Технология видеодисплеев

Различают следующие виды видеодисплеев:

1)Настольные дисплеи, основанные на технологии электронно-лучевых трубок (CRT - cathode ray tube). Это та же самая технология, которая используется в телевизионных приемниках. CRT является определяющим фактором размера монитора. CRT-дисплей работает, считывая RGB (red-green-blue) данные, получаемые с графической карты и выстреливая их посредством электронной пушки, направленной на покрытый фосфором экран. Преимущества: неискажение цвета, больший угол обзора, возможность масштабирования изображения. Недостатки: большой вес, большое потребление энергии, менее чёткое изображение, статическое электричество.

2)технология LCD (Liguid Crystal Display - дисплей на жидких кристаллах; технология плоской панели). Жидкие кристаллы - это органические вещества, способные под напряжением изменять величину пропускаемого света. Жидкокристаллический монитор представляет собой две стеклянных или пластиковых пластины, между которыми находится суспензия. Кристаллы в этой суспензии расположены параллельно по отношению друг к другу, тем самым они позволяют свету проникать через панель. При подаче электрического тока расположение кристаллов изменяется, и они начинают препятствовать прохождению света. Преимущества: малое потребление энергии, четкое изображение, малые габариты. Недостаток-невозможность установки другого расширения.

2.1)черно-белые (цвета черный и серый) Преимущество: кристаллы видно при слабом освещении. Недостаток: низкая четкость изображения.

2.2) Цветной монитор (3 слоя цветов+белая подсветка) в каждый электрод встраивается микросхема. ЖК мониторы делятся на пассивные и активные(управление каждой точкой)

3)Светодиодные мониторы- используются при больших размерах экрана. Каждая точка изображения состоит из 3 диодов различных цветов. Светодиод может быть красным, синим, зеленым, оранжевым и д.р. Достоинства: высокая контрастность, большая яркость свечения. Недостатки: большой вес, большая потребляемая мощность, сложность установки.

4)Люминесцентные -используются для прорисовки медленных изображений. Похож на Монитор с ЭЛТ, но внутренность кинескопа покрыта люминофором, с большим временем свечения. Луч электрона распадается и начинает светиться. (используются в радарах) Достоинства: высокая четкость изображения, не боятся радиации. Недостаток: небольшой срок службы.

5)Трехмерные (голографические) формируют изображение в пространстве с помощью управления лазерными лучами. Чаще всего монохромные. Экспериментальные модели с высокой стоимостью.

11 Тупиковые ситуации. Предотвращение тупиков. Обход тупиков. Обнаружение тупиков. Восстановление после тупиков.

Процесс находится в состоянии тупика, если он ожидает некоторого события, которое никогда не произойдет.

4 необходимых условия возникновения тупика:

1)Условие взаимоисключения. Процесс требует предоставления права монопольного предоставления ресурсов которые им выделяются.

2)Условие ожидания ресурсов. Процессы удерживают за собой ресурсы, уже выделенные им, выжидая выделения дополнительных ресурсов.

3)Условие неперераспределенности. Ресурсы нельзя отобрать у процессов, удерживающих их, пока они не будут использованы для завершения работы.

4)Условие кругового ожидания. Существует кольцевая сеть процессов, в которой каждый процесс удерживает за собой один или несколько ресурсов, требующихся след. процессу цепи.

Предотвращение тупиков.3 стратегических принципа предотвращения тупиков.

1)Каждый процесс должен запрашивать необходимые ресурсы сразу и не может начать выполняться пока они не будут получены.

2)Если процесс, удержив. Ресурсы получает отказ в удовлетворении запроса на дополнительные ресурсы, то он должен освободить свои первоначальные ресурсы, а потом запросить их снова вместе с дополнительными.

3)Введение линейной упорядоченности по типам ресурсов для всех процессов, т.е. если процессу выделены ресурсы данного типа, то в дальнейшем он может запросить ресурсы более далекие по порядку типов.

1 принцип предотвращает условия ожидания дополнит. ресурсов, но это может привести к снижению эффективности работы. Один из подходов для увеличения эффективности заключается в разбиение программы на несколько программных шагов и выделения ресурсов для каждого шага программы независимо.

2 принцип предотвращает усл. неперераспределяемости, но он может привести к бесконечному откладыванию процессов, т.к. процесс вынужденный освободить свои ресурсы может потерять работу проделанную до этого времени.

3 Принцип исключает круговые ожидания, т.к. всем ресурсам присваиваются уникальные номера и процессы должны запрашиваться в порядке возрастания номеров, то круговое ожидание возникнуть не может. Однако назначение № ресурсов должно отражать нормальный порядок в котором эти ресурсы будут использованы.

Обход тупиков.

Рассмотрим проблему распределения некоторого фиксированного числа ресурсов между некоторым фиксированным числом процессов. Каждый процесс заранее указывает максимальную потребность в ресурсах. Процесс может занимать и освобождать ресурсы по одному. Иногда процессу придется ожидать выделения дополнительных ресурсов, но ОС гарантирует что такое ожидание конечно.

Процессы гарантируют что после завершения работы все ресурсы будут возвращены системе в течение ограниченного времени.

Текущее состояние называется надежным, если ОС гарантирует завершение всех процессов в течении конечного промежутка времени, в противном случае состояние ненадежное.

Алгоритм банкира- ресурсы процессам можно выделять только в том случае, если после очередного выделения состояние системы остается надежным. Недостатки алгоритма:

1) алгоритм исходит из фиксированного числа ресурсов и процессов

2) Алгоритм требует, чтобы каждый процесс заранее указывал мах потребность ресурсов, что не всегда возможно.

Обнаружение тупиков. Обнаружение тупика- установление факта возникновения тупиковой ситуации, а также определение ресурсов и процессов, вовлеченных в данную тупиковую ситуацию.

Алгоритм обнаружение тупиков обычно применяется в системах, где выполняются первые 3 необходимые условия возникновения тупика. Они проверяют наличие кругового ожидания. Одним из способов обнаружения тупика является редукция ориентированного графа распределения ресурсов и процесса.

Если граф можно редуцировать на всех процессах, то кругового ожидания нет. Иначе все нередуцированные процессы, представляют собой процесс вовлечения в тупиковую ситуацию.

Восстановление после тупиков. Сложность этого процесса объясняется следующими факторами:

1)В первый момент м.б. неочевидно, что система попала в тупиковую ситуацию.

2)Сложно реализовать эффективное средство, позволяющее приостановить процесс на определенное время, вывести его из системы и восстановить впоследствии.

3)Даже при наличие средств приостановки и возобновления процесса это требует значительных затрат ресурсов.

Обычно восстановление осуществляется путем принудительного завершения некоторого процесса и использования освободившегося при этом ресурса.

12 Организация виртуальной памяти.

Информация, с которой работает активный процесс, должна располагаться в ОП. Термин виртуальная память предполагает возможность адресации памяти гораздо большего объема, чем емкость имеющейся физической памяти, т.е. это совокупность программных и аппаратных средств, позволяющих запускать программы размер которых превышает размер оперативной памяти. В этом случае, занимаемая процессом память разбивается на несколько частей, например страниц. Логический адрес, к которому обращается процесс, динамически транслируется в физический адрес. Когда страница, к которой обращается процесс, не находится в физической памяти организовывается ее подкачка с диска.

Существует 2 общепринятых способа организации виртуальной памяти:

- Страничная организация и Сегментная

- Комбинированная странично -сегментная организация памяти, которая применяется в современных ОС.

Суть концепции виртуальной памяти заключается в том, что адреса, по которым обращается выполняющийся процесс отличается от адресов реально существующих в первичной памяти. Перв. называется – виртуальными адресами, а вторые реальными.

Механизм динамического преобразования адресов преобразует виртуальные адреса в реальные во время выполнения процессов. Такие механизмы преобразования должны вести таблицы, показывающие какие ячейки виртуальной памяти находятся в реальной и где именно. Если бы такое отображение осуществлялось бы побайтно, то для хранения таких таблиц потребовалось бы слишком много места и большее время тратилось на отображение. Поэтому для отображения информация группируется в блоки и увеличении блока ведет к уменьшению памяти, требующейся для механизма отображения.

Если блоки имеют фиксированный размер, то они называются страницами и организация памяти называется страничной. Если такие блоки имеют переменные размеры, то они называются сегментами и организация памяти сегментная. Если сегменты переменных размеров состоят из страниц постоянных размеров то организация сегментно-страничная.

13 Стратегии замещения и размещения страниц. Принцип локальности

Стратегия выборки – цель определить в какой момент времени следует переписать страницу из внешней памяти в первичную.

А) Выборка по требованию- предполагает, что страница, загружается в память, только после того, как она потребуется какому либо процессу.

Б) Выборка с упреждением – предполагает, что система пытается заранее определить страницы, которые потребуются и заблаговременно загрузить ее в память.

В) современных системах обычно используется выборка по требованию с кластеризацией, т.е. загружается та страница, которая требуется и вместе с ней загружается расположенные рядом с ней страницы, т. К. они с большей степенью вероятности потребуются в будущем.

Стратегия размещения – их цель определить, в какое место памяти помещать вновь поступающую страницу. Обычно используют стратегию первоподходящего места.

Стратегия замещения- их цель определить, какую страницу следует удалить из памяти, чтобы освободить место для вновь поступающих страниц, в случае если память вся заполнена.

Используются след принципы:

1) Принцип оптимальности - для обеспечения оптимальных скоростных характеристик следует заменить ту страницу, к которой в дальнейшем не будет обращения в течении наиболее долгого промежутка времени.

2) Замещение случайных страниц

3) Замещение первой пришедшей страницы FIFO- по этому принципу каждой странице в момент ее поступления в память присваивается временная метка. В случае замещения выбиратся наиболее старая.

4) Вторая попытка- модернизация метода FIFO- в данном случае помимо временной метки каждой странице присваивается бит обращения. Если страница самая старая и к ней не было обращений, то страница замещается. Если обращения были то время загрузки обновляется и она перемещается в конеч списка претендентов на замещение.

5) Замещение наименее часто используемой страницы- контролируется частота обращения к странице, но подход может быть не рационален т.к наименьшую частоту может иметь страница, которая только была загружена.

6) Замещение не использующейся в последнее время страницы- применяется в ЮНИКС. Каждые 250 млсек. Страничный демон сравнивает количество свободных страничных блоков с ¼ объемом ОП. Если кол-во свободных блоков меньше ¼ ОП то страничный демон начинает сканировать страницы как по часам. На первом проходе он обнуляет все биты обращения. Те страницы которые активно используются обратились в 1.НА втором проходе демон проверяет бит обращения и если у стр. бит обращения = 0, то он сбрасывает страницу в файл подкачки. Алгоритм предусматривает наличие 2 битов признаков: бит признак обращения; бит признак модификации. Получается 4 группы страниц. Страницы групп с меньшим номером замещаются в первую очередь.

Принцип локальности.

Большинство стратегий управления памятью базируется на концепции локальности, суть которой заключается в том, что распределение запросов, процессов на обращение к памяти носит неравномерный характер с высокой степенью локальной концентрации. Свойство локальности проявляется как во время так и в пространстве.

Временная локальность означает, что если к искомой ячейки памяти было обращение, то с высокой степенью вероятности к ней будет обращение в ближ. будущем. Это свойство обьясняется наличием подпрограмм, циклов, счетчиков.

Пространственная локальность означает что если к какой то ячейки памяти было обращение, то с большей степени вероятности будут обращение к соседним ячейкам памяти. Это обьясняется наличием массивов последовательных кодов выполнения программы, тенденция описания взаимосвязанных переменных рядом друг с другом.

На основе изучения свойств локальности сформулирована теория рабочего множества. Рабочее множество – подмножество страниц, к которым процесс активно обращается. Для обеспечения эффективности выполнения программ необходимо чтобы его рабочее множество находилось в ОП. Иначе может возникнуть режим чрезмерной интенсивной подкачки страниц. Рабочее множество со временем меняется.

14 Этапы загрузки операционных систем (Unix, Windows NT).

При включении питания исполнительный адрес ЦП устанавливается по адресу расположения программы POST, определяет количество доступной памяти, тестирует и проверяет наличие различных аппаратных средств и результаты выводятся на экран.

После тестирования запускается 19 прерывание и выполняется процедура начальной загрузки. Это процедура определяет первое готовое устройство из списка разрешенных и пытается загрузить с него в память программу загрузки.

Если загрузчиком является жесткий диск, то эта программа загружает главный загрузчик MBR и передает ему управление и главную загрузочную запись. Располагается она в нулевом секторе физического диска (размер 512 байт).

Первые 446 байт MBR заняты программой загрузчиком, за ними следует таблица разделов, занимаемая 64 байта (содержит 4 записи по 16 байт). Каждая запись адресует какой либо раздел. Последние 2 байта содержат числа используемые для проверки: является ли данный сектор загрузочным.

Загрузчик MBR передает управление загрузочной записи активного раздела.

Каждый раздел начинается с загрузочной записи. Размер ее варьируется от 1 до 16 секторов (от типа ФС и ОС). Загрузочная запись содержит блок параметров, характеризующих ФС. В случае если загрузочная запись активного раздела, то она содержит программу загрузки ОС. Программа загрузчик выполняет разные действия для разных ОС.

Загрузочная запись:

1) Для MS-DOS. Программа загрузчик загружает 2 файла: IO.sys MSDOS.sys

2) OC Windows 9x также загружает 2 файла IO.sys,MSDOS.sys. весь исполняемый кад помещается в IO.sys а MSDOS.sys- текстовый файл.

3) Windows NT- загружает файл в NT.LDR- главный загрузочный файл (находящийся в корневой папке). Этот файл просматривает boot.int если в нем параметр timeout>0 то выдается меню выбора ОС.

4) Если стоит OC LINUX- загружается файл /boot/vm Linux… После загрузки ядра проверяется состав аппаратных средств, конфигурируются некоторые из них, после чего ядро монтирует корневую ФС root/file/syst. Затем ядро запускает программу /ete/init, которая обрабатывает конфигурационный файл /ete/init.tab. Процесс init запускает все основные задачи, они же называются демонами. Init монтирует основные ФС. После чего запускается система ввода пользователя.

Запись таблицы MBR содержит следующие параметры:

1) 1 байт. Признак активного раздела. Грузится с него ОС или нет.

2) 2 байт- номер начальной стороны раздела

3) 3 байт – номер начальной дорожки

4) 4 байт-номер начального сектора раздела

5) Тип раздела – значение 5 означает расширенный раздел. Каждый такой раздел использует 4 описателя, но используются только 2:

А) идентифицирует логический диск

Б) указывает на следующий раздел.

6) Номер последней стороны раздела

7) след 2 байта номер последней дорожки и последнего сектора раздела;

8) номер первого загрузочного сектора относительно первого сектора диска.

9) Длина раздела в секторах.

14. Этапы загрузки операционных систем (Unix, Windows NT).

Этапы загрузки операционной системы Unix. Рассмотрим загрузку операционной системы UNIX как следующую последовательность этапов

Досистемный загрузчик. Как правило, сразу после включения питания программа ПЗУ BIOS проводит тестирование оборудования, затем запускается досистемный загрузчик. Задача этого этапа — определить (возможно, с помощью пользователя), с какого устройства будет идти загрузка, загрузить оттуда специальную программу-загрузчик и запустить её.

Загрузчик первого уровня. З анимает обычно не более одного сектора в самом начале диска — в его загрузочной записи. Загрузочная запись диска (Master Boot Record) — первый сектор диска, в котором хранится таблица разделов и код системного загрузчика.

Загрузчик второго уровня. — уже более сложная программа с интерфейсом пользователя, который даёт возможность выбирать операционную систему или параметры загрузки ядра. Чтобы продолжить загрузку, необходимо иметь доступ к образу ядра, поэтому зачастую в код загрузчика включается поддержка файловых систем. Большинство операционных систем имеют собственные загрузчики первого и второго уровней. Однако существуют и универсальные загрузчики, не привязанные к конкретной операционной системе, например GRUB.

Инициализация ядра операционной системы. Ядро — очень сложная программа, взаимодействующая с различным оборудованием, поэтому прежде чем начать работу с системой, ядро необходимо проинициализировать. Этот этап специфичен для различных операционных систем. В UNIX-подобных системах при этом обычно выводится информация отладочного характера о ходе загрузке ядра. Первым делом ядро занимается определением: выясняет тип и быстродействие центрального процессора, объем оперативной памяти, объем и структуру кэш-памяти; делает предположение об архитектуре компьютера в целом и многое другое. На следующем шаге ядро определяет состав и архитектуру всего аппаратного наполнения компьютера: тип и параметры шин передачи данных и устройств управления ими (контроллеров), список внешних устройств, доступных по шинам, настройки этих устройств — диапазон портов ввода-вывода, адрес ПЗУ, занимаемое аппаратное прерывание, номер канала прямого доступа к памяти и т. п. Ядро на основании параметра, переданного ему загрузчиком, выбирает корневой раздел — файловую систему, содержащую будущий каталог / и его подкаталоги (для системной начальной загрузки важны каталоги /etc, /bin, и /sbin). Корневой раздел монтируется в качестве /. После этого ядро запускает первый процесс — init (по умолчанию, /sbin/init).

процесс init. С этого момента операционная система обеспечивает полноценную функциональность всем исполняющимся процессам. В UNIX первым запускаемым процессом является init. Процесс init является обычным процессом операционной системы, однако он имеет некоторые особенности: его PID всегда равен 1, и процесс этот выполняется всё время, пока работает система. В UNIX-системах init играет две важные роли: 1) производит инициализацию системы — как правило, для работы запущенного ядра не достаточно, нужно смонтировать все файловые системы, загрузить дополнительные драйверы устройств, запустить демоны и т. п.; 2) является родительским для всех процессов в системе — это является гарантией того, что в UNIX для любого процесса в любой момент времени будет существовать родительский процесс.

Этапы загрузки операционной системы Windows NT. Mинимальный набор файлов, который необходим для успешного запуска системы, вот они: 1)Boot.ini 2) Bootsect.dos (необходим только при использовании мультизагрузки) 3) NTLDR 4) Ntdetect.com 5) Ntbootdd.sys (необходим только для загрузки с SCSI-винчестера) 6) Ntoskrnl.exe 7) Hal.dll 8) Необходимые драйверы и разделы реестра.

При включении ПК ход загрузки операционной системы проходит в несколько этапов:

1) Код, выполняющий POST, зашит в БИОСе каждого компьютера, и именно ему передается управление при включении питания. Если в процессе тестирования обнаруживаются какие-либо ошибки, то БИОСом генерируются коды ошибок (POST codes), которые отличаются для БИОСа разных производителей. Если же процедура POST завершается успешно, то BIOS компьютера считывает и загружает в оперативную память главную загрузочную запись Master Boot Record (MBR), в которой находится таблица разделов диска и небольшая программа - эта программа находит начальный адрес системного раздела на диске и загружает в память копию его загрузочного сектора (сектор 0), а затем, если раздел помечен как "активный" в таблице разделов, передает управление другой программе - загрузчику WinNT из только что перенесенного в память загрузочного сектора.

2) В нулевом секторе жесткого диска находится загрузочный код, который распознает файловую систему, а затем находит, загружает в память и запускает следующую специальную программу из корневой директории системного диска – ntldr, предназначенную для инициализации загрузки собственно самой операционной системы

3)После этого уже начинается выполнение обычных программ из файлов, находящихся на диске, что и приводит к полной загрузке всей операционной системы и к возможности запускать прикладные программы

Работу загрузчика ntldr можно разбить на несколько этапов: 1) ntldr переключает процессор в режим 32-разрядной модели памяти с прямой адресацией;

2) запускает минифайловую систему для доступа к томам FAT, FAT32 и NTFS;

3)считывает файл boot.ini, также расположенный в корневом каталоге системного диска;

4)отображает меню выбора операционной системы (если выбирается ОС, отличная от WinNT, то считывается файл bootsect.dos с копией загрузочного сектора предыдущей ОС и управление передается ему);

5)запускает файл ntdetect.com, собирающий информацию о физических устройствах, подключенных к компьютеру в момент загрузки;

6) загружает и запускает ядро ОС - файл ntoskrnl.exe и передает ему информацию, собранную ntdetect.com.

При своей инициализации ядро производит ряд действий в следующей последовательности: 1) окончательная подготовка к работе памяти и менеджера памяти; 2) инициализация диспетчера объектов; 3) установка системы безопасности; 4) инициализация менеджера Plug and Play; 5) установка базовых объектов и сервисов системы; 6) настройка драйвера файловой системы и сохранение начальных параметров в реестре (создается копия набора управляющих параметров Clone, в которой содержатся данные, идентичные Current ControlSet, инициализируются устройства согласно порядку инициализации, затем создается ключ HKEY_LOCAL_MACHINE\ HARDWARE); 7) загрузка и инициализация диспетчера ввода-вывода (обычно - самая длительная фаза); 8) ядро "убирает за собой мусор", который остался после загрузки; 9) последняя стадия - загрузка системных сервисов, которые, собственно, и реализуют взаимодействие с пользователем.