Информатика как основообразующая дисциплина формирования информсреды образования (стр. 8 )

MOM - также объектная технология. Связь с серверами асинхронная. Это одна из наиболее простых технологий, включает команды "послать" и "получить", осуществляющие обмен сообщениями. Отличается от E-mail реальным масштабом времени. Однако могут быть варианты МОМ с очередями, тогда режим on-line необязателен и при передаче не требуется подтверждений, т. е. опора на протокол IP без установления соединения.

Мониторы транзакций отличает от RPC наличие готовых процедур обработки транзакций (в том числе отката транзакций), что упрощает работу программистов. Примеры серверов приложений (для банковской системы):

1)  финансовая отчетность;

2)  электронная почта;

3)  контрольно-статистическая подсистема;

4)  подсистема документооборота.

DCE разработана консорциумом OSF (Open Software Foundation). Она не противопоставляется другим технологиям (RPC, ORB), а является средой для их использования, например, в одной из реализаций DCE пакет Encina есть монитор транзакций, пакет Orbix ORB представляет технологию ORB.

В DCE возможны одно - или многоячеечная структуры сети. Выделение ячеек производится по функциональным, а не по территориальным признакам. В каждой ячейке должен быть главный сервер данных и возможно несколько дополнительных серверов с копиями содержимого главного сервера, причем доступ к дополнительным серверам разрешен только для чтения. Обновление данных - только через главный сервер. Ячейка может занимать значительную территорию, главный сервер размещается вблизи от центра ячейки, дополнительные серверы - по периферии.

Функции DCE: распределение вычислений по технологии RPC; распараллеливание вычислений (но программист сам проектирует параллельный процесс); защита данных; синхронизация (согласование времени); поддержка распределенной файловой системы.

Работа в DCE может быть описана следующим образом:

1)  пользователь дополнительно к своей прикладной программе пишет IDL файл, в котором указывает свое имя, требуемые операции и типы данных, подобно header на языке С;

2)  IDL-компилятор создает три модуля: клиентский stub (Сl), серверный stub (Sr), header файл (Hd). Cl содержит вызовы процедур, Sr - обращения к базе процедур, Hd устанавливает связь между Stubs.

Определение нужного сервера в DCE либо происходит автоматически через, ORB, либо возлагается на программиста, как в RPC.

Технологии crossware поддерживают такие крупные фирмы, как Netscape Communications и Oracle. Так, в crossware фирмы Oracle включаемые в МРС прикладные программы называют картриджами, а унифицированные межпрограммные интерфейсы - средствами межкартриджного обмена (ICX - Inter-Cartridge-eXchange). Унификация обеспечивается применением языка описания интерфейсов IDL, спецификаций CORBA и др. Сами картриджи могут создаваться на языках С, С++, SQL, Java и др.

Понятие: Распределенные базы данных и сетевое управление ими.

Комментарий (из лекций проф. ): Системы распределенных вычислений появляются, прежде всего, по той причине, что в крупных автоматизированных информационных системах, построенных на основе корпоративных сетей, не всегда удается организовать централизованное размещение всех баз данных и СУБД на одном узле сети. Этот подход вполне естественен и даже незаменим в системе образования, где одна и та же предметная область знаний (при всей множественности предметных областей) формируется согласованно и независимо целым рядом территориально разделенных образовательных учреждений, подразделений, отдельных участников процесса. В такой огромной стране как Россия, территориальная разбросанность фрагментов информации о той или иной предметной области естественна. Поэтому вопросы управления всей совокупностью распределенного информационного ресурса в образовании тесно связаны с системами управления распределенными базами данных (РБД).

При построении РБД приходится решать ряд сложных проблем, связанных с минимизацией трафика, обеспечением интероперабельности обработки данных и целостности данных.

Минимизация трафика нужна в связи с тем, что обслуживание запроса может потребовать использования данных из многих узлов, пересылаемых по сети. Возможности минимизации видны из примера обработки данных нескольких таблиц из разных узлов. Очевидно, что целесообразна однократная пересылка таблиц, причем таблиц именно меньшего размера, на один узел, на котором и будет обрабатываться запрос.

Интероперабельность, как об этом сказано выше, выражает способность взаимодействия программ, работающих в гетерогенных сетях (в разных операционных средах или с разными СУБД). Интероперабельность обеспечивается или с помощью программ-шлюзов (конверторов или драйверов) для каждой пары взаимодействующих сред, или с помощью единого унифицированного языка взаимодействия. Таким языком является структурный язык запросов SQL (Structured Query Language), подход реализуется в известной системе ODBC.

Рис. 6. Обеспечение интероперабельности с помощью драйверов СУБД

Обеспечение целостности в РБД намного сложнее, чем в одноузловых БД. Поэтому вместо классических РБД чаще применяют БД, основанные на тиражировании БД. Тиражирование - асинхронный процесс переноса изменений данных на все локальные БД, размещаемые в серверах ячейки DCE. Перенос осуществляет сервер тиражирования - репликатор. Он реагирует на события, фиксируемые триггерами, и периодически пересылает обновленные данные в копии БД.

Тиражирование вносит избыточность в хранимые данные, появляются трудности с разрешением конфликтов из-за возможных несогласованных изменений в локальных БД. Однако по сравнению с классическими РБД, в которых данные не дублируются, заметно уменьшается трафик, надежнее и проще работа с локальными БД. Обеспечение надежности и удобства работы особенно актуально в случае ненадежных и медленных каналов связи, что имеет место во многих сетях в России.

Тиражирование может быть реализовано также следующим образом. В периферийных узлах имеются копии БД или некоторых частей БД, в которых возможны не только чтение, но и запись. Тиражирование (перепись обновленных частей БД) происходит периодически. Если обновление одной и той же части было более чем в одном месте, т. е. фиксируется конфликт, то выдается сигнализация о конфликте, а его разрешение осуществляется в соответствии с приоритетами, устанавливаемыми администратором БД.

В распределенных СУБД (РСУБД) необходимо управление одновременным доступом, которое должно гарантировать целостность (сериализуемость) БД. Наиболее широко используются алгоритмы управления, основанные на механизме блокировки. При этом блокировкой называют ситуацию, когда некоторая транзакция объявила о желании получить полномочия на доступ к странице памяти и, следовательно, другие транзакции не имеют права занимать этот ресурс.

Одним из способов управления является централизованное блокирование, при котором на одном из узлов поддерживается единая таблица блокировок. Такой узел устанавливает очередность выполнения транзакций, что исключает конфликты. Однако при централизованном управлении невысока надежность и требуется мощный сервер.

В РСУБД с репликацией имеется единственный узел, в котором возможно обновление данных, - это узел, хранящий первичную копию. Поэтому здесь нет проблемы согласования при записи действий многих узлов. Собственно тиражирование чаще всего выполняется по правилу полной эквивалентности: обновленные данные сразу же после изменившей их транзакции рассылаются по всем локальным БД. Чтение же выполняется из БД одного конкретного узла, наиболее близкого к пользователю в функциональном или географическом смысле.

Сложнее решать проблемы распределенного управления, что требуется в РСУБД без тиражирования. Одним из распространенных протоколов распределенного управления является протокол двухфазной фиксации транзакций (2РС). На первой фазе инициатор транзакции (координатор) рассылает участникам выполнения транзакции оповещения о блокировке. В ответ узлы сообщают о своей готовности или неготовности. На второй фазе координатор сообщает либо о "глобальной фиксации", то есть о выполнении транзакции, либо об откате транзакции. Неприятности возможны при сбоях, которые могут оставить некоторый узел в заблокированном состоянии: он не может ни выполнять транзакцию, ни отменять ее в одностороннем порядке.

Понятие: Вычислительные сети.

Комментарий: Без вычислительных сетей принципиально невозможно формирование современной информсреды, а тем более управляемой с помощью информационных систем (ИС). Преимущества и необходимость прямого обмена данными между ЭВМ и связанные с этим возможности доступа к банкам данных других ЭВМ и обмена сообщениями между рабочими станциями различных ЭВМ обусловили постоянно растущее значение сетей ЭВМ. В эти сети могут связываться компьютеры, находящиеся как в одном помещении или здании, так и на большом удалении друг от друга.

Вычислительная сеть в самом общем случае состоит из некоторого числа узлов и путей связи.

Различают следующие типы узлов сети:

·  узел применения (вычислитель),

·  узел-посредник (устройство передачи данных для промежуточного хранения),

·  конечный узел (узел станции данных).

Узлы связываются между собой с помощью сред передачи. В качестве таких сред передачи могут служить провода – кабели (постоянные или выбираемые), радио (радиопередатчики, спутниковые передачи), а также оптические средства передачи (лазеры и оптоволоконные соединения). Все они могут снаряжаться также повторителями и усилителями на линии для компенсации возможного затухания полезного сигнала.

Среда передачи может работать по одному из следующих трех типов работы:

·  симплексному (передача только по одному направлению - "туда"),

·  полудуплексному (передача по изменяющемуся направлению, "'туда" и "обратно", с помощью переключения),

·  дуплексному (одновременная передача по обоим направлениям).

·  В зависимости от вида использования различаются следующие классы вычислительных сетей:

·  локальные сети до нескольких километров (сети внутри какой-либо организации, с небольшим удалением узлов друг от друга),

·  глобальные сети (сети общего пользования для связывания в городах, между городами, между странами). Промежуточное положение, которое можно скорее отнести к классу глобальных сетей занимают местные территориальные сети.

По типу связей между узлами вычислительных сетей различаются:

·  связь "узел с узлом" (англ. peer-to-peer),

·  связь со многими узлами.

Принципиальная структура элементов сети называется топологией сети. Различаются сети следующих топологий:

·  звездная (преимущественно между процессорами),

·  линейная (редуцированная потребность в линиях, сеть шин).

·  кольцевая,

·  петлевая.

В общем случае применяется одна передающая среда (например, коаксиальный или оптико-волоконный кабель) для многих отправителей и получателей, которые тогда поочередно используют эту среду для передачи. Эксплуатация такой сети требует определенной дисциплины связи, чтобы по возможности избежать коллизий при передачах. Для разрешения коллизий имеется ряд стандартных приемов.

В часто используемой в настоящее время для связи машин сети Ethernet все станции получают постоянно через среду (коаксиальный кабель или, чаще, витую пару) сигналы, передаваемые одинаковым образом всем участникам. Одна какая-либо станция начинает передачу только тогда, когда канал свободен, то есть в этот момент нет какой-либо передачи. Если несколько станций почти одновременно начинают передачу, то возникающая при этом коллизия устанавливается на основании положения сигналов. Тогда все станции прерывают передачу и после определенного времени ожидания пытаются снова начать передачу. Время ожидания отдельных станций определяется случайно и по мере надобности варьируется, чтобы по возможности исключить новые коллизии.

Наряду с топологией сети существенное значение имеет передающая мощность линий связи. В больших сетях для передач обычно используется та же техника, что и в кабельном телевидении (коаксиальные или, чаще и продуктивнее, оптико-волоконные кабели). Эта техника допускает темп передачи в несколько сотен миллионов бит в секунду (мегабит в секунду, сокращенно Mbit/sec). Современные оптоволоконные линии связи способны обеспечить скорость передачи, измеряемую гигабитами в секунду. Поскольку большинство конечных устройств вряд ли могут успевать перерабатывать поступающую в таком темпе информацию, эта мощность передачи делится между многими ребрами сети. Топология сети часто имеет древовидную форму, элементы сети технически соответствуют устройствам, подключенным к сети.

Понятие: Операционные системы и системное программирование.

Комментарий: Под вычислительной машиной (ЭВМ) понимается совокупность технологических устройств (аппаратура, «жесткое оборудование», “hardware”), таких как процессоры, память, шина и периферийные устройства, то есть техническая система для переработки информации. Программирование на языке машины утомительно, чревато ошибками и требует профессиональной подготовки намного превосходящей пользовательский уровень. Поэтому ЭВМ без специальной системы программ, которая поддерживает функционирование машины, для пользователя практически бесполезна. Программирование на чисто машинном уровне, без использования вспомогательных, весьма дорогостоящих программ, для пользователя было бы почти невозможно. Только наличие специальной поддерживающей программной системы, которая дает возможность пользователю проще организовать и реализовать свои индивидуальные применения, делает вычислительную машину работоспособным, непосредственно применимым инструментом. Семейство упомянутых системных программ называется операционной системой (ОС). Вычислительная машина, снабженная операционной системой, называется вычислительной системой (ВС). Конечно, даже для одной и той же ЭВМ можно создать и предоставить в распоряжение пользователей различные ОС.

Под ОС (в широком смысле) понимается комплекс программ, функции которых определяют ВС с точки зрения пользователя. Работая на машине с ОС, пользователь не обращается непосредственно к машинным операциям. Скорее он дает запросы (задания) программам ОС, которые затем уже используют машинные операции. ОС, как правило, содержит в себе большое семейство программ. Объем ядра достаточно простой ОС составляет примерно 100-500 Кбайт программного кода. Новейшие ОС могут иметь значительно больший объем.

ОС реализует, в частности, интерфейс (описание взаимодействия) с пользователем. С точки зрения пользователя, который не различает, да и не должен различать аппаратную и программную реализацию функций ВС, с помощью ОС возникает новая, "виртуальная" (воображаемая) машина. И чем точнее пользовательский интерфейс удовлетворяет потребности пользователя, тем проще и удобнее становится для него применение ЭВМ. Такой "дружественный" интерфейс является особенно важной предпосылкой широкого применения ЭВМ пользователями, которые не имеют специальных знаний в области информатики. Следовательно, при проектировании ОС очень важно точно определить требования к ОС и преимущественные цели для предстоящих применений ВС, чтобы затем на этой основе позаботиться о возможно более оптимальном поведении системы для пользователя. При этом, естественно, некоторые из поставленных целей, например дружественность по отношению к пользователю и эффективность, вступают в конфликт между собой. Здесь относительно поведения ОС для нахождения компромисса должны быть заданы определенные приоритеты, которые и дают решение при наличии противоречивых точек зрения. Этого можно также достичь с помощью параметров, которые позволяют приспособить ОС к желаниям пользователей.

Предлагаемый пользователю интерфейс должен через ОС опираться на заранее заданные машинные фикции. (Здесь также говорится об интерфейсе - машинном интерфейсе). При этом ОС выполняет фикцию моста между двумя интерфейсами - пользователя и аппаратуры. Характеристика аппаратуры, так же как и требования интерфейса с пользователем, определяет внутреннюю структуру и специальные задачи ОС. И чем дальше расходятся фикции пользовательского и машинного интерфейсов, тем сложнее и дороже будет реализация ОС.

Проектирование и реализация ОС принадлежат к классическим задачам системного программирования. Другими задачами системного программирования являются реализации языков программирования - реализация компиляторов, интерпретаторов и общего окружения программирования, то есть вспомогательных служебных программ, таких, как программы для конвертирования, форматирования, переноса, редактирования и т. д. В системном программировании используется ряд специфичных принципов и методик, которыми в полном объеме обязаны владеть системные программисты и о которых должны иметь некоторые представления пользователи.

Понятие: Назначение операционной системы (ОС).

Комментарий: Без ОС вычислительная машина была бы для пользователя практически неприменима. Только ОС обеспечивает интерфейс для удобного общения пользователя с ЭВМ и доступа к ее функциям. Поэтому ОС должна в зависимости от спектра применений ЭВМ справляться с решением различных задач. Все аппаратные и программные компоненты ВС обозначаются как средства производства ВС, которые необходимы для выполнения программ. ОС охватывает семейство программ, которые поддерживают запросы пользователя и его программ, соответственно этому делают возможным использование ресурсов системы и в этой связи управляют этими ресурсами и контролируют их использование. При этом задача ОС состоит в выделении ресурсов системы при оптимизации числа программ, выполняемых в единицу времени. Эта задача охватывает комплекс управления и распределения ресурсов системы для:

·  длительного хранения данных и управления ими (внешняя память);

·  выполнения программ пользователей (процессор и оперативная память);

·  использования устройств ввода/вывода, включая устройства для дальней передачи данных (устройства ввода/вывода).

Для выполнения этих управляющих функций ОС должна иметь в своем распоряжении соответствующую информацию. Эта информация включает в себя как информацию об использовании вычислительной системы (ВС), например, следующие данные:

·  о допустимых пользователях и их правах (управление пользователями);

·  о выполняемых в данное время программах (управление процессами);

·  информацию о фактическом внутреннем распределении ресурсов системы.

·  Указанная информация о внутреннем распределении ресурсов системы описывает:

·  состояние процессора (управление процессором);

·  распределение оперативной памяти (управление оперативной памятью) и внешней памяти (управление внешней памятью);

·  конкретизацию устройств ввода/вывода (управление устройствами).

Представление и организация этой информации, а также алгоритмы, которые на основе этой информации управляют распределением ресурсов, в значительной мере определяют внутреннюю структуру ОС, а также ее производительность и надежность. Эта структура должна соответствовать как специфике ВС, так и требованиям пользователей. ОП грубо можно классифицировать по следующим характеристикам.

Понятие: Обработка пользовательских программ, поступающих в вычислительную систему (ВС).

Комментарий: Различают пакетный режим, режим диалога и режим реального времени (управление реальными процессами). Наряду с этим на структуру ОС и ее функции существенное влияние оказывает число пользовательских программ, одновременно обрабатываемых системой, и в связи с этим говорят о режиме работы системы. Если ОС выполняет пользовательские программы строго одну после другой, то есть в каждый момент времени в процессе обработки находится только одна программа, то говорят об одно- или моно - программном режиме работы системы. При этом каждая программа выполняется без ее прерываний в процессе вычислений. Впрочем, этот режим используется только в очень простых ОС, ориентированных на одного пользователя. Из соображений более полного использования ресурсов ВС и одновременного обслуживания многих пользователей ОС в большинстве случаев обрабатывают одновременно (параллельно) несколько программ (соответственно, запросов пользователей). Таким образом, если в один и тот же момент времени в процессе выполнения может находиться много программ, то говорят о много- или мульти - программном режиме работы системы.

На эксплуатационную ситуацию ВС существенно влияют вид желаемого использования ВС и число ее пользователей. В однопользовательском режиме ВС используется только одним пользователем. В этом случае достаточно однопрограммного режима работы ВС. Однако если и здесь желательно определенные запросы пользователя выполнять параллельно, то есть наряду друг с дротом (типичный пример - печать результатов как фоновый процесс), то однопрограммного режима работы системы уже недостаточно даже в случае одного пользователя. В многопользовательском режиме многие пользователи одновременно применяют ВС. Если к тому же пользователи ведут диалог с ВС, то говорят о системе разделения времени (англ. time sharing); в этом случае требуется мультипрограммный режим работы ВС. При этом программы пользователей (которые считаются упорядоченными и замкнутыми в кольцо) поочередно получают определенный квант процессорного времени. Функционирование системы разделения времени требует учета готовых к выполнению программ, и благодаря этому ОС осуществляет управление выполнением программ.

Режим разделения времени влечет значительное усложнение ОС и порождает ряд специфичных вопросов и проблем. В частности, в этом случае на выделение ресурсов накладывается ряд ограничений, которые вытекают из имеющихся физических ограничений, например из ограниченной емкости оперативной памяти и быстродействия процессора. Они определяются также из заданных ограничений прав отдельных пользователей.

ОС для систем разделения времени, естественно, являются более сложными, чем однопрограммные ОС. Здесь возникают и совершенно новые требования, как, например, желание иметь системную поддержку для общения пользователей между собой. Часто многие ВС - как с одним, так и с несколькими рабочими местами - объединяют в сеть, так что система разделения времени возникает в форме вычислительной сети. При этом объединение в сеть производится так, что на каждой включаемой в сеть ВС устанавливается своя собственная ОС, а затем эти ОС обмениваются сообщениями.

Наряду с режимами обработки (пакетный, диалоговый, реального времени) и числом пользователей (одно- или многопользовательская работа), на структуру ОС оказывает влияние и состав имеющейся в распоряжении аппаратуры. Если ЭВМ имеет только один процессор, то говорят об однопроцессорной системе, в противном случае - о много - или мультипроцессорной системе. Если в ЭВМ имеется несколько процессоров, работающих одновременно, то это требует в ОС дополнительных мер для их управления и синхронизации.

Конкретная ситуация функционирования ОС характеризуется множеством задач, над выполнением которых работает ОС. Отдельные задачи описываются обычно с помощью программ. При выполнении каждой из этих программ говорится о процессе. В частности, существует различие между процессами пользователя и процессами системы.

Понятие: Распределение ресурсов в вычислительной системе (ВС).

Комментарий: Основоопределяющую часть задач, стоящих перед операционной системой (ОС), можно представить себе следующим образом. В системе имеется ряд готовых к выполнению программ. Каждая программа имеет в своем распоряжении определенные, фактически уже выделенные ей ресурсы (место памяти, процессор, устройство ввода/вывода и т. д.), и для каждой программы (каждого пользователя) определены ограничительные рамки для ресурсов, за которые программа не имеет права выходить. Тогда задача ОС состоит в таком распределении ресурсов системы, чтобы всегда существовал достаточный резерв для возможности удовлетворения поступающих в систему запросов.

В ОС при каждом запросе пользователя на ресурсы должно приниматься решение о том, может ли запрос удовлетворяться немедленно, или он должен быть отложен до тех пор, когда система придет в такое состояние, при котором запрос можно удовлетворить без опасности прийти в тупиковое состояние.

Наряду с целью избежания тупиков одна из важнейших целей ОС состоит в возможно большем удовлетворении запросов пользователей в единицу времени. Число запросов, обрабатываемых в единицу времени, называют пропускной способностью ВС. Распределение ресурсов в ОС охватывает следующие комплексы задач:

·  выделение процессорного времени при оптимальной пропускной способности (с целью достижения возможно более высокого темпа обработки запросов);

·  умелое перемещение программ, частей программ и данных между оперативной и внешней памятью;

·  управление устройствами ввода/вывода.

Понятие: Максимизация пропускной способности операционной системы (ОС).

Комментарий: Одна из важнейших внутренних задач ОС - максимизация пропускной способности. Конечно, она ограничена производительностью ЭВМ, но внутри этих рамок ОС должна обеспечить оптимальность обработки. Принципиально мы можем определить задачу ОС как проблему оптимизации.

Оптимизация обшей пропускной способности не подразумевает оптимальной обработки запроса отдельного пользователя. В целевую фикцию оптимизации можно включить как общую пропускную способность, так и обработку отдельных заданий пользователей.

При проектировании ОС следует обращать внимание на следующий принцип: если даже к ОС предъявляются требования, которые в рамках имеющихся аппаратных ограничений (емкость памяти, скорость вычислений и т. д.) не могут быть выполнены полностью, ОС не должна рассматривать это как катастрофу, а должна продолжать выполнять, по крайней мере, важнейшие, еще выполнимые запросы. Как раз при критических нагрузках и проявляются слабые и сильные стороны ОС.

Понятие: Режимы обработки в вычислительных системах (ВС).

Комментарий: По роду взаимодействия между пользователем и ВС различают следующие режимы:

·  пакетная обработка,

·  диалоговый режим,

·  управление процессами (режим реального времени).

Часто эти режимы в какой-либо ВС присутствуют наряду с другими при мультипрограммной работе машины.

Пакетный режим

В пакетном режиме обрабатываются потоки пакетов (наборов) запросов. Пользователь предварительно полностью декларирует все части своего пакета запросов - до того, как он будет введен в систему. После этого заданный пакет запросов обрабатывается ВС – без того, чтобы пользователь мог как-либо влиять на этот процесс. Пакет запросов распадается на отдельные подразделы. Под термином раздел будем понимать программную единицу, выраженную на языке программирования, которая содержит формулировки запросов и поддерживающие их данные для ОС. Последовательность разделов будем называть потоком разделов.

Диалоговый режим

В этом режиме пользователь передает ОС один запрос после другого в диалоге с системой. При обработке запросов пользователя, как правило, возникает дальнейший диалог в форме задания данных и вывода результатов. Таким образом, имеет место взаимодействие между пользователем и ОС. Составные части запроса могут формулироваться примерно в той же форме, что и на языке программирования, то есть путем ввода последовательности знаков, или же путем выбора из меню. Технически ввод может производится с помощью клавиатуры или со следующих устройств: светового пера, мыши, контактного (сенсорного) экрана, речевого ввода. Вывод в диалоге осуществляется с помощью печатающих устройств, экрана или других оптических и акустических сигналов. В диалоге могут использоваться различные уровни работы с ОС, такие как уровень команд. С помощью специальных команд можно переходить от одного уровня к другому.

Диалоговый режим требует особых свойств интерфейса между пользователем и системой. В идеальном случае пользователь должен иметь возможность легко вести диалог, лучше всего без использования дополнительных письменных инструкций. Это требует предоставления ему дополнительной информации (объяснение системных фикций и состояния системы в данный момент), а также помощи при выдаче сообщений об ошибках (диагностика ошибок и пути их устранения). Особое значение имеет простота и наглядность представления требуемой информации о текущем состоянии системы. Далее, все системные фикции должны возможно больше соответствовать ожиданиям и интуиции пользователя (англ. principle of least surprise). Это приводит в область эргономики программного оборудования, которая имеет своей целью по возможности простое и понятное оформление пользовательского интерфейса.

Ограниченность площади экрана дисплея требует особой техники работы с ним, такой, как разделение его на окна (англ. windows). При этом экран делится на несколько частей, на каждую из которых выдаются отдельные вырезки той или иной информации. При этом можно определить новые вырезки, перекрыть старые окна, снова их восстановить или погасить.

Управление процессами (режим реального времени - РРВ)

Если с помощью ЭВМ осуществляется управление каким-либо процессом или наблюдение за ним (управление дорожным движением пли наблюдение за ним, управление роботом и т. д.), то это предъявляет особые требования к ОС. В управлении процессами или наблюдением за ними особое значение приобретает время реакции системы. Чтобы обеспечить работу в реальном времени, соответствующие программы и, соответственно, языки программирования должны содержать зависящие от времени конструкты.

При управлении процессами ввода данных наряду с обычными средствами ввода используются сенсоры (акустические, оптические, осязательные и т. д.) с аналого-цифровыми преобразователями. Вывод наряду с обычными средствами производится с помощью управляющих устройств.

Не все ВС приспособлены для одновременного обслуживания многих пользователей в режиме диалога. Если ВС в каждый момент времени может обслуживать только одного пользователя, то говорят о ВС с одним рабочим местом или персональном компьютере - ПК (англ. PC - personal I computer), а также о рабочей станции (англ. workstation). При этом в простейшем случае в процессе выполнения находится единственная программа (однопрограммный режим).

Особое положение среди ОС, ориентированных на ведение диалога, занимают транзакционные системы (системы запросов и ответов), обеспечивающие работу сети удаленных устройств, которые оперируют с общими банками данных (например, бухгалтерская система банков, система резервирования авиабилетов и т. д.). При таких ОС часто функционирует только одна (сложная) пользовательская программа, в которую часто интегрированы функции ОС. Число имеющихся в распоряжении команд здесь сильно ограничено.

В диалоговом режиме ОС может реагировать на ошибочные исходные данные и на ошибочные ситуации в пользовательской программе и выдавать пользователю соответствующие сообщения об ошибках. Пользователь тогда может принимать решение относительно своих дальнейших действий и давать системе соответствующие указания. В пакетном режиме такой возможности не существует - здесь вся обработка ошибок должна производиться самой системой, без участия пользователя. При этом здесь очень важны выдачи, которые позволяли бы пользователю по окончании выполнения программы провести обстоятельный анализ ошибок. Особенно опасны ошибки в пользовательских программах, предназначенных для управления процессами. При применении таких программ может возникнуть риск для жизни людей (наблюдение и управление самолетами, военные системы раннего предупреждения, системы наблюдения за важными функциями организма человека в больницах и т. д.) - в таких случаях ошибки в программах могут повлечь за собой катастрофические последствия. Поэтому в такого рода применениях при разработке программ требуются особая осторожность и внимание.

В целом справедливо, что ошибки в ОС особенно неприятны и дорогостоящи. Они могут вообще привести ВС в неработоспособное состояние, парализовать работу вычислительного предприятия, привести к потере или порче запомненной информации. Надежность ОС (а также компиляторов и интерпретаторов для применяемых языков программирования) является предпосылкой для надежности всей ВС, на которой выполняются программы пользователей. Все усилия при разработке пользовательских программ могут быть напрасными, если ненадежно системное окружение.

Понятие: Простые операционные системы (ОС) для пакетного режима.

Комментарий: В вычислительной системе (ВС) обязательно должны вводиться программы самой ОС (начальный запуск системы); должны выполняться программы пользователей и части ОС; при этом определенные программы ОС без внешнего воздействия никогда не завершаются. Конфигурация ЭВМ образует распределенную систему взаимодействующих единиц (устройств). Единицы оборудования ВС можно моделировать как систему взаимодействующих параллельно выполняющихся программ. Поведение процессора передается процедурой, которая соответствует вводу программы, ее размещению в сегменте памяти, выполнению этой программы и выдаче результатов ее работы, которые размешаются в сегменте памяти. Это моделирование ВС, конечно, представляет собой некое упрощение. Тем не менее, при таком подходе принципиальная структура ОС в общих чертах становится более понятной.