроллер асинхронды жұмыс істейді. Көптеген сыртқы құрылғылар электромеханикалық түйіндер қосатын болғандықтан, орталық процессорге қарағанда контроллер өзінің құрылғылармен басқару командаларын әлдеқайда жай орындайды. Қалыптасқан жағдай енгізу-шығару операциялары мен есептеудің паралелльді орындалуында қолданылады: контроллерге командалар беру уақыты аралығында процессор есептеу жұмыстарын атқара алады. Контроллер орталық процессорға келесі команданы қабылдауға дайын екенін үздік сигналдармен хабарлауы мүмкін немесе орталық процессор оны контроллердің жағдайын периодты түрде сұрастыру арқылы білуі мүмкін.
Үдеудің максималды тиімділігі енгізу-шығару мен есептеудің толық жабылуы кезінде жетіледі. Процессор бір тапсыррманы ғана орындайтын кезді қарастырып көрелік. Бұл жағдайда үдеу деңгейі тапсырманың құрамына және программалаудың параллелизмі қаншалықты ашылғанына байланысты. Есептеу немесе енгзі-шығару тапсырмалары бар жүктемелерде үдеу жоқтың қасы. Бір тапсырманың айналасында параллелизм тапсырманы жалғастыру үшін енгізу-шығару операцияларының толық аяқталуы керек кезде болмауы мүмкін, мысалға келесі есептеулер шығарылатын деректерге байланысты болса. Бұл орталық процессорда немесе каналдарда бос орын қалуына соқтырады.
Егер жүйеде бір уаұытта бірнеше тапсырма орындалатын болса, оннда есептеудің бір тапсырмасын енгізужүйеде бір уаұытта бірнеше тапсырма орындалатын болса, онда есептеудің бір тапсырмасын енгізу-шығарудың келесі тапсырмасымен қиыстыру мүмкіндігі пайда болады. Бір тапсырма қандай да бір өзгерісті күтіп жатқанда, процессор келесі программаны орындай береді.
Тапсырмалар қосылысын орындаудың толық уақыты негізгі белгіленген уақытына қарағанда әлдеқайда азырақ болып шығады. Алайда мультипрограммалауда тапсырманы жеке-жеке орындайтын болсақ жалпы уақыт көбірек болар еді. Шынында да, бірігіп жұмыс істеу кезінде кейбір келеңсіздіктер болып қалуы мүмкін, мысалға процессор бір тапсырманы орындап жатқанда келесі тапсырманың орындалуға дайын болуы. Бұл жағдайларда тапсырма енгізу-шығару операцияларын орындап болып, толық шешілуге дайын, бірақ процессордың босауын күтеді, сол себептен оның орындалу уақыты созылады.
Ақырғы өңдеу жүйесінде процессорды бір тапсырмадан екінші тапсырмаға ауыстыруактивті тапсырманың өөзіне байланысты, мысалға ол тапсырманы орындау қажеттілігіне байланысты процессордан бас тартады. Осыдан бір тапсырма процессорды толық қолданады, ал интерактивті басқа тапсырмалардың процессорды қолдану мүмкіндігі шектелетіні шығады. Тұтынушының есептеу машинасымен ара қатынасы - тұтынушы тапсырманы диспетчер-операторға алып келіп, жұмыс күнінің соңында дайын нәтижені алып кетумен тең. Әрине, бұл аппаратураның функциялауының тиімділігі мен мүмкіндіктерін жоғарылатады, бірақ тұтынушының тапсырманы орындау тиімділігі мен мүмкіндіктерін шектейді.

2.3. УАҚЫТТЫ БӨЛУ ЖҮЙЕСІНДЕГІ МУЛЬТИПРОГРАММАЛАУ

Тұтынушы жұмысының тиімділігі мен ыңғайының артуы мультипрограммалаудың уақыт бөлу сияқты басқа да тәсілінің басты мақсаты болып табылады. Уақыт бөлу жүйесінде тұтынушыларға бірден бірнеше программалармен белсенді жұмыс жасау мүмкіндігі берілген. Бұл үшін әр программа тұтынушымен үздіксіз байланыста болуы қажет. Пакетті жүйеде тұтынушының жүктемемен әрдайым байланыста болуының шектелгені түсінікті.
Уақыт бөлу жүйелерінде бұл мәселе операциялық жүйе жүктемелерді, прооцессордың өз еркінше босатпауын күтпей, ықтиярсыз периодты түрде тоқтататындылығымен шешіледі. Барлық жүктемелерге процессорлық уақыттың кванты беріледі, осылайша программаларды орындалуға берген тұтынушылар олармен байланыста болуыға мүмкіндік алады.
Уақыт бөлу жүйелері ақырғы өңдеу жүйесінің басты кемшілігі - тұтынушы-программистті өз тапсырмаларын орындау процесінен ажыратуды жөндеуге дағдыланған (2.3-сурет). Бұл жағдайда әр тұтынушыға өзінің программасымен диалог жүргізуге мүмкіндік алатын терминал беріледі. Уақыт бөлу жүйесінде әр тапсырмаға тек қана процессорлық уақыттың кванты ғана берілгендіктен, ешқандай тапсырма процессорды тым ұзақ уақыт қолдана алмайды, сол себептен жауап беру уақыты тиімді болады. Егер квант ықшам түрде ғана таңдалса, онда барлық тұтынушылар бір машинада біркелкі жұмыс істеп жатқанымен, машинаны жеке қолданып жатқандай ой қалыптасады.
Уақыт бөлу жүйелерінің өткізу қабілеті ақырғы өңдеу жүйелерімен салыстырғанда төмен екені анық. Себебі, орындалуға жүйеге тиімді деп саналатын тапсырмалар ғана емес, тұтынушының жіберген барлық тапсырмалары беріледі. Сонымен қатар, жүйенің өнімділігі есептеу қуатының үстеме шығынының өсуінің процессордың бір тапсырмадан екінші тапсырмаға жиі ауысып отыруынан төмендейді. Осыдан уақытты бөлу жүйесінің тиімділік критерийі болып максималды уақыт өткізу қабілеті табылатындығы, ал ыңғай мен тиімділік тұтынушының жұмысына толық сәйкес келетіндігі шығады. Осыған қоса, интерактивті жүктемелердің мультипрограммды орындалуы (пакетті жүйенің деңгейіндей болмаса да) компьютердің өткізу қабілетін де жоғарылатады. Бір жүктеме тұтынушыдан хаттама күту уақыты аралығында екінші тапсырманың процессормен өңделуі арқасында аппаратура әлдеқайда жақсырақ жүктеледі.

2.4. РЕАЛДЫ УАҚЫТ ЖҮЙЕСІНДЕГІ МУЛЬТИПРОГРАММАЛАУ

Мультипрограммалаудың тағы бір әдісі реалды уақыт жүйелерінде қолданылады, бұл - компьютерден түрлі техникалық объекттермен немесе технологиялық процесстермен басқаруға арналған. Осы жағдайлардың барлығында объектпен басқарылатын сол және басқа да программа орындалуы тиіс мүмкіндігінше рұқсат етілген уақыт заңды. Олай болмаған жағдайда, жүйелерде үлкен келеңсіздіктер тууы мүмкін: спутник көріну шегінен шығады, датчиктерден келіп отырған экпериментальды деректер жойылады, гальваникалық қабаттың қалыңдығы нормадан тыс кетеді. Осылай, тиімділік критерийі болып программаны жүктеу мен нәтижелер алу арасындағы алдын ала тапсырылған интервалдарды көтеру табылады. Бұл уақыт аралығы жүйенің реакция уақыты деп аталады және сәйкесінше жүйенің сипаты - реактивті деп саналады. Реакция уақытының талаптары басқарылатын процесстің спецификасына байланысты орындалады. Роботтың контроллері кірістірілген компьютерден көп дегенде 1 мс уақыт аралығында жауап талап етуі мүмкін, ал жүктеменің негізгі модельдеуіне жауап 40 мс-та келуі тиіс.
Реалды уақыт жүйесінде мультипрограммдық қосылыс алдын ала дайындалған тапсырмалардың функционалды жиынын көрсетеді, ал программаны орындалуға таңдау дайындалған жұмыстардың кестесі немесе шешілген үзілулерге байланысты жүзеге асырылады.
Компьютердің аппаратурасы мен операциялық жүйенің мүмкіндіктерінің тез арада жауап бері мүмкіндіктері бір тапсырмадан екінші тапсырмаға мүмкіндігінше аз уақытта ауысуына байланысты. Процессор тоқтатылулар болып жатқан жағдайда жүздеген тоқталу көздерінен сқраныс алады, одан жүйенің реакция уақыты кемиді. Реалды уақыт жүйесіндегі шешілген үзік тоқтатуларын өңдеу уақыты аз ғана жүктеме болса да процессордың класына байланысты.
Реалды уақыт жүйелері құрылғыларды максималды жүктеуге ұмтылмайды, керісінше, комплекстың прогарммдық басқарылуының проекциялануында алда болатын жүктемелерге байланысты есептеу қуатына кейбір қорлар жиналады. Осындай алда болатын жүктемелердің пайда болуының төмен ықтималдығы басқару жүйесіне тұтынушыдан келіп түсетін тапсырмалардың сипаты мен санына байланысты. ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.