Welche Betriebssysteme gibt es?

… Windows, Linux, Unix, DOS, OS/2 …

Skizziere  das Blockschaltbild eines von - Neumann-Rechners und erläutere Aufgaben und Wirkungsweise der einzelnen Elemente! 

Die Von-Neumann-Architektur (auch Von-Neumann-Rechner), benannt nach John von Neumann, ist ein Schaltungskonzept zur Realisierung universeller Computer, welches folgende Komponenten enthält :
· Rechenwerk (führt Rechenoperationen und logische Verknüpfungen aus) 
· Speicherwerk (speichert sowohl Programme als auch Daten welche für das Rechenwerk zugänglich sind) 
· Steuerwerk (interpretiert die Anweisungen eines Programms und steuert die Ausführung dieser Befehle) 
· Eingabewerk (steuert Dateneingabe) 
· Ausgabewerk (steuert Datenausgabe) 

Gib einen kurzen Überblick über bekannte Betriebssystemen.

Einordnung des Betriebssystems in die Rechnerarchitektur

Rechensysteme sind heute sehr komplexe Systeme, die in der Einheit von Hard- und Software zu betrachten sind. Software, die im allgemeinen die Basis für die einzelnen vom Nutzer einzusetzenden Applikationen darstellen, heißt Systemsoftware. Diese kann wie folgt klassifiziert werden: 
v  Betriebssystem (BS): Software zur Realisierung des Betriebs des Rechensystems 
v  Dienstleistungssystem (DS): Komplexe Software-Werkzeuge zur Konvertierung der Darstellung, der Träger und Folge von Daten 
v  Programmiersystem (PS): Software zur Herstellung von Steuerungen 
v  User Interface (UI): Schnittstelle für Programmierung 
v  Applikationen (Appl): Anwendungssoftware wie z. B. Textverarbeitung, Datenbanksystemen, Grafikprogramme 

Was versteht man unter einem Betriebssystem ?

Das Betriebssystem ist das grundlegendste aller Systemprogramme, das alle Betriebsmittel verwaltet und eine Basis liefert, auf der Anwendungsprogramme programmiert werden können.

Nenne die Aufgaben eines Betriebssystems.

1) Abstraktion von der Hardware

2) Betriebsmittelverwaltung

3) Steuerung des Betriebsablaufs

4) Protokollierung und Abrechnung

5) Schutz und Sicherheit

Um einen Überblick über die Vielfalt von Betriebssystemen herzustellen, ist es sinnvoll, Betriebssysteme zu klassifizieren:

Warum Modellierung ?

Modellbildung zur Abstraktion

•     Vereinfachung

•     Simulation

•     Leistungssteigerung

•     Schlussfolgerungen

•     Verifikation

Betriebssysteme sind groß und kompliziert, schwer verständlich --> deshalb Modellierung

Die Modellierung eines Rechensystems ist eine Abbildung des realen Systems in ein Modell unter Abstraktion auf bestimmte Kriterien. Durch das Modell wird das System formal durch eine Theorie beschrieben und es können Gesetzmäßigkeiten formuliert werden.

Für die Modellierung eines Betriebssystems werden folgende Kriterien genutzt:

v Architkektur: Struktur und Funkionalität der Elemente

v Relationen der Elemente

v Steuerung der Elemente

v Relationen des Systems zur Umwelt

v Implementation des Systems

Definiere das Hierarchische Schichtenmodell und erläutere die Dienst- und Steuerungshierarchie.

Objekte (Betriebsmittel, Aktivitäten) werden Schichten zugeordnet

   komplexe Objekte werden auf elementare abgebildet

   Jede Schicht nutzt die Objekte der darunter liegenden Schicht

Diensthierarchie: z.B. TCP-Protokollinstanz nutzt IP-Protokollinstanz

   Jede Schicht wird durch die darunter liegende gesteuert (außer Hardwareschicht)

    z.B. Zeitgeber (PIT) steuert Timerinterrupt (08h), und das steuert PUM, der steuert Applikationen

Ordne diese Betriebsmittel in physische und logische.

Hauptspeicher, Datei, Prozessor, Partition, Drucker, Tastatur, Seite im virtuellen Speicher, Festplatte, Programmtext, Interrupt

Erläutere die allgemeine Definition von Betriebsmittel an einem selbstgewählten Beispiel.

alles im System ist ein Betriebsmittel, es gibt physische und logische Betriebsmittel; kann man anfassen

Beispiel: Hauptspeicher:

Identifikator id: Der Hauptspeicher muss nicht unbedingt über einen Identifikator verfügen, da es in der klassischen von-Neumann-Architektur nur einen physischen Hauptspeicher gibt.

Adressbereich ADR: Aktuelle Prozessoren nutzen zur Adressierung des Hauptspeichers 32-Bit-Worte, damit ergibt sich der Adressbereich zu ADR = {0 ...

Wertebereich WERT: Die Elemente des Hauptspeichers sind die byteweise organisierten Speicherzellen. Damit kann jede Speicherzelle einen Wert von 0000 0000 bis 1111 1111 oder hexadezimal 0x00 bis 0xff annehmen. Dezimal geschrieben ergibt sich für WERT = {0 .... .}

Menge der Funktionen FUNKT: Die Elemente des Hauptspeichers können geschrieben oder gelesen werden. Damit gilt für FUNKT = { Lesen, Schreiben } oder FUNKT = { (IN = 0, OUT = 1), (IN = 1, OUT = 0)}, wenn man mit OUT ein Steuersignal Lesen und mit IN ein Steuersignal Schreiben verknüpft.

Zustand Z(t): Der Zustand des Betriebsmittels Hauptspeicher ergibt sich zu , wobei in unserem Beispiel n = 256. Um die Menge aller möglichen Zustände abschätzen zu können, betrachten wir zur Vereinfachung die Adressierung mittels einer 16-Bit-Zahl. Bei diesen Bedingungen ergibt sich für die Anzahl aller möglichen Zustände bereits |Z(t)| =. Zu beachten ist, dass der Zustand des Betriebsmittels eine Funktion der Zeit ist. Eine Änderung des Zustandes eines beliebigen Betriebsmittels im System kann nur durch Funktionen des Systems erbracht werden:

Bestimme die Tupel der folgenden Betriebsmittel: Festplatte mit Kapazität 1 GB sowie einer Datei.

Festplatte:

 Datei

Nach welchen Kriterien können Betriebsmittel klassifiziert werden ? Gib für jede Klassifikation mind. zwei Betriebsmittel an!

Ob es ein physisches (HardWare)- oder logisches (SoftWare)-Betriebsmittel

· Hardware-Betriebsmittel: Drucker, Prozessor, Hauptspeicher

· Software-Betriebsmittel: Datei, Programmcode, Signale, Nachrichten

            Kann eine Aktivität einer anderen Aktivität das Betriebsmittel entziehen?

         +    Entziehbare Betriebsmittel: Prozessor, Speicher

         +    Nicht entziehbare Betriebsmittel: Drucker, Datei, alle verbrauchbaren BM

            Kann das Betriebsmittel mehreren Aktivitäten gleichzeitig zugeteilt werden?

· Exklusiv zuteilbare Betriebsmittel: Prozessor, Drucker, Signal

· Gleichzeitig zuteilbare Betriebsmittel: Datei, Hauptspeiche, Programmcode

            Kann das Betriebsmittel mehrfach oder nur einmal genutzt werden?

· Nicht wiederverwendbare Betriebsmittel: Nachricht, Signal, Interrupt

· Wiederverwendbare Betriebsmittel: Prozessor, Drucker, Datei