Көтерме орнатудың
программалық
имимтаторын жасау.
Көтерме орнату
құрылғылары жұмысымен
танысу. Берілген нұсқа
бойынша көтерме
орнатудың программалық
жұмысын құру.
12-24 2
Лаборатор
-лық
жұмыс
бойынша
есеп
Оқудың
4-ші
аптасы
Бақылау
түрі
Тапсырманың мазмұны
мен міндеті
Ұсынылат
ын әдебиет
Орындалу
уақыты,
сағ
Бақылау
формасы
Тапсыру
уақыты
Зертханал
ық жұмыс
№ 2
Технологиялық процестің
имитаторын жасау.
Берілген нұсқа бойынша
технологиялық процестің
жұмысын зерттеу.
12-22 2
Лаборатор
-лық
жұмыс
бойынша
есеп
Оқудың
6-ші
аптасы
Лаборатор
ная работа
№ 2
Технологиялық процестің
имитаторын жасау.
Технологиялық процестің
виртуальды имитаторының
графикалық формасын
жұмысын жасау.
12-22 2
Лаборатор
-лық
жұмыс
бойынша
есеп
Оқудың
8-ші
аптасы
Лаборатор
ная работа
№ 2
Технологиялық процестің
имитаторын жасау.
Технологиялық процестің
имимтаторы үшін басқару
панелін, апатты және
бақылау панелін жасау.
12-22 3
Лаборатор
-лық
жұмыс
бойынша
есеп
Оқудың
11-ші
аптасы
Лаборатор
ная работа
№ 2
Технологиялық процестің
имитаторын жасау.
Технологиялық процестің
виртуальды жадысының
жұмысын программалау.
12-22 4
Лаборатор
-лық
жұмыс
бойынша
есеп
Оқудың
15-ші
аптасы
3 Дәрістер конспекті
1 бөлім. НУОЖ негізгі түсініктері мен анықтамалары. НУОЖ мен жалпы қолданыстағы
ОЖ айырмашылықтары. НУОЖ құрылу ерекшеліктері. Нақты уақыт механизмдері.
1 Тақырып. НУОЖ негізгі түсініктері мен анықтамалары. НУОЖ мен жалпы
қолданыстағы ОЖ айырмашылықтары.
Дәріс жоспары
НЕГІЗГІ АНЫҚТАМАЛАР
Нақты өлшемдегі уақытты қолдану.
Нақты уақыт жүйесінің анықтамалары
НУОЖ ТОПТАЛУЫ (КЛАССИФИКАЦИЯСЫ)
Реакция уақыты бойынша
Бағдарламалық жабдықтаудың зерттемесінің тәсілі бойынша
Шығу тегіне байланысты
Жүйелік бағдарламалық орта бойынша
Ішкі құрылысы бойынша
НУОЖ-ГЕ ҚОЙЫЛАТЫН ТАЛАПТАР МЕН ЕРЕКШЕЛІКТЕР
НУОЖ МЕН ЖАЛПЫ ҚОЛДАНЫСТАҒЫ ОЖ АЙЫРМАШЫЛЫҚТАРЫ.
1.1
Негізгі анықтамалар
Қазіргі кезде «Өзіндік байланысы бар жүйелер» (on line) және «нақты уақытта жұмыс
істейтін жүйелер» (real-time) деп аталатын жүйелер кеңінен таралған.
Көптеген түрлі ЭЕМ-ге жіберілетін мәліметтер мен өңделген мәліметті қабылдайтын
құрылғылар терминалдар деп аталады.
Өзіндік байланысы бар жүйе келген мәліметтер ЭЕМ-ға оның пайда болу нүктесінен
тікелей енгізілетін және немесе келген мәліметтер олар қолданылатын жерге тікелей
жіберілетін жүйе ретінде анықталуы мүмкін.
Нақты уақытта жұмыс істейтін есептеуіш жүйе сыртқы объектілерді басқарып, сол
уақыт мезетінде сыртқы объектілердің қызмет етуіне әсер ету үшін мәліметтерді
қабылдап, оларды өңдеп және жеткілікті нәтижені тез қайтаратын жүйе ретінде
анықталуы мүмкін.
1.1.1
Нақты өлшемдегі уақытты қолдану
Нақты уақыт жүйесінің қолдану аясын 2 топқа бөлуге болады:
1.
Бірінші топқа нақты уақытта жұмыс істейтін өзіндік байланыс жүйесі бар бұрын
қолдан немесе машина көмегімен істелінетін және тиімдірек және үнемді
орындалатын жұмыстар жатады.
2.
Екінші қызықтырақ топқа бұрын орындалуы мүмкін емес болған жұмыстар үшін
жаңа жүйелердің қолданылуы жатады.
Өндірістік кәсіпорындарда көптеген есептер мен есептеулерге арналған сырттан келген
мәліметтер кәсіпорындар цехтарынан келіп түседі. Осы барлық мәліметті сақтайтын
нақты уақыт жүйесі басшылыққа қажетті шешімді тез және қатесіз қабылдауға
мүмкіндік береді.
Алгоритмы
принятия
решения
Оценка
ситуа-
ции
Производство
Управление
Вычислительная
система
Внешняя
среда
Сбор
данных
1 сурет. Нақты уақыттағы кәсіпорынды басқару жүйесі
Бұлай жұмыс істей отырып, ЭЕМ басқару функцияларын орындайды.
Нақты уақыт жүйесінің мақсаты кейбір процес тиімді өту үшін әр түрлі шешімдер
мен әрекеттерді біріктіру болып табылады.
Жүйе жетілдірілуі үшін:
-
кәсіпорынның жоспарлану циклін азайту
-
айналымды барынша күшейту
-
Ұйымның мүмкіндіктерін тиімді қолдануға қол жеткізу
-
Мәліметтерді қажет ететін жерлерге уақытында жеткізу
Жүйені жобалау мен жоспарлау кезінде жүйе реакциясының әр түрлі уақытта
қамтамасыздандырылуының бағасын ескеру қажет.
1.1.2
Нақты уақыт жүйесінің анықтамалары
Нақты уақыт жүйесіне қысқаша анықтама беріп көрейік:
1.
Жүйе нақты уақыттағы жүйе (НУЖ) деп аталады, егер оның қызметінің
дұрыстығы есептеулердің логикалық мүлтіксіздігіне ғана емес, сонымен қатар осы
есептеулер шығарылатын уақытқа тәуелді болса.
2.
Жүйе нақты уақыттағы жүйеде жұмыс істейді делінеді, егер оның тез әсер етуі
бақылау мен басқару объектілеріндегі физикалық процестердің өту жылдамдығымен
пара-пар болса. Бұл жерде нақты уақыт жүйесімен орындалатын функциялармен тікелей
байланысты процестер туралы айтылады. Басқару жүйесі мәліметтерді жинау, берілген
алгоритмге сәйкес өңдеу жүргізу және жүйеге қойылатын міндеттің сәтті орындалуын
қамтамасыз ететін уақыт аралығында басқарушы әсер беруі керек.
1.2
НУОЖ топталуы (классификациясы)
1.2.1
Реакция уақыты бойынша
Реакция уақыты бойынша бөлінеді:
Қатты (hard ) нақты уақыт жүйелері
Жұмсақ (soft) нақты уақыт жүйелері
Қатты нақты уақыт жүйелері қандай жағдай болса да жүйе реакциясының ешқандай
кідіріс жасауын болдырмайды, өйткені:
1.
Кешігу жағдайында нәтиже тиімсіз болады
2.
Реакцияның кідіріс жасау жағдайынан апат болуы мүмкін
3.
Кешігу құні шексіз үлкен болуы мүмкін
Қатты нақты уақыт жүйелері мен жұмсақ нақты уақыт жүйелері арасындағы негізгі
айырмашылықты былай суреттеуге болады: қатты нақты уақыт жүйелері реакциямен
бірге оқиғаға ешқашан кешікпейді, ал жұмсақ нақты уақыт жүйелері реакциямен бірге
оқиғаға кешікпеуі тиіс.
1.2.2
Бағдарламалық жабдықтаудың зерттемесінің тәсілі бойынша
Бағдарламалық жабдықтаудың зерттемесінің тәсілі бойынша оларды келесі топтарға
бөледі:
1.
Self-Hosted НУОЖ – бұл НУОЖ өзінде жұмыс істей отырып, тұтынушылар
қосымшаларды ойлап таба алатын жүйелер.
Мұндай жүйелердің жетістігі- тұтынушылар жұмыс істейтін машинаны қолданатын
қосымшаның құру және іске қосудың қарапайым және көрнекі механизмі болып
саналады.
Кемшілігі өнеркәсіптік компьютер нақты пайдалану кезінде тұтынушы интерфейсі мен
компилятор сияқты ауырсалмақты бағдарламаларды іске қосу мүмкіндігін қажет етпейді.
2.
Host/Target НУОЖ –бұл қосымшалар жетілдірілетін (host) ОЖ мен компьютер және
қосымшалар іске қосылатын (target) ОЖ мен компьютерлерден тұратын жүйелер, олар әр
түрлі болып келеді.
Осы түрдегі жүйелер бірқатар жетістіктерге ие: олардың ішіндегі ең бастысы –
жылдамдық пен жүйенің реактивтілігі. Осы түрдегі жүйенің жоғарғы реактивтілігінің
басты себебі- ағынның болуы, сондықтан араларында контекстің ауысуы өте аз уақыт
кетеді ( процеске қарағанда). Сонымен қатар мұндай жүйелердің жетістігі қосымшаға
керекті компоненттерді қосу арқылы НУОЖ өлшемдерін кішірейту және қосымшалар
құру үшін «қарапайым» жүйенің барлық қорын пайдалану ( графикалық интерфейс,
бумалық жүйе, жылдам процессор, оперативті жадының үлкен көлемі) болып табылады.
Осы басты жетістіктермен бірқатар кемшіліктер байланысты: желі тоқтап қалғанда бүкіл
жүйенің тоқтауы, жаңа қосымшалардың динамикалық ПОДГРУЗКА мәселелері.
Бағдарламалық компоненттің салыстырмалы қиындығы кемшілік болып табылады: кросс-
компиляторлар, жойылған тиеушілер және жөндеулер және т.б.
1.2.3
Шығу тегіне байланысты
Шығу тегіне байланысты НУОЖ келесі топтарға бөлінеді:
1.
НУОЖ ретінде қолданылатын кәдімгі ОЖ
2.
Меншікті НУОЖ. Нақты уақыттағы есептерді қолдануға арналған мамандандырылған
операциялық жүйелер. Олар self-hosted, host/target түрінде болады, кейбір НУОЖ 2
модельді де қолданады.
3.
Мамандандырылған (жеке меншік) НУОЖ. Бұл өндірушінің нақты микроконтролері
үшін жетілдірілген НУОЖ. ОЖ көптеген жағдайда сапалы болмайды, ол қосымшасы бар
бірлік модульді береді және қажетті минимум қызметті ғана қамтамасыздандырады.
Мұндай жүйелер host/target сатысына жатады.
1.2.4
Жүйелік бағдарламалық орта бойынша
Нақты уақыт міндеттерін ерекше жүйелік бағдарламалық орта шеңберінде іске асыру
керек екені анық болып отыр. Нақты уақыт жүйелерін 4 класқа бөлуге болады:
1-нші класс: микропроцессорлар деңгейінде бағдарламалау
2-нші класс: Нақты уақыт жүйесінің ең аз ЯДРОСЫ???
3-нші класс: Нақты уақыт жүйесінің ядросы және аспапты орта
4-нші класс: Толық сервисті ОЖ
2-нші және 3-нші кластағы жүйелерді «қатты» деп, ал 4 классты – «жұмсақ» нақты уақыт
жүйелері деп атайды.
1.2.5
Ішкі құрылысы бойынша
Бөлінеді:
1.
Классикалық
2.
Объекті-бағытталған жүйелер. Олардың қатарына объекті-бағытталған тілге арналған
зерттеме құралдары мен кітапхана қоры ғана емес, осы тілде өздерінің жазылған жүйелері
жатады.
1.3 НУОЖ-ге қойылатын талаптар мен ерекшеліктер
НУОЖ-ге қойылатын басты талаптар төмендегідей:
-
уақыт бойынша талаптар
-
бірнеше міндеттің қатар (паралельді) орындалу мүмкіндігі
-
алдын-ала болжау мүмкіндігі
-
оқиғаға үндеудің орташа ғана емес, барынша маңыздылығы
-
қауіпсіздік мәселелеріндегі басты талаптар
-
ұзақ уақыт мезетінде сапалы жұмыс мүмкіндігі
НУОЖ жалпы сипаттамасы:
-
үлкен және күрделі жүйелер
-
реттелген жүйелер
-
аппаратурамен қатал байланыс
-
міндеттің орындалуы уақытқа тәуелді
-
тестілеудегі күрделілік
1.4. НУОЖ мен жалпы қолданыстағы ОЖ айырмашылықтары.
1. Жалпы қолданыстағы ОЖ, әсіресе UNIX сияқты көп қолданылатын, тұтынушы
мен орындалатын процестер арасындағы компьютердің қолайлы реттелген қорларына
бағытталған. НУОЖ-де осындай міндеттер екінші қатарға қалады, барлығы басты
мақсатқа шегінеді-объекте болатын оқиғаларға төтеп беріп үлгеру.
2. Келесі айырмашылығы НУОЖ қолданылуы объекте болатын оқиғалар мен мен
аспаптармен әрқашан байланысты болуы. Нақты уақыт жүйесі аппаратты-бағдарламалық
кешен сияқты төмендегілерден тұрады:
- Көрсеткіштер, объектілерде тіркелетін оқиғалар
- компьютерде өңдеуге жарамды көрсеткіштерді сандық түрге келтірілетін енгізу-шығару
модулі
- объектідегі оқиғаларға көңіл бөлетін бағдарламасы бар компьютер
НУОЖ ішкі оқиғаларды өңдеуге негізделген. Атап айтқанда, бұл жалпы қолданыстағы
ОЖ негізгі айырмашылығына себепті болатын:
- құрылымы бойынша
- ядроның қызметі бойынша
- ендіру-шығару жүйесінің құрылу бойынша
3. Бұдан басқа, НУОЖ қолданылуы әрқашан нақты. Егер жалпы қолданыстағы ОЖ
дайын қосымша жиынтығы тұтынушылармен қолданылса, онда НУОЖ нақты уақыттағы
аппараты- бағдарламалық кешенді құру үшін тек құрал ретінде қызмет етеді.
Белгісіз ішкі оқиғалар ағынына белгілі уақыт кезеңінде әсер ететін аппаратты –
программалық кешенді нақты уақыт жүйесі деп атаймыз.
Бұл анықтама келесіні түсіндіреді:
1.
Біріншіден, жүйе осы оқиғаға дағдарыс уақыт аралығында осы объектіде болған
оқиғаларға қарсы тұрып үлгеру керек. (meet deadline)
2.
Екіншіден, жүйе бір мезгілде болатын оқиғаларға көңіл бөліп үлгеру керек.
СДЖ арналған бақылау жұмыстары:
1
Терминалдар дегеніміз не? Мысал келтір
2
Нақты уақытта жұмыс атқаратын жүйелер өзіндік байланысы бар жүйелер арасында
қандай айырмашылық бар?
3
Нақты уақыт жүйесін қолданудың қандай 2 тобы (категориясы) бар?
4
Нақты уақыт жүйесінің мақсаты не болып табылады?
5
Нақты уақыт жүйесіне бірнеше анықтама бер. Олардың қайсысы нақтырақ? Не
себепті?
6
Жұмсақ нақты уақыт жүйесі деген не?
7
Қатты нақты уақыт жүйесі деген не?
8
Қатты және жұмсақ нақты уақыт жүйелері арасында қандай айырмашылықтар мен
ұқсастықтар бар?
9
Self-Hosted НУОЖ. Оның артықшылықтары мен кемшіліктері.
10
Host/Target НУОЖ. Оның артықшылықтары мен кемшіліктері.
11
Шығу тегіне байланысты НУОЖ қандай түрлері болады? Олар қандай түрге жатады
және неліктен?
12
Жүйелік бағдарламалық ортаға байланысты НУОЖ қандай кластарға бөлінеді?
13
Ішкі құрылымы бойынша НУОЖ қандай болады?
14
НУОЖ мен жалпы қолданыстағы ОЖ негізгі айырмашылықтары
Ұсынылатын әдебиеттер:
1.
Мартин ДЖ. Программирование для вычислительных систем реального времени.
Пер. с англ. Изд-во "Наука", 1975.- 360с.
2.
Тенанбаум Э. Современные операционные системы. пер. с англ. 2-е изд. – М.:
СПБ.: Нижний Новгород: Питер, 2005. – 1037с.
3.
Олифер В.Г. Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. М.: СПБ.: Нижний
Новгород: Питер, 2006. – 538с.
4.
Грибанов В.П., Дробин С.В., Медведев В.Д. Операционные системы. - М.:
Финансы и статистика, 1990. - 239 с.
5.
Дейтел Х.М., Чофнес Р.Д. Операционные системы. пер. с англ. – М.: БИНОМ,
2006. – 704с.
15
тақырып. НУОЖ құрылу ерекшеліктері. Нақты уақыт механизмі. НУОЖ
қолдану аясы
Дәріс жоспары
15.1
НУОЖ құрылу ерекшеліктері
15.1.1
НУОЖ-дегі орындау және жетілдіру жүйесі
15.1.2
Ядро
15.1.2.1
Қордың синхрондылығы
15.1.2.2
Міндетаралық айырбас
15.1.2.3
Мәліметтердің бөлінуі
15.1.2.4
Сыртқы құрылғылардың сұраныстарының өңделуі
15.1.2.5
Ерекше жағдайлардың өңделуі
15.1.3
ОЖ жоспарлаудың әдістері
15.2
Нақты уақыт механизмі
15.2.1
Басымдық жүйесі және диспетчерлеу алгоритмі
15.2.2
Міндетаралық өзара әсер механизмі
15.2.3
Жүйенің реакция уақыты
15.2.4
Нақты уақыт ядролары
15.2.5
Жүйе өлшемдері
15.2.5.1
ПЕСҚ-дағы жүйенің орындалу мүмкіндігі
15.2.6
Контекстінің ауыстыру уақыты
15.2.7
Таймермен жұмыс істеу құрылғылары
2.4 НУОЖ қолдану аясы
НУОЖ құрылу ерекшеліктері
2.1.1 НУОЖ-дегі орындау және жетілдіру жүйесі
НУОЖ-ң жалпы қолданыстағы жүйеден негізгі айырмашылығының бірі-
жетілдіру жүйесі мен орындау жүйесінің нақты шектелуі.
НУОЖ орындау жүйесі- нақты уақыт қосымшаларының қызметін
қамтамасыздандыратын құралдар жиынтығы (ядро, драйверлер, орындаушы
модульдер).
НУОЖ –ң орындалу ортасына қойылатын талаптар:
Жүйенің шағын жадысы- оны енгізу мүмкіндігі үшін;
Жүйе жадыда толығымен резидентті болуы керек;
Жүйенің барлық ресурстарын барынша тиімді орындауды қамтамасыз ету үшін
жүйе көпміндетті болу керек;
Үзіліссіздіктерді қамтамасыздандыруға арналған басымды ядролар
Басымды диспетчерлер-жүйеге қатысты емес артықшылықты қолданбалы
бағдарламалар жетілдірушіге әр енгізу модулін иеленуге мүмкіндік береді.
Жетілдіру жүйесі- нақты уақыт қосымшасының құрылуын қамтамасыз ететін
құрылғылар жиынтығы.
НУОЖ жетілдіру құралдары атқаратын қызметі бойынша Developers Studio,
TaskBuilder сияқты үйреншікті жетілдіру жүйелерінен айырмашылықтары бар екенін
ескеруге болады, себебі оның құрамында:
-
Жойылған жөндеу құрылғылары
-
Кескінделген құралдар ( кодтың бөлінген бөлігінің орындалу уақытын өлшеу)
-
Тұтас процессордың эмуляция құралдары
-
Жөндеудің өзара әсерлесуші міндеттерінің арнай құралдары
-
ал кейбір кезде модельдеу құралдары бар
Ядро
Ядро тұтас компьютердің аппараттық құрылғыларын басқарады:
-
орталық процессорды
-
енгізу/ шығару құралдары мен жады
-
қолданбалы сипатты бағдарламалық құралдардың және басқа жүйелердің
жұмысын бақылайды.
Ядро (Kernel) мен ОЖ арасында нақты шекара жоқ. Оларды ережеге сәйкес,
атқаратын қызметінің мүмкіндіктері бойынша ажыратады.
Ядро тұтынушыға төмендегідей базалық құрылғыларды ұсынады:
-
міндеттердің синхрондылығын жоспарлау
-
міндетаралық коммуникация
-
жадыны басқару және т.б
Сонымен қатар операциялық жүйелер мынадан тұрады:
-бумалық жүйе
- желілік тірек
- операторлы интерфейс
- жоғары дәрежелі басқа құрылғылар
Ядро 5 түрдегі қызмет көрсетуді қамтамасыз етеді.
Қордың синхрондылығы
Синхрондау әдісі жалпы қорға қол жеткізуді шектеуді талап етеді ( мәліметтер мен
сыртқы құрылғыларға). Қарапайым синхрондаудың кеңінен таралған түрі – жалпы
қорларға таңдаулы қол жеткізуді қамтамасыз ететін екілік семафор. Үлкен қатеге тұрақты
қабілеті бар жүйелер есептік семафорды иеленуі мүмкін. Семафордың бұл түрі тек
процестің анықталған мөлшеріне ғана қорға бір мезгілде қол жеткізуге рұқсат етеді.
Міндетаралық айырбас
Сыртқы байланыс хатты тасымалдау жүйесі арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Ішкі
байланысты бірдей жүйелер ішінде датаграмма арқылы, байланыс сызықтары арқылы
ұйымдастыруға болады. Бірдей әдісті таңдау хаттама байланысына тәуелді.
2.1.2.3 Мәліметтердің бөлінуі
Көптеген жүйелерде жадының жалпы бөліміне қол жеткізу көзделген.
Мәліметтердің кезекті ұйымы кеңінен таралған. Кезектің көп түрлері қолданылады,
олардың әрқайсысының өзіндік артықшылықтары бар.
Сыртқы құрылғылардың сұраныстарының өңделуі
Ядро қолданбалы бағдарламаларға құрылғылардан оқу оларға жазуды іске
асыратын енгізі/шығару қызметтерін қамтамсыз ету керек.
Ерекше жағдайлардың өңделуі
Ерекше жағдай бағдарламаны орындау кезінде туындайтын оқиғаны береді. Ерекше
жағдай өңдеудің 2 әдісі бар – қате шарттарды анықтауға арналған күйлердің маңызын
қолдану және ерекше жағдай өңдеушіні қате шарттарды үзу және оларды түзеу үшін
қолдану.
ОЖ жоспарлаудың әдістері
Кез келген НУОЖ маңызды бөлігі міндеттерді жоспарлаушы болып табылады,
оның қызметі – нақты уақыт мезетінде жүйеде қандай қызмет орындалу керек
екенін анықтау.
Негізінен басты жоспарлау тәсіліне:
-
циклдік алгоритм (round robin стилінде)
-
тең қол жеткізімді уақыттың жіктелінуі ( time sharing with fairness)
-
кооперативті көпміндеттілік
НУОЖ кеңінен қолданылатын жоспарлау принципі- ығыстырушы басымды
көпміндеттілік. Негізгі идеясы- жоғарғы артықшылықты міндет жұмыс табылса, төменгі
басымды жұмысты жоққа шығарады.
Жалпы алғанда, жоспарлау алгоритмдері жүйе қызметінің қолайлы шарттарына сай
келуі керек. Бірақ егер қатты нақты уақыт жүйелеріне « әрқашан және барын уақытында
істеу» деген шарт анық болса, жұмсақ нақты уақыт жүйесі үшін мысалы ең аз барынша
кешігу және операцияның аяқталуының ортаөлшемді мезгілдік.
Әр міндет жүйеде белгілі бір жеке қызмет атқарғанымен, көптеген жағдайда әр
түрлі міндеттерді орындайтын әрекеттердің үйлесімділігінде қажеттілік туады. Бұндай
синхрондылық негізінен келесі жағдайларда қажет:
Достарыңызбен бөлісу: |