Windows 10 операционная система с разделением времени
Режим разделения времени и особенности ОС с режимом разделения времени
Когда в составе компьютерных систем появились терминалы (вначале телетайпы, затем дисплеи), возникла необходимость реализации в ОС режима разделения времени ( time sharing )– возможности одновременной работы пользователей со своими заданиями с терминалов, ввода заданий в систему, их запуска (при наличии свободного процессора), управления заданиями с терминала, их приостановки, отладки, визуализации на терминале их результатов. Рассмотрим особенности ОС с режимом разделения времени.
Хранение заданий в памяти или на диске.Ресурсы процессора в ОС с разделением времени распределены между несколькими заданиями, находящимися в памяти или на диске. Задание загружается в память (при наличии свободной памяти), если оно является пакетным и выбрано операционной системой для выполнения, либо если оно активируется пользователем с терминала. Процессор выделяется только тем заданиям, которые находятся в памяти.
Поддержка диалогового взаимодействия между пользователем и системой. Когда ОС завершает исполнение пользовательской команды, она выполняет поиск следующего управляющего оператора (control statement),введенного с пользовательской клавиатуры.
Предоставление диалогового доступа к данным и коду пользовательской программы. В ОС с разделением времени обеспечивается возможность для пользователя ввода, запуска, редактирования, отладки своей программы с терминала, управления своим заданием (приостановки, с последующим возобновлением), просмотра его промежуточных результатов, состояния памяти и регистров, просмотра окончательных результатов на терминале при завершении задания.
Следует учитывать, что в ОС с разделением времени обрабатываются как пакетные, так и интерактивные (диалоговые) задания, поэтому система должна обеспечивать их диспетчеризацию – переключение в нужный момент с диалогового задания на пакетное, либо с одного диалогового (пакетного) задания на другое.
Режим разделения времени, наряду с пакетным режимом, был основным в операционных системах 1960-х – 1970х- гг.
Ключевые термины
FIFO (First-In-First-Out)– режим обслуживания некоторой очереди (например, очереди введенных заданий) в порядке их поступления.
Буферизация вывода (spooling)– хранение для каждого задания буфера его вывода (в виде области памяти или файла), накопление в буфере выводимой заданием информации и ее вывод полностью на устройство (принтер) при завершении задания.
ДИСПАК– отечественная операционная система для ЭВМ БЭСМ-6.
Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ) –семейство отечественных mainframe-компьютеров 1970-х – 1980-х годов, разработанных путем копирования американских компьютеров серии IBM 360.
Задание (job) –пользовательская программа, введенная в систему с внешнего носителя или с терминала.
Мобильная (переносимая) ОС– операционная система, используемая на нескольких семействах компьютеров путем переноса ее кода (возможно, с небольшими изменениями).
Монитор– упрощенный вариант операционной системы; программа, осуществляющая поочередную обработку пользовательских заданий, с последовательной передачей управления от задания к заданию, по мере их завершения.
Мультипрограммирование (multi-programming)– одновременная обработка операционной системой нескольких пользовательских заданий.
Однозадачная операционная система– ОС, обрабатывающая, выполняющая и хранящая в оперативной памяти в каждый момент времени только одно пользовательское задание (программу).
Откачка и подкачка заданий (swapping)– загрузка задания с диска в оперативную память при его активизации и его выгрузка из памяти на диск при неактивности задания; выполняется в режиме разделения времени.
Пакетная обработка (batch mode)– обработка пакета заданий, введенных пользователями, с учетом их приоритетов и требуемых ими ресурсов.
Планирование загрузки процессора (CPU scheduling)– реализация в ОС алгоритмов выбора очередного задания их набора загруженных в память заданий и выделения кванта времени центрального процессораочередному выбранному заданию.
Разделение времени (time sharing)– поддержка операционной системой одновременной работы в системе нескольких пользователей с терминалов, управление прохождением своих заданий, выполнение их ввода, редактирования, компиляции, выполнения, отладки, визуализации результатов.
Распределения памяти для пользовательских заданий– выделение памяти операционной системой для загружаемого пользовательского задания и ее освобождение после завершения каждого задания.
Резидентная программа— программа, постоянно находящаяся в оперативной памяти по фиксированным адресам.
Тег –числовой код типа данных, хранящихся в рассматриваемом слове памяти, по которому аппаратура контролирует правильность выполнения операции над данными.
«Эльбрус»— семейство отечественных многопроцессорных суперкомпьютеров (Эльбрус-1, Эльбрус-2) 1970-х – 1980-х годов, архитектура которого основана на использовании тегов, принципах динамизма и аппаратной поддержке механизмов реализации языков высокого уровня; в операционной системе впервые был реализован аналог многопоточных вычислений (multi-threading), а также были поддержаны виртуальная память,пакетный режим, режим разделения времени, динамическое выделение памяти по запросу, динамическая линковка и загрузка выполняемых программ при первом вызове.
Краткие итоги
В ранних mainframe-компьютерах операционные системы отсутствовали. Обращение к памяти осуществлялось по конкретным физическим адресам, обращение к внешним устройствам – специальными командам, такжепо физическим адресам.
В 1960-х гг. были разработаны диспетчеры – упрощенные варианты ОС, осуществлявшие поочередный пропуск пользовательских заданий.
Для классических ОС 1960-х – 1970-х гг. (ATLAS, MULTICS, OS IBM 360) были характерны поддержка мультипрограммирования, пакетного режима, режима разделения времени, управление процессами.
Первой мобильной ОС, использованной на нескольких аппаратных платформах, стала система UNIX, первая версия которой разработана в 1970 г.
Первые ОС для персональных компьютеров (1980-е гг.) – CP/M (для 8-разрядных процессоров) и MS-DOS (для 16-разрядных процессоров).
Операционная система MacOS фирмы Apple характеризуется удобным графическим пользовательским интерфейсом.
С начала 1990-х гг. до настоящего времени имеет место эволюция Windows от графической оболочки к MS-DOS до наиболее популярной ОС для настольных и портативных компьютеров (Windows 7, Windows 2008 и др.). Также популярна ОС Linux (как серверная ОС).
Наиболее распространены в мире операционные системы для мобильных устройств, ввиду широкой распространенности последних. Это прежде всего ОС Symbian. Windows в этом отношении на втором месте.
Наиболее распространенные диалекты ОС UNIX: Berkeley Software Distribution (BSD), в настоящее время – FreeBSD (University of Berkeley); System V Release 4 (SVR4) – фирмы AT&T; Linux (RedHat, SuSE, Mandrake, Caldera, Debian, Fedora и другие диалекты); Solaris (Oracle / Sun); IRIX (Silicon Graphics); HP-UX (Hewlett-Packard); Digital UNIX (Digital / Compaq).
Из отечественных ОС следует отметить ОС ДИСПАК для БЭСМ-6 и ОС «Эльбрус» для МВК «Эльбрус», отличавшиеся оригинальными идеями и методами.
В 1970-х гг. в СССР было принято правительственное решение о копировании зарубежных компьютеров серии IBM 360, а затем – миникомпьютеров серий PDP-10 и PDP-11, которое на долгие годы предопределило развитие отечественной вычислительной техники и на 15-20 лет продлило срок использования их операционных систем.
Первые операционные системы для mainframe-компьютеров поддерживали обработку пакетов заданий в однозадачном режиме. Затем в ОС появилась поддержка мультипрограммирования и разделения времени, что привело к необходимости реализации в ОС распределения памяти для пользовательских заданий, диспетчеризации процессора и буферизации ввода-вывода.
Особенности ОС с поддержкой режима разделения времени: хранение заданий в памяти либо на диске, с их откачкой и подкачкой (swapping) по мере необходимости; поддержка интерактивного взаимодействия между пользователями и ОС; поддержка диалогового доступа к коду и данным пользователей.
Вопросы и задания для самопроверки:
1. Каким образом происходило обращение к памяти и к внешним устройствам для ранних моделей компьютеров, при отсутствии операционных систем?
2. Назовите классические операционные системы 1960-х – 1970-х гг., зарубежные и отечественные.
3. Каковы основная цель и идея разработки ОС UNIX?
4. Назовите операционные системы для 8-разрядных, 16-разрядных и современных персональных компьютеров.
5. Какая операционная система является наиболее распространенной в мире?
6. Назовите известные Вам диалекты ОС UNIX.
7. Каковы основные возможности отечественной ОС ДИСПАК и для каких компьютеров она была разработана?
8. Какие оригинальные идеи были положены в основу системы «Эльбрус» и ее операционной системы?
9. Какие зарубежные серии компьютеров были скопированы в СССР в 1970-е гг. и под какими названиями? В чем, по-Вашему, состояли плюсы и минусы подобного подхода к развитию вычислительной техники?
10. Каковы особенности однозадачных ОС для mainframe-компьютеров с поддержкой пакетного режима?
11. Что такое монитор?
12. Как распределялась память в однозадачных ОС?
13. Что такое режим мультипрограммирования?
14. Как распределяется память в ОС с поддержкой мультипрограммирования?
15. Какие функции выполняла ОС с пакетной обработкой заданий и поддержкой мультипрограммирования?
16. Что такое режим разделения времени и каковы особенности ОС, поддерживающих этот режим?
17. Что такое откачка и подкачка заданий?
18. Какие возможности предоставлялись пользователю операционной системой для управления его заданием в режиме разделения времени?
Фишки Windows 10: как просто взаимодействовать с окнами и рабочими столами
Содержание
Содержание
В статье мы расскажем о практичности работы в операционной системе Windows 10 по сравнению с предыдущими версиями.
Работа с окнами
Windows 10 предлагает гибкий инструмент работы с окнами для тех, кто работает в нескольких окнах одновременно. При этом функция доступна независимо от того, какой у вас монитор и сколько их вы используете. Неважно также, какие характеристики у вашего ПК или ноутбука. Работа с окнами доступна бесплатно и включается парой нажатий на клавиатуру. Единственным ограничением является количество окон на один экран — это 4 окна при условии, что вы доверили ОС определить их расположение. В ручном же режиме подобных окон можно открыть в несколько раз больше (но нужно ли?).
Для примера, окна трех приложений можно расположить таким образом:
Чтобы воспользоваться данным функционалом, сперва необходимо запустить все необходимые приложения в любом порядке. Рекомендуем открывать не более четырех окон.
После этого вам необходимо сделать окно активным, просто нажав на него. Теперь с помощью комбинации клавиши Win и клавиш-стрелок выбрать направление, в котором окно должно «прилипнуть».
Для примера: комбинация «Win + ←» расположила окно слева на всю высоту экрана.
Если хотите, чтобы окно заняло четверть рабочего стола, то комбинация «Win + ↓» или «Win + ↑» разместит окно снизу или сверху соответственно.
Следующий пример был получен сначала нажатием «Win + →», а затем «Win + ↓», что «прилепило» окно снизу и справа соответственно.
Такими же комбинациями можно настроить оптимальное расположение и размер остальных окон, переключаясь между ними. Все окна можно расположить в том порядке, который вам необходим.
Если у вас есть еще один монитор, вы можете таким же образом расположить окна в нем, расширив работу до 8 окон одновременно. Вероятно, такой способ кому-то покажется нагруженным и непрактичным, но тем, кто не хочет постоянно переключаться между окнами, он будет в самый раз.
Работа с рабочими столами
Работа с виртуальными рабочими столами повысит продуктивность и расширит понятие многозадачности при работе в Windows 10. Этот инструмент позволит увеличить кол-во окон, в которых можно работать одновременно, и отделить одну группу окон от другой. Например, если в одной группе окон вы работаете с текстом, а в другой — с фото. Как уже говорилось ранее, завышенных требований к характеристикам вашего ПК нет, платить за это тоже не надо.
Как только вам необходимо дополнительное пространство — новый рабочий стол для работы с необходимыми приложениями или даже играми, — нажмите комбинацию «Win + Tab».
Вы увидите менеджер работы с окнами и рабочими столами.
В верхнем левом углу, в блоке рабочих столов, вы можете создать необходимое количество рабочих столов.
Создав рабочий стол, вы получаете виртуальное пространство, аналогичное вашему основному рабочему столу, но только без запущенных в нем окон. Также вы можете переключаться на окна предыдущего рабочего стола, чтобы не загромождать рабочее пространство.
Если вам необходимо переключиться на предыдущий или следующий рабочий стол, воспользуйтесь комбинациями «Ctrl+Win+←» или «Ctrl+Win+→» соответственно. Переключение происходит почти мгновенно, нет необходимости ждать загрузки.
Виртуальные рабочие столы имеют общий буфер обмена, которым вы можете воспользоваться для того, чтобы скопировать и перенести информацию на любой из ваших рабочих столов.
Используя полученный опыт использования «многооконности» и «мультизадачности», вы можете приумножить скорость и удобство работы в приложениях. Это применимо к работе, общению, играм, разработке и так далее.
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
Разделение времени (Операционные Системы)
Содержание
Операционные системы общего назначения
Различают три типа операционных систем (ОС) общего назначения: поддерживающие однопрограммный режим работы и диалоговый способ общения, обеспечивающие пакетную обработку задач в режиме мультипрограммирования и операционные системы разделения времени.
Разделение времени (Операционные Системы)
Разделе́ние вре́мени (англ. Time-sharing) — способ распределения вычислительных ресурсов между многими пользователями с помощью мультипрограммирования и многозадачности. Появление данной концепции в начале 1960-х годов и активное развитие в 1970-е привело к значительному технологическому прорыву в истории вычислительной техники.
Позволяя многим пользователям одновременно взаимодействовать с одним компьютером, разделение времени значительно снизило цену предоставления вычислительных мощностей, сделав возможным использование компьютера организациями и индивидами без необходимости его покупки. Также разделение времени содействовало разработке новых интерактивных программ.
История разделения времени ОС
Пакетная обработка
Первые компьютеры были очень дорогими и медленными устройствами. Обычно они предназначались для выполнения конкретного набора задач и управлялись с панели оператора, который вручную вводил короткие программы посредством изменения позиции переключателей на панели. Эти программы могли выполняться в течение нескольких часов или даже недель. Но когда скорость компьютеров начала расти, простой машины в связи с вводом очередной программы стал неприемлем. Методология пакетной обработки появилась с целью уменьшить время простоя машины при вводе программы. В пакетной обработке как только одна программа завершала выполнение, компьютер загружал следующую.
Чтобы поддерживать процесс пакетной обработки, программисты использовали перфораторы перфокарт или перфолент. Это были недорогие устройства, позволившие создавать программы «офлайн». После набора программы её передавали операторам машины, которые занимались планированием времени её запуска. Важные программы запускались в первую очередь, менее важные — после выполнения всех остальных. Когда программа, наконец, выполнялась, результат её работы обычно в распечатанном виде возвращался программисту. Весь процесс мог занимать много времени, в течение которого программист вообще не видел компьютера.
Альтернатива позволить пользователю управлять компьютером напрямую, была слишком дорога чтобы её вообще могли рассматривать.
Разделение времени
Концепция «разделения времени» появилась как результат понимания того, что хотя каждый отдельный пользователь использует компьютер неэффективно, группа пользователей вместе — нет. Это связано с самой формой взаимодействия: пользователь вводит информацию посимвольно, между нажатиями клавиш следует пауза, за время которой компьютер может выполнить тысячи операций, но если одновременно работает группа пользователей, паузы одного пользователя могут заполняться активностью других. Если подобрать оптимальный размер группы, эффективность использования компьютера значительно повысится. Точно также пользователям могут предоставляться интервалы времени, которые компьютер тратит на ожидание операций чтения диска, ленты или передачи по сети.
По сравнению с пакетной обработкой, реализация системы, использующей преимущество разделения времени, сложна. Пакетная обработка являлась просто формой организации работы с ранними компьютерными системами. Компьютеры продолжали выполнять одну программу для одного пользователя за раз, а всё, что изменила пакетная обработка — было сокращение времени между запусками программ. Разработка системы, которая поддерживала бы одновременную работу многих пользователей принципиально отличалась от этого. Контексты («состояния») каждого пользователя и его программ должны были храниться в машине, и иметь возможность быстро заменяться другими. Переключение контекста требовало значительного количества процессорных тактов, и было большой проблемой для медленных машин той эпохи. Тем не менее, так как компьютеры быстро увеличивали скорость, и, что ещё важнее, размер памяти, в которой могли храниться состояния пользователей, накладные расходы на разделение времени соответственно уменьшались.
Идею впервые публично описал Боб Бемер в начале 1957 году, в статье для «Automatic Control Magazine». Первый проект реализации системы с разделением времени был начат Джоном Маккарти в конце 1957 года, на модификации IBM 704, и позже на модифицированном IBM 7090. Хотя он и бросил работу ради проекта MAC и других, один из полученных результатов, известный как Compatible Time-Sharing System или CTSS, был продемонстрирован в ноябре 1961 года. Утверждается что CTSS — первая система с разделением времени. Она использовалась до 1973 года. Другим претендентом на первую демонстрацию системы разделения времени была созданная Дональдом Блитцером система PLATO II, публично демонстрировавшаяся в Роберт Аллертон Парк в Университете Иллинойса в начале 1961 года. Блитцер говорил что проект PLATO получил бы патент на разделение времени, если бы только Университет Иллинойса знал как обрабатывать заявки на патент быстрее. Первой коммерчески успешной системой разделения времени была Dartmouth Time Sharing System.
Развитие
В период с конца 1960-х до конца 1970-х годов, компьютерные терминалы подключались к крупным мейнфреймам организаций (Централизованным вычислительным системам), которые во многих реализациях последовательно опрашивали терминалы чтобы увидеть, есть ли какие-либо дополнительные данные или действия, запрошенные пользователем компьютера. В дальнейшем, вместо опроса терминалов стали использоваться прерывания, а для связи — применяться технологии параллельной передачи данных, таких как стандарт IEEE 488. Как правило, компьютерные терминалы размещались в высших учебных заведениях и использовались также, как настольные (персональные) компьютеры сегодня. В самом начале эпохи персональных компьютеров, многие из них фактически использовались как терминалы для систем с разделением времени.
С развитием микрокомпьютеров в начале 1980-х годов, разделение времени отошло на второй план, поскольку отдельные микропроцессоры были достаточно дёшевы для того, чтобы один человек мог единолично распоряжаться всем процессорным временем, даже во время бездействия. Тем не менее, интернет вернул популярность концепции разделения времени. Дорогие корпоративные серверные «фермы» стоимостью в миллионы долларов предоставляют тысячам пользователей доступ к одним и тем же общим ресурсам. Как и ранние последовательные терминалы, сайты имеют дело в основном с всплесками активности, за которыми следуют периоды простоя. Подобный «всплесковый» характер позволяет использовать сервис множеству посетителей сайта одновременно так, что ни один из них не замечает каких-либо задержек передачи данных, пока загрузка серверов не станет слишком велика.
Особенности ОС с режимом разделения времени
Когда в составе компьютерных систем появились терминалы (вначале телетайпы, затем дисплеи), возникла необходимость реализации в ОС режима разделения времени ( time sharing ) – возможности одновременной работы пользователей со своими заданиями с терминалов, ввода заданий в систему, их запуска (при наличии свободного процессора), управления заданиями с терминала, их приостановки, отладки, визуализации на терминале их результатов. Рассмотрим особенности ОС с режимом разделения времени.
Хранение заданий в памяти или на диске
Ресурсы процессора в ОС с разделением времени распределены между несколькими заданиями, находящимися в памяти или на диске. Задание загружается в память (при наличии свободной памяти), если оно является пакетным и выбрано операционной системой для выполнения, либо если оно активируется пользователем с терминала. Процессор выделяется только тем заданиям, которые находятся в памяти.
Откачка и подкачка (swapping)
Поддержка диалогового взаимодействия между пользователем и системой
Когда ОС завершает исполнение пользовательской команды, она выполняет поиск следующего управляющего оператора (control statement),введенного с пользовательской клавиатуры.
Предоставление диалогового доступа к данным и коду пользовательской программы
В ОС с разделением времени обеспечивается возможность для пользователя ввода, запуска, редактирования, отладки своей программы с терминала, управления своим заданием (приостановки, с последующим возобновлением), просмотра его промежуточных результатов, состояния памяти и регистров, просмотра окончательных результатов на терминале при завершении задания.
Следует учитывать, что в ОС с разделением времени обрабатываются как пакетные, так и интерактивные (диалоговые) задания, поэтому система должна обеспечивать их диспетчеризацию – переключение в нужный момент с диалогового задания на пакетное, либо с одного диалогового (пакетного) задания на другое.
Известные системы с разделением времени
ОС Windows. Режим разделения времени
Появление электроннолучевых дисплеев и переосмысление возможностей применения клавиатур поставили на очередь решение этой проблемы. Логическим расширением систем мультипрограммирования стали time-sharing системы или системы разделения времени **. В них процессор переключается между задачами не только на время операций ввода-вывода, но и просто попрошествии определенного интервала времени. Эти переключения происходят столь часто, что пользователи могут взаимодействовать со своими программами во время их выполнения, то есть интерактивно. В результате появляется возможность одновременной работы многих пользователей на одной компьютерной системе. У каждого пользователя для этого должна быть хотя бы одна программа в памяти. Чтобы уменьшить ограничения на количество работающих пользователей, была внедрена идея неполного нахождения исполняемой программы в оперативной памяти. Основная часть программы находится на диске и необходимый для ее дальнейшего выполнения кусок может быть легко загружен в оперативную память, а ненужный выкачан обратно на диск. Это реализуется с помощью механизма виртуальной памяти. Основным достоинством такого механизма является создание иллюзии неограниченной оперативной памяти ЭВМ.
В системах разделения времени пользователь получил возможность легко и эффективно вести отладку своей программы в интерактивном режиме, записывать информацию на диск, не используя перфокарты, а непосредственно с клавиатуры. Появление on-line файлов привело к необходимости разработки развитых файловых систем.
Параллельно внутренней эволюции вычислительных систем в этот период наблюдается и внешняя их эволюция. До начала этого периода вычислительные комплексы были, как правило, несовместимы. Каждый имела свою собственную специальную операционную систему, свою систему команд и т.д. В результате программу, успешно работающую на одном типе машин, необходимо было полностью переписать и заново отладить для другого типа компьютеров. В начале третьего периода появилась идея создания семейств программно-совместимых машин, работающих под управлением одной и той же операционной системы. Первым семейством программно-совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, явилась серия машин IBM/360. Построенное в начале 60-х годов это семейство значительно превосходило машины второго поколения по критерию цена/производительность. За ней последовала линия компьютеров PDP, несовместимых с линией IBM, кульминацией которой стала PDP-11.
Сила одной семьи была одновременно и ее слабостью. Широкие возможности этой концепции (наличие всех моделей: от миникомпьютеров до гигантских машин; обилие разнообразной периферии; различное окружение; различные пользователи) порождали сложную и огромную операционную систему. Миллионы строчек ассемблера, написанные тысячами программистов, содержали множество ошибок, что вызывало непрерывный поток публикаций о них и попыток их исправления. Только в операционной системе OS/360 содержалось более 1000 известных ошибок. Тем не менее, идея стандартизации операционных систем была широко внедрена в сознание пользователей и в дальнейшем получила активное развитие.