تضمین سیستم ها
اسلاید 1: 1
اسلاید 2: 2تضمين سيستم ها زيرنظراستاد محترم جناب آقاي مهندس رنجبر
اسلاید 3: 3مقدمه سيستم عامل بدون شک مهمترين نرم افزار در کامپيوتر است. پس از روشن کردن کامپيوتر اولين نرم افزاری که مشاهده مي شود سيستم عامل بوده و آخرين نرم افزاری که قبل از خاموش کردن کامپیوترمشاهده خواهد شد، نيز سيستم عامل است . سيستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای برنامه های کامپيوتر را فراهم می آورد.سيستم عامل با سازماندهی ، مديريت و کنترل منابع سخت افزاری امکان استفاده بهينه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سيتم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسير و در اين راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حيات ساير برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد.
اسلاید 4: 4ويندوز يکی ازمتداول ترين سيستم های عامل است . يونيکس يکی ديگر از سيستم های عامل مهم در اين زمينه است . صدها نوع سيستم عامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سيستم های عامل مختص کامپيوترهای بزرگ، سيستم های روبوتيک، سيستم های کنترلی بلادرنگ نمونه هائی در اين زمينه می باشند.
اسلاید 5: 5سیستم عامل سه هدف اصلی دارد : - سهولتسیستم عامل استفاده از کامپیوتر را ساده میسازد. این بدان معناست که مثلاً کاربر یا برنامه نویس بدون درگیر شدن با مسائل سخت افزاری به راحتی فایلی را بر روی دیسک ذخیره و حذف کند . این کار در واقع با به کاربردن دستورات سادهای که فراخوان های سیستمی (System Calls) را صدا میزنند انجام پذیرد.در صورت عدم وجود سیستم عامل کاربر و یا برنامه نویس میبایست آشنایی کاملی با سخت افزارهای مختلف کامپیوتر (مثل مانیتور - کیبورد و غیره) داشته باشد و روتین هایی برای خواندن و نوشتن آنها به زبان سطح پایین بنویسد. از این جنبه به سیستم عامل به عنوان ماشین توسعه یافته (Extended machine) یا ماشین مجازی (Virtual machine) اطلاق میشود که واقعیت سخت افزار را از دید برنامه نویسان مخفی میسازد .اهداف و وظايف سيستم عامل
اسلاید 6: 6
اسلاید 7: - کارآمدیهدف دوم سیستم عامل مدیریت منابع (Resource Management) میباشد, یعنی سیستم عامل باعث استفاده بهینه و سودمند از منابع سیستم میگردد. منظور از منابع: پردازندهها ,حافظهها ,دیسکها, ماوس ها چاپگر ها , فایلها , پورتها و غیره هستند. یک سیستم کامپیوتری منابع نرم افزاری و سخت افزاری بسیار دارد که ممکن است در حین اجراء برنامه لازم باشند , سیستم عامل همانند مدیر منابع عمل کرده و آنها را بر حسب نیاز به برنامههای مشخصی تخصیص میدهد.7اهداف و وظايف سيستم عامل
اسلاید 8: 8اهداف و وظايف سيستم عامل- قابلیت رشدسیستم عامل باید به نحوی ساخته شده باشد كه كاربر را در جهت توسعه وآزمايشهاي جديدبرروي سيستم ياري كند.سيستم عامل يک رابط ( اينترفيس ) يکسان برای ساير برنامه های کامپيوتری ارائه می دهد.در اين حالت زمينه استفاده بيش از يک نوع کامپيوتر از سيستم عامل فراهم شده و در صورت بروز تغييرات در سخت افزار سيستم های کامپيوتری نگرانی خاصی از جهت اجرای برنامه وجود نخواهد داشت، چرا که سيستم عامل بعنوان ميانجی بين برنامه های کامپيوتری و سخت افزار ايفای وظيفه کرده و مسئوليت مديريت منابع سخت افزاری به وی سپرده شده است . *مسئوليت مديريت منابع سخت افزاری برعهده سیستم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپيوتری. بنابراين در زمان ارتقای سخت افزار يک کامپيوتر مسئوليت سیستم عامل در اين راستا اولويت خواهد داشت. ويندوز يکی از بهترين نمونه ها در اين زمينه است . سيستم عامل فوق بر روی سخت افزارهای متعدد توليد شده توسط توليدکنندگان متفاوت اجرا می گردد. ويندوز قادر به مديريت و استفاده از هزاران نوع تجهيزات جانبی است
اسلاید 9: 9 وظايف سيستم عامل پس از روشن نمودن کامپيوتر، اولین برنامه ای که اجراء می گردد ، مجموعه دستوراتی می باشند که در ROM ذخيره و مسئول بررسی صحت عملکرد امکانات سخت افزاری موجود می باشند. برنامه فوق (POST) ، پردازنده ، حافظه و ساير عناصر سخت افزاری را بررسی خواهد کرد . پس از بررسی موفقيت آمیز برنامه POST، در ادامه درايوهای ( هارد (سيستم فعال خواهند شد. در اکثر کامپيوترها پس از فعال شدن هارد ديسک ، اولين بخش سيستم عامل با نام Bootstrap Loader فعال خواهد شد. برنامه فوق صرفا دارای يک وظيفه اساسی است : انتقال ( استقرار ) سيستم عامل در حافظه اصلی و امکان اجرای آن . برنامه فوق عمليات متفاوتی را بمنظور استقرار سيستم عامل در حافظه انجام خواهد داد.
اسلاید 10: 10سيستم عامل دارای وظايف زير است: - مديريت پردازنده - مديريت حافظه - مديريت دستگاههای ورودی و خروجی - مدیریت حافظه جانبی - اينترفيس برنامه های کاربردی - رابط کاربر وظايف شش گانه فوق ، هسته عمليات در اکثر سيستم های عامل است.
اسلاید 11: 11تقسيم بندي سيستم عامل هاسيستم عامل هارا از نظر نوع کامپيوترهائی که قادر به کنترل آنها بوده و نوع برنامه های کاربردی که قادر به حمايت از آنها می باشند به چهار گروه عمده تقسيم می نمایند :-سيستم عامل بلادرنگ (Real Time):- تک کاربره - تک کاره:- تک کاربره – چندکاره:- چندکاربره:
اسلاید 12: 12- سيستم عامل بلادرنگ (Real Time):از اين نوع سيستم های عامل برای کنترل ماشين آلات صنعتی ، تجهيزات علمی و سيستم های صنعتی استفاده می گردد. يک سيستم عامل بلادرنگ دارای امکانات محدود در رابطه با بخش رابط کاربر و برنامه های کاربردی مختص کاربران می باشند. يکی از بخش های مهم اين نوع سيستم های عامل ، مديريت منابع موجود کامپيوتری بگونه ای است که يک عمليات خاص در زمانی که می بايست ، اجراء خواهند شد . - تک کاربره - تک کاره:همانگونه که از عنوان اين نوع سيستم های عامل مشخص است، آنها بگونه ای طراحی شده اند که قادر به مديريت کامپيوتر بصورتی باشند که يک کاربر در هر لحظه قادر به انجام يک کار باشد. سيستم عامل Palm OS برای کامپيوترهای PDA نمونه ای مناسب از يک سيستم عامل مدرن تک کاربره و تک کاره است.- تک کاربره – چندکاره:اکثر سيستم های عامل استفاده شده در کامپيوترهای شخصی از اين نوع می باشند. ويندوز و MacOS نمونه هائی در اين زمينه بوده که امکان اجرای چندين برنامه بطور همزمان را برای يک کاربر فراهم می نمايند. مثلا يک کاربر ويندوز قادر به تايپ يک نامه با استفاده از يک واژه پرداز بوده و در همان زمان يک فايل از اينترنت گرفته و در همان وضعيت محتويات نامه الکترونيکی خود را برای چاپ بر روی چاپگر ارسال کرده باشد
اسلاید 13:
اسلاید 14: 14- چندکاربره:يک سيستم عامل چند کاربره ، امکان استفاده همزمان چندين کاربر از منابع موجود کامپيوتر را فراهم می آورند. منابع مورد نياز هر يک از کاربران می بايست توسط سيستم عامل بدرستی مدیریت شود تا در صورت بروز اشکال در منابع تخصيص يافته به يک کاربر، بر روند استفاده ساير کاربران از منابع مورد نظر اختلالی ايجاد نگردد. يونيکس، VMS و سيستم های عامل کامپيوترهای بزرگ نظير MVS، نمونه هائی از سيستم های عامل چندکاربره می باشند نکته :مديريت تمام منابع موجود در يک سيستم کامپيوتری، يکی از مهمترين و گسترده ترين وظايف يک سيستم عامل است .
اسلاید 15: 15سیستم های چند پردازنده ای کامپیوترها میتوانند به جای یک CPU چندین CPU داشته باشند که در اینصورت به آنها سیستم Multiprocessing میگویند.جهت استفاده از این سیستمها نیاز به یک سیستم عامل خاص میباشد که بتواند چندین برنامه (یانخهای یک فرایند ) را به صورت موازی واقعی روی آنها اجراء کند. سیستم عامل multitasking برای اجراء چند نخ بر روی یک CPU و سیستم عامل multiprocessing برای اجرای چند نخ بر روی چند CPU به کار میروند. در سیستم چند پردازندهای CPU ها باید بتوانند از حافظه , امکانات ورودی و خروجی و گذرگاه Bus سیستم به صورت اشتراکی استفاده کنند .مزایای این سیتمها عبارتند از: - زیاد شدن توان عملیاتی (throughput) : منظور ازthroughput تعداد کارهایی است که در یک واحد زمانی تمام میشوند. بدیهی است هر چقدر تعداد پردازندهها بیشتر باشد تعداد کارهای تمام شده در یک پریود زمانی نیز بیشتر خواهد بود. البته این نسبت خطی نیست , مثلا اگر تعداد پردازنده ها nباشد سرعت اجراء برنامهها n برابر نمیشود چرا که بخشی از وقت پردازندهها جهت مسائل کنترلی و امنیتی وسوئیچ کردنها به هدر میرود.
اسلاید 16: مزایای سیستم های چند پردازنده ای- صرفه جویی در هزینهها : از آنجا که پردازندهها منابع تغذیه , دیسکها ، حافظهها و ادوات جانبی را به صورت مشترک استفاده میکنند در هزینههای سخت افزاری صرفهجویی میشود. - تحمل پذیری در برابر خطا(fault-tolerant): سیستم های مالتی پروسسور قابلیت اعتماد را افزایش میدهند چرا که خرابی یک CPU سبب توقف سیستم نمیشود بلکه تنها سبب کند شدن آن خواهد شد. استمرار عمل با وجود خرابی نیازمند مکانیزمی است که اجازه دهد خرابی جستجو شده , تشخیص داده شده و در صورت امکان اصلاح نیز بشود (یا کنار گذاشته شود). این توانایی به ادامه سرویس , متناسب با سطح بقای سخت افزار ,تنزل مطبوع یا graceful degradation نامیده می شود.تقسیم بندی سیستم عاملهای چند پردازندهای 16متقارننامتقارن
اسلاید 17: 17ویژگی ها و تفاوتها سیستم های چند پردازنده ای سیستم عامل چند پردازندهای متقارن - در سیستم چند پردازندهای متقارن (symmetric Multi Processing = ASMP) سیستم عامل میتواند روی هر یک از پروسسورهای آزاد یا روی تمام پردازندهها همزمان اجراء شود. در این حالت حافظه بین تمام آنها مشترک میباشد. تمام پردازندهها اعمال یکسانی را میتوانند انجام دهند. سیستم متقارن از چند جنبه نسبت به نوع نامتقارن برتری دارد: متعادل شدن (balancing) بار سیستم امینت بیشتر قابل حمل ( portable) بر روی سیستم های سخت افزاری مختلف
اسلاید 18: چندنمونه از سيستم عامل هاي متقارن سیستم عامل Solaris2 windows NT 18
اسلاید 19: 19سیستم های بلادرنگ سیستمهای بی درنگ معمولاً به عنوان یک کنترل کننده در یک کاربرد خاص استفاده میشوند. سیستم در این حالت میبایست در زمانی مشخص و معین حتماً جواب مورد نظر را بدهد .سیستمهای کنترل صنعتی ، پزشکی ،کنترل موشک و غیره از این دستهاند.در سیستمهای بی درنگ زمان پاسخ باید سریع و تضمین شده باشد ولی در سیستم اشتراک زمانی مطلوبست که زمان پاسخ سریع باشند (ولی اجباری نیست).در سیستم دسته ای هیچ محدودیت زمانی در نظر گرفته نمی شود . در سیستمهای بی درنگ معمولاً وسایل ذخیره سازی ثانویه وجود ندارد و به جای آن از حافظه های ROM استفاده میشود. سیستم عاملهای پیشرفته نیز در این سیستمها وجود ندارند چرا که سیستم عامل کاربر را از سخت افزار جدا میکند و این جدا سازی باعث عدم قطعیت در زمان پاسخگویی میشود. سیستمهای بی درنگ با سیستمهای اشتراک زمانی تناقض دارند لذا نمیتوانند هر دو توأماً وجود داشته باشند به دلیل نیاز به پاسخ دهی سریع و تضمین شده سیستمهای بلادرنگ از حافظه مجازی و اشتراک زمانی استفاده نمیکنند. به این سیستمها «بی درنگ سخت» نیز گفته میشود .
اسلاید 20: 20در سیستمهای «بی درنگ نرم» یک وظیفه بی درنگ بحرانی, نسبت به سایر وظایف اولویت دارد و تا پایان تکمیل شدنش این ارجعیت را دارا خواهد بود. از آنجا که این سیستمها مهلت زمانی (deadline) را پشتیبانی نمی کنند استفاده از آنها در کنترل صنعتی ریسک آور است . هر چند که این سیستمهای بی درنگ نرم میبایست پاسخی سریع داشته باشند ولی مساله پاسخ دهی به حادی سیستمهای بی درنگ سخت نمیباشد . از کاربردهای سیستم بی درنگ نرم میتوان رزرواسیون شرکتهای هواپیمایی ، چند رسانهای (multimedia) ، واقعیت مجازی (Virtual reality) را نام برد. بعضی از نسخههای UNIX مانند solaris 2 خاصیت بیدرنگ نرم را دارا میباشند. در برخی کاربردها (مثل کنترل صنعتی)در کامپیوترها از سیستم عامل استفاده نمیشود. از آنجا که در سیستمهای کنترل صنعتی برنامه میبایست در اسرع وقت در مقابل یک اتفاق , از خود عکس العمل .نشان دهد , وجود واسطه سیستم عامل باعث کند شدن مراحل میگردد.
اسلاید 21: جايگاه سيستم بلادرنگسیستم بلادرنگ، یک سیستم نرم افزاری است که درون یک دستگاه قرار گرفته است. ما این دستگاه را مستقیما نمی توانیم ببینیم زيرا از این دستگاه به صورت توکاراستفاده مي شودبه عنوان مثال در اتاق خلبان درون هواپیما، ما نمی توانیم این دستگاه را مستقیما ببینیم بلکه این دستگاه درون تجهیزات موجود در اتاق خلبان کار گذاشته می شود و با تمام تجهیزات موجود، در ارتباط است.ولی زمانی که از سیستم بلادرنگ صحبت می شود باید این دستگاه را نیز مد نظر داشته باشید.21
اسلاید 22: 22کارکرد و عملکرد سیستم بلادرنگ Real time سیستمهای بلادرنگ همه جا هستندهمان طور که تعریف کردیم، از این سیستمها در جاهایی که نیاز به دقت عمل و سرعت عمل است، استفاده میشود. اجرای همزمان يكي از مشخصه هاي اصلي اين سيستم است یعنی اینکه به طور همزمان از اجزای چند سیستم ،اطلاعاتي را دريافت مي كند و بدون اینکه در سرعتش تاثيري داشته باشدعمليات و پردازشی را انجام مي دهد.
اسلاید 23: محلي را که سیستم در آنجا کار گذاشته میشود را محیط (Environment) مینامند اين سيستم به دو طریق میتواند وظایف خود را انجام دهد:سيستم بلادرنگ محرك به زمان برای سیستم مشخص مي نمایند که در یک زمان مشخص، یک عمل خاص را انجام دهد (البته در بسیاری از مواقع نیز این عمل باید به صورت دورهای انجام شود، مثلا در سیستم کنترل دما، برای سیستم مشخص میکنند که هر 0/8 میلی ثانیه یک بار، دمای محیط را اندازهگیری کند) که به این نوع سیستم «سیستم بلادرنگ محرک به زمان»میگویند. 23کاکرد و عملکرد سیستم بلادرنگ Real time
اسلاید 24: سيستم بلادرنگ محرك به وقايع دراين سيستم با توجه به خبرهایی که از حسگر (Sensor)های موجود در محیط میرسد، عملهای گوناگونی را انجام مي دهد، و به این نوع سیستم نیز «سیستم بلادرنگ محرک به وقایع» میگویند.البته محرک به زمان بودن، بسیار سادهتر از محرک به وقایع بودن است و نیازی به توضیح ندارد ولی در سیستمهای بلادرنگ محرک به وقایع، سیستم یک خبر را از حسگرها میگیرد (مثلا اگر حسگر دما باشد، درجه دمای محیط، و یا اگر حسگر نور باشد، شدت نور محیط و یا ارتفاع و ...) و پس از اینکه تصمیم گرفت تا چه عملی را روی محیط انجام دهد، دستور میدهد تا آن عمل روی محیط انجام شود.
اسلاید 25: 25سیستم های بلادرنگ همه جا هستند همان طور که قبلا اشاره شد، از این سیستم ها در مكانهايي که نیاز به دقت عمل و سرعت عمل است، استفاده می شود. به طور کلی می توان سیستم های بلادرنگ را با توجه به کاربردشان در گروه های زیر تقسیم بندی کرد:کنترل وسایل نقلیه و حمل و نقل:سیستم کنترل پروازدر فرودگاه ها کنترل ترافیک درخیابان ها ماموریت های فضایی کنترل شبکه ریل آهن در ایستگاه های راه آهنکنترل تاسیسات:تاسیسات شیمیایی و هسته ای و ... کنترل کارخانجات و کارگاه هابانک های اطلاعاتی:سیستم های رزرو (مثل سیستم رزرو بلیط هواپیما) و ثبت نامانتقال مکالمات تلفنی در مراکز تلفن شهریردیابی رادارها
اسلاید 26: لوازم خانگی:گوشی های تلفن همراه اجاق های ماکروویو,ماشین های لباسشویی، یخچال هاپردازش تصویر:برنامه های چند رسانه ای گوشی های تلفن همراه، دوربین های دیجیتال؛پخش کننده های رسانه ای قابل حمل، تلویزیون های پیشرفتهتله تایپ، کامل کننده واقعیت:سیستم های مراقبت ویدیوییسیستم های معاینه کننده صنعتی وسایلی که برای گرفتن عکس در پزشکی استفاده می شود.26
اسلاید 27: 27از زمانی که کشورهای مختلف با سیستم های بلادرنگ آشنا شدند، شروع به ساخت تجهیزاتی کردند که با این تکنولوژی (بلادرنگ) کار كند که البته در مواردی، این کار با شکست مواجه می شد. مثلا:Ariane ۵:آرین ۵ که در سال ۱۹۹۶، ۴۰ ثانیه پس از آنکه اولین پروازش را شروع کرد، منفجر شد.Apollo ۱۱:نام اولین فرودگاه قمری که دارای سیستم «کنترل اضافه بار» بود، و این سیستم تا زمانی که اضافه بار فضاپیماها را کنترل کند، اجازه فرودآمدن نمی داد و این کنترل، بسیار آهسته انجام می شد.Therac ۲۵:ماشینی پرتو افکن، که با رایانه کنترل می شد و برای درمان تومورها استفاده می شد و دارای دو وضعیت:حالت الکترون (با انرژی کم) و دیگری حالت X ray (با انرژی زیاد) بود و تابش بیش از حد پرتو، منجر به ۶ مرگ و جراحی های بسیار خطرناک شده بود.
اسلاید 28: 28انواع سیستم بلادرنگ در سیستم های بلادرنگ، هر وظیفه یک وقفه (Deadline) نام دارد، بایستی توجه کنید که وقفه به معنای توقف نیست! بلکه مدت زمانی است که یک وظیفه به طور کامل انجام می شود و تقسیم بندی سیستم های بلادرنگ نیز دقیقا بر اساس وقفه است.سیستم بلادرنگ سخت (Hard): در این نوع سیستم بلادرنگ، کار انجام شده توسط سیستم، بایستی دقیقا به موقع انجام شود و هیچ گونه تاخیری قابل قبول نیست و اگر نه سبب ناتوانی سیستم می شود.سیستم بلادرنگ نرم (Soft): در این نوع سیستم ها، اگر وقفه به موقع انجام شود باعث بهتر اجرا شدن آن عمل می شود، ولی گاهی مواقع آن عمل دیرتر هم می تواند انجام شود و این سیستم ها سعی می کنند تا وقفه را اجرا کنند، یعنی این سیستم ها به دلیل اینکه تاخیر را مجاز می دانند، در جاهایی کاربرد دارند که حساسیت انجام کارها در آنجا پایین باشد. مثلا در برنامه های چندرسانه ای یا نمایش دهنده های وضعیت.سیستم بلادرنگ ثابت (Firm): در این نوع سیستم های بلادرنگ که معمولا در تقسیم بندی ها به عنوان یک نوع مجزا، محسوب نمی شوند، وقفه ها هم به صورت سخت و هم به صورت نرم هستند. یعنی اجرا نشدن وقفه، آن عمل را بی فایده می کند (مثل وقفه های سخت) هر چند که گهگاه این وقفه می تواند اجرا نشود (مثل وقفه های نرم).
اسلاید 29: 29
اسلاید 30: مزایا و معایب همان طور که گفته شد، کنترل همزمان (Concurrent Control)، برای پردازش سریع، امنیت بالا و قابل اطمینان بودن در سیستم های بلادرنگی که کارهای بحرانی و حساس انجام می دهند و پیش بینی پذیری و تضمین کردن انجام کارها، از مزایای بارز این سیستم ها هستند. این سیستم ها بزرگ و پیچیده هستند و همچنین در این سیستم ها اجازه ترکیب سخت افزار و نرم افزار سیستم های بلادرنگ داده نمی شود.30
اسلاید 31: 31مثال عملی از سیستم های بلادرنگکنترل شدت جریان آب درون لوله آب را به وسیله سیستم بلادرنگ، نشان می دهند ومی توان از آن در شرکت آب و فاضلاب نیز استفاده کرد، یک جریان سنج در مسیر لوله آب قرار می گیرد و پس از اندازه گیری شدت جریان آب، میزان شدت را در اختیار سیستم قرار می دهد، سیستم هم با توجه به شدت جریان آب، اگر شدت جریان کم باشد، زاویه فعلی شیر کنترل را بیش تر می کند و بالعکس. اگر شدت جریان آب زیاد باشد، زاویه کمتری را برای شیر کنترل مشخص می کند، به این صورت شدت جریان خروجی آب از درون لوله کاملا کنترل می شود.
اسلاید 32: 32برنامه نویسی تمامی سیستم های بلادرنگ دارای یک نرم افزار بلادرنگ هستند و این نرم افزار به وسیله یک زبان برنامه نویسی خاص تهیه می شود، در واقع یکی از راه های ایمن سازی سیستم ها، انتخاب زبان برنامه نویسی مناسب کارا است. عموما از ویژگی های این زبان ها شامل سادگی، خوانایی، بدون ابهام بودن، ایمن بودن، مستقل از زمان بودن و قابل حمل بودن است. همانطور که گفته شد این زبان ها بایستی بتوانند بلادرنگ عمل کنند و در نتیجه هر زبانی برای این کار مناسب نیست و در اینجا نمونه هایی از زبان های برنامه سازی بلادرنگ که از ابتدا تا کنون مورد استفاده قرار گرفته و می گیرد را مشاهده می کنید:Ada، Real time Java، C، Erlang، Esterel، Real time Euclid، Posix، Lustre، SAFL Statecharts، Chill، Modula ۲، Mesa، FRP، RTL/۲، Coral ۶۶، Jovial و ... است.
اسلاید 33: 33تهیه وتنظیم:ملیحه غفاریان مرضیه انصاری فریبا سلیمانیاندانشگاه علمی کاربردی مخابرات رشته امنیت اطلاعاتبهار92
نقد و بررسی ها
هیچ نظری برای این پاورپوینت نوشته نشده است.