Betriebssysteme und Computerarchitektur Quiz
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Welche der folgenden Aussagen über das Betriebssystem MS-DOS ist korrekt?

  • MS-DOS wurde von IBM entwickelt, um als Betriebssystem für ihre neuen PCs zu dienen.
  • MS-DOS entstand aus der Zusammenarbeit von IBM und Seattle Computer Products. (correct)
  • MS-DOS wurde ursprünglich von Digital Research entwickelt und dann von IBM übernommen.
  • MS-DOS war ein Betriebssystem, das speziell für die Verwendung mit Apple Macintosh-Computern entwickelt wurde.

    • Welche der folgenden Aussagen über Netzwerkbetriebssysteme (NOS) ist falsch?

  • Benutzer eines Netzwerks mit NOS sind sich der einzelnen beteiligten Computer bewusst. (correct)
  • NOS werden verwendet, um Ressourcen in einem Netzwerk zu verwalten und zu koordinieren.
  • Beispiele für NOS sind Novell, Windows, Unix OS und Linux-basierte Betriebssysteme.
  • NOS ermöglichen es Benutzern, auf Ressourcen zuzugreifen, unabhängig von ihrem Standort im Netzwerk, ohne die Verteilung der Ressourcen zu beachten.

    • Welche der folgenden Merkmale sind charakteristisch für Rechner der 5. Generation?

  • Begrenzte Möglichkeiten zur Kommunikation durch mobile Systeme.
  • Verteilte Systeme wie Cluster-, Cloud- und Grid-Computing. (correct)
  • Vorwiegend proprietäre Software und geschlossene Systeme.
  • Große, zentrale Rechenzentren mit spezialisierter Hard- und Software.

    • Welche der folgenden Aussagen über die Java-Plattform ist korrekt?

    <p>Die Java-Plattform bietet eine virtuelle Maschine, die es ermöglicht, Java-Code unabhängig vom zugrunde liegenden Betriebssystem auszuführen. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Betriebssysteme ist kein Beispiel für ein Linux-basiertes Betriebssystem?

    <p>macOS (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die IBM Lochkarte sind korrekt? (Mehrere Antworten möglich)

    <p>Die IBM Lochkarte verwendete einen 6-Bit-Code, der BCD (Binär Codierte Dezimalwerte) hieß. (A), Die 96 Spalten waren in 3 Reihen mit je 32 Spalten aufgeteilt. (B), Die IBM Lochkarte konnte sowohl 6-Bit-BCD als auch 8-Bit-ECDIC-Code verwenden. (C), Die IBM Lochkarte hatte 96 Spalten. (D)</p> Signup and view all the answers

    Was war eine der wichtigsten Innovationen der von-Neumann-Architektur?

    <p>Die Fähigkeit, Programme und Daten im selben Speicher zu speichern. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welches Problem wurde durch Mini-Computer gelöst?

    <p>Die begrenzte Anzahl an Benutzern, die gleichzeitig auf einen Computer zugreifen konnten. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Bedeutung von CTSS und MULTICS im Kontext von Mini-Computern?

    <p>Sie waren die ersten erfolgreichen Betriebssysteme, die auf Mini-Computern entwickelt wurden. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Eigenschaften trifft auf UNIX zu?

    <p>Es war die Grundlage für viele moderne Betriebssysteme. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was war der Hauptgrund für die Entwicklung von UNIX?

    <p>Um ein alternatives Betriebssystem zu MULTICS zu entwickeln, das leichter zu implementieren und zu verwalten war. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Entwicklung von UNIX ist korrekt?

    <p>UNIX wurde ursprünglich in Assembler geschrieben und später in C portiert. (D)</p> Signup and view all the answers

    Was ist POSIX und welche Bedeutung hat es für die Entwicklung von Betriebssystemen?

    <p>POSIX ist ein Standard, der die Interoperabilität von Betriebssystemen durch die Definition von Schnittstellen für Systemdienste gewährleistet. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über den Datentransfer zwischen CPU und Zentralspeicher ist korrekt?

    <p>Die CPU verschiebt Daten zwischen dem Zentralspeicher und den E/A-Geräten. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welches Feature sorgt dafür, dass ein Betriebssystem den Eindruck von Multi-Tasking vermittelt, obwohl nur ein Prozess gleichzeitig ausgeführt werden kann?

    <p>Das schnelle Umschalten zwischen verschiedenen Prozessen durch Interrupts. (B)</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein wesentlicher Unterschied zwischen synchronen und asynchronen Ein-/Ausgabemethoden?

    <p>Synchrone Methoden blockieren den anfragenden Prozess, bis die Eingabe/Ausgabe abgeschlossen ist, während asynchrone Methoden den Prozess weiterlaufen lassen. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über das Unix-Betriebssystem stimmt?

    <p>Unix bietet eine einheitliche API, aber einige Systeme können Unterschiede in den verfügbaren Systemcalls aufweisen. (B)</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Hauptvorteil eines Mikrokerns wie Mach?

    <p>Er ermöglicht die einfache Anpassung und Erweiterung des Systems durch austauschbarer Systemdienste auf Benutzerebene. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welchen Zweck hat der Interrupt-Handler im Betriebssystem?

    <p>Er behandelt eingehende Interrupts von Geräten und Software. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Funktionsweise des Kernel-Modes im Betriebssystem?

    <p>Der Kernel-Mode bietet erhöhte Privilegien und direkten Zugriff auf Systemressourcen. (B)</p> Signup and view all the answers

    Was ist kein Merkmal eines Von-Neumann-Rechners?

    <p>Die CPU hat eine feste Programmierung und kann nur bestimmte Aufgaben ausführen. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden ist kein Merkmal von Betriebssystemen?

    <p>Automatische Installation von Hardware und Software (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über das Betriebssystem Android ist falsch?

    <p>Android basiert ausschließlich auf Java-Technologien. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aufgabe hat die JVM im Zusammenhang mit Java-Programmen?

    <p>Die JVM übersetzt Java-Code in Maschinencode. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Merkmale eines Betriebssystems ist der wichtigste Faktor für seine Zuverlässigkeit?

    <p>Sichere Fehlerbehandlung (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Komponenten eines Computer-Systems ist richtig?

    <p>Das Betriebssystem ist die Schnittstelle zwischen Anwendungsprogrammen und der Hardware. (B)</p> Signup and view all the answers

    Welcher der folgenden Punkte ist kein typischer OS-Dienst?

    <p>Erstellung von Antivirus-Software (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Portabilität eines Betriebssystems ist richtig?

    <p>Portabilität bedeutet, dass ein Betriebssystem leicht auf andere Plattformen übertragen werden kann. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über Anwendungsprogramme ist falsch?

    <p>Anwendungsprogramme sind unabhängig vom Betriebssystem. (C)</p> Signup and view all the answers

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    Study Notes

    IBM Lochkarte

    • 96 Spalten
    • 6-Bit-Code BCD (binär codierte Dezimalwerte)
    • 3 Reihen mit je 32 Spalten
    • ODER im 8-Bit-Code ECDIC

    CPU

    • Central Processing Unit (CPU)
    • Steuert die Datenmanipulation
    • ALU (Arithmetic Logic Unit): führt Operationen mit Daten durch
    • CU (Control Unit): koordiniert die CPU-Aktivitäten
    • Register: kleine Datenspeicher (temporär)

    Von-Neumann Architektur

    • Theoretische Grundlage für Rechenautomaten
    • Steuernde Programme: Kette logischer Binär-Entscheidungen
    • Umstellung vom Dezimal- zum Binärsystem

    Computerprogramme und Daten

    • Programme und zu verarbeitende Daten werden im selben Speicher abgelegt
    • Strikte Trennung zwischen CPU und Hauptspeicher
    • Trennung zwischen Eingabe, Speicher und Ausgabe

    Erste Generation (1945-1955)

    • Mechanische Relais (elektromagnetische Schaltvorgänge, Zeitverzögerung in Sekunden)
    • Röhrenrechner
    • Programmierung in Binärcode und Steckkarten
    • Standard-Abläufe auf Lochkarten
    • Programme mussten Zeitabschnitte reservieren

    Zweite Generation (1955-1965)

    • Transistoren statt Vakuumröhren (kleiner, schneller, energiesparender)
    • Neue Berufe (Entwickler, Hersteller, Operator, Programmierer, Wartungspersonal)
    • Größere Computersysteme (Mainframes)
    • Programme auf Papier und Lochkarten
    • Stapelverarbeitung (Batch-Processing): Programme wurden zusammengefasst und gleichzeitig ausgeführt

    Integrated Circuit (IC)

    • Chips
    • Entwicklung des Transistors
    • Enthält: Transistoren, Dioden, weitere aktive/passive Bauelemente

    Mini-Computer

    • Dialogbetrieb per Terminals
    • Timesharing, mehrere Benutzer gleichzeitig
    • CTSS: Compatible Time Sharing System
    • MULTICS: MULTiplexed Information and Computing System
    • Erste Mini-Computer: DEC PDP-1 (4K 18Bit Worte)
    • Darauf wurde UNIX realisiert

    UNIX

    • Erste Entwicklung auf dem PDP-7 Mini-Computer
    • Mehrbenutzersystem
    • Alternative zu MULTICS
    • Grundlage für viele moderne Betriebssysteme (OS)
    • Kostenlose Lizenzen für Universitäten
    • Weitverbreitetest Betriebssystem (OS)
    • Entwicklung von Schnittstellen (AT&T, BSD, IEEE POSIX)
    • POSIX ist heute noch gültig (z.B. Linux)

    Entwicklung des Personal Computer

    • XEROX: erster PC mit grafischer Benutzeroberfläche (GUI) und Maus
    • IBM suchte ein Betriebssystem für PCs, Digital Research hatte kein Interesse
    • Zusammenarbeit mit Seattle Computer Products führte zu MS-DOS
    • PCs der 1980er Jahre (Sinclair, Commodore)
    • Apple Macintosh, ATARI

    Raspberry Pi

    • Einplatinencomputer
    • Günstig
    • Für DIY-Zwecke
    • RAM zwischen 512 MB und 8 GB
    • Linux-basiertes Betriebssystem (OS)
    • Unterstützt diverse Programmiersprachen

    Netzwerk

    • Netzwerkbetriebssysteme (NOS): Software, die Netzwerke verwaltet und koordiniert
    • Spezielle Software zur Verwaltung und Koordination von Netzwerkressourcen
    • Benutzer wissen von mehreren beteiligten Rechnern
    • Beispiele: Novell, Windows, Unix, Linux-basierte Betriebssysteme
    • Verteilte Betriebssysteme (distributed): Ressourcenverwaltung, Transparenz

    Rechner der 5. Generation

    • Computer = Netzwerk (Cluster, Cloud, Grid, P2P-Computing)
    • Virtualisierung
    • Open-Source Software
    • Kommunikation überall durch mobile Systeme
    • Web-Services
    • Ressourcenbedarf On-Demand
    • KI
    • Quantencomputer

    Java Plattform

    • Java™ 2 Plattform
    • Interpretierter Bytecode
    • Sandbox-Sicherheit
    • Digitale Signaturen
    • Rollenverteilung
    • Plattformunabhängigkeit

    Android

    • Linux-basiert
    • Verwendet viele Java-Bibliotheken
    • Plattformunabhängig
    • Objektorientiert
    • Entwicklungsumgebung (Ecosystem)

    Apps und mobile computing generell

    • Handset-Allianz für Innovationen
    • Android: Open-source Betriebssystem
    • Lizenzen für Hersteller sind nicht nötig
    • Betriebssystem Definition: Programme die Eigenschaften der Hardware nutzen und Programme steuern/überwachen
    • Aufgaben: Umgang zwischen Hardware und Benutzer
    • Ziel: Benutzerprogramme ausführen, Computer komfortabel verwenden, Effiziente Hardware-Nutzung, Fehlerkorrektur
    • Kern: Ein laufendes Programm
    • Effizienz: geringer Energieverbrauch, gute Performance, effektive Nutzung des Rechners

    Betriebssystem Grundlagen

    • Definition: Programme eines digitalen Rechensystems, die neben den Hardwareigenschaften einen Teil der möglichen Betriebsarten definieren und die Ausführung von Programmen steuern.
    • Aufgaben: Kommunikation und Verwaltung zwischen Benutzer und Hardware, Steuerung der Programme, Verteilung von Ressourcen, Fehlerbehandlung.

    OS-Dienste

    • Auftragsverwaltung (Job Management)
    • Auftragsablaufsteuerung (Prozessverwaltung und Synchronisierung)
    • Arbeitsspeicher/ Prozessadressraumverwaltung
    • Katalog-Management (Objektverwaltung)
    • Datenmanagement
    • Eingabe/Ausgabemanagement
    • Zeitverwaltung
    • Kommunikationsmanagement
    • Wartungsmanagement
    • Systemadministration

    Computer-System Organisation

    • Hardware (CPU, Speicher, E/A-Geräte)
    • Betriebssystem (Steuerung und Koordination)
    • Anwendungsprogramme (Nutzeranwendung)
    • Benutzer (Menschen, Maschinen, andere Computer)

    Computer-System-Operationen

    • Ein/Ausgabe-Geräte und CPU können gleichzeitig funktionieren
    • Controller steuert einen Gerätetyp
    • CPU verschiebt Daten zwischen Speicher und Geräten
    • Geräte informierte die CPU über den Beendigung ihres Betriebs über einen Interrupt

    Interrupt

    • Betriebssysteme sind Interrupt-gesteuert
    • Interrupt: ein Signal von einem Gerät oder aus Software für das BS.
    • Der Computer führt nur einen Prozess gleichzeitig aus
    • Interrupts simulieren Multitasking

    Interrupt-Handler

    • Bedient Interrupt-Signale
    • Priorisiert Interrupts
    • Setzt die Interrupts auf den Stack

    User- und Kernel-Mode

    • Bei Wechsel in Kernel erhöht Zugriffsrecht und deaktiviert Schutzmechanismen
    • Meist Hardware-basiert und vom Benutzer nicht manipulierbar
    • Systemrufe: Speichern von Parametern im Stack und lösen eines Softwareinterrupts aus
    • Benutzer-Modus: Benutzer-Shell, Anwendungen
    • Kernel-Modus: Schnittstellen, Verwaltung von Speicher, Prozessen

    Synchrone vs. Asynchrone I/O-Methoden

    • Synchrone: Anfordernder Prozess muss warten
    • Asynchrone: Prozess läuft weiter, während Übertragung stattfindet

    Unix und Posix

    • Strukturen von Unix können unterschiedlich sein
    • Unterschiede in den Systemrufen
    • Posix: Portabilität und Standardisierung von Systemrufen
    • Ziel: Systemunterschiede abstrahieren (hidden)
    • Mach (Nachfolger von Unix): Mikrokern-System, alle Systemdienste auf Benutzerebene

    Von-Neumann und Universalrechner

    • Idee und Aufbau eines Universalrechners
    • Daten und Programme in binärem Code, im gemeinsamen Speicher
    • CPU besteht aus: Rechenwerk (ALU), Steuerwerk, Adressbus, Datenbus, Steuerbus
    • Datenbus: Austausch zwischen CPU, Speicher und Peripherie
    • CPU-Registergröße (Anzahl an Bit): Größe des Arbeitsregisters im Rechenwerk

    Speicherhierarchie

    • Register
    • Interner Cache
    • Externer Cache
    • Hauptspeicher
    • SSD/CompactFlash
    • Festplatten
    • Optische Laufwerke (CD/DVD)
    • Magnetoptische Laufwerke
    • Magnetbänder

    User Interfaces

    • CLI (Command Line Interface): Direkte Kommandoeingabe
    • Shells (z.B. bash)
    • GUI (Graphical User Interface): grafische Oberfläche
    • Desktop und diverse Anwendungen

    System Calls

    • Programmierte Schnittstellen zwischen OS und Programmen
    • In C/C++ geschrieben
    • API-basiert

    Kernelarchitekturen (Monolithisch)

    • Großteil des BS ist im Kernel
    • Moduläre Organisation
    • Vorteil: schneller, wenig Kontextwechsel
    • Nachteil: Komplexitätswachstum und schwierige Korrektur von Fehlern

    Kernelarchitekturen (Mikrokern)

    • Nur grundlegende Funktionen im Kernel
    • Vorteile: Stabilität, Sicherheit und Flexibilität
    • Nachteile: Komplexer zu erstellen, langsamere Prozesse

    Makrokernel

    • Eine Mischform von Monolithischen und Mikrokern
    • Vorteile: Gute Performance
    • Nachteile: Komplexität

    Scheduling

    • Multitasking: Prozesse gleichzeitig ausführen
    • Dispatcher: Umschalten zwischen Prozessen
    • Dispatch Overhead: Zeit für Umschaltung
    • Scheduler: Zeitpunk und Reihenfolge des Wechsels
    • CPU Burst: Zeit, die ein Prozess in Folge kontinuierlich die CPU benutzt
    • CPU-Nutzung: Messung der Prozessorbenutzung
    • Durchsatz: Anzahl der pro Zeiteinheit beendeten Prozesse
    • Turnaround-Zeit: Gesamtzeit für einen Prozess
    • Wartezeit: Zeit, die ein Prozess zum Warten braucht
    • Antwortzeit: Zeit bis zur ersten Antwort
    • Fairness: Prozesse werden nach bestimmten Kriterien berücksichtigt

    FCFS (First Come, First Served)

    • Vorteile: Einfach zu implementieren, geringe Verwaltungskosten, Fair
    • Nachteile: Kurze Prozesse müssen lange warten, Konvoi-effekt

    Priority Scheduling

    • Einteilung der Prozesse in Prioritätsklassen
    • Vorteil: Wichtige Prozesse werden schnell bearbeitet
    • Nachteil: Prioritätsassignierung ist unklar (unfair)

    Round Robin (RR)

    • Prozessen wird ein Zeitquantum zugewiesen
    • Vorteil: akzeptable Reaktionszeiten für kurze Prozesse und geringe Verwaltungsaufwand
    • Nachteil: Overhead aufgrund der Kontextwechsel

    Multi-Level Queue Scheduling

    • Prozesse werden in verschiedene Klassen eingeteilt (Vordergrund, Hintergrund)
    • Unterschiedliche Scheduling-Algorithmen pro Klasse

    Real-Time Scheduling

    • Hard Real-time: Kritische Aufgabe muss innerhalb einer vorgegebenen Zeit ausgeführt werden
    • Soft Real-time: Kritische Prozesse erhalten höhere Priorität

    Threads

    • Leichtgewichtige Prozesse
    • Im selben Adressraum wie der Prozess
    • Können auf die Ressourcen des Prozesses zugreifen
    • Mehrere Threads können ein Programm gleichzeitig ausführen

    Speichermedien

    • Bitmaps vs. Verkettete Liste: unterschiedliche Dateisysteme und Strategien für Speichermanagement.
    • Bitmaps: kompakte Darstellung für einfache Verwaltung und geeignet für kleine Speicherblöcke; Nachteil: Lineare Suche
    • Verkettete Listen: flexibles Speichermanagement für große Speichersegmente und effiziente Verwaltung von Speicherblöcken; Nachteil: hoher Speicherbedarf
    • First Fit, Next Fit, Best Fit, Worst Fit Algorithmen

    Paging

    • Virtual/physische Adressierung
    • Schnelle Adressübersetzung
    • Virtuelle Adressen werden in Logische Seiten und Offset aufgeteilt;
    • Seiten werden in physische Frames übertragen (physische Adresse)
    • Umsetzungstabelle (Page Table): Verbindung virtueller und physischer Adressen
    • Paging als Hauptspeicherverwaltung; Verwaltung von Pages;
    • Seitentabelle: Tabelle die die Verbindung von virtual- und physischen Adressen hält;

    Speicherverwaltung

    • Speicherverwaltung, Speicherstrukturen, Bitmaps, Verkettete Listen
    • Flexible Partitionen, feste Partitionen
    • Paging (Systeme mit virtuellem Speicher)
    • Segmentierung, Virtueller Speicher, Unterstützungssoftware für den Speicher

    Prozessbaum

    • Darstellung von Prozessen und deren Elternprozessbeziehung
    • Prozess-Baumstruktur und Eltern-Kind-Prozess
    • Fork(), Exec()

    Zombie-Prozesse

    • Kindsprozesse, die gestorben sind aber deren Status nicht vom Elternprozess verarbeitet wurde

    Kritische Abschnitte

    • Code, der auf gemeinsam genutzte Ressourcen zugreift
    • Problem: race condition
    • Lösungsmöglichkeiten: Mutual Exclusion, Semaphoren, Lock-Mechanismen

    Synchronisation von Prozessen

    • Datenabhängige Prozesse
    • Lost Update
    • Dirty read
    • Inconsistent read

    Interprozesskommunikation (IPC)

    • Shared memory: Prozesse teilen sich einen gemeinsamen Speicherbereich
    • Message Passing: Prozesse tauschen Nachrichten über einen Message Queue aus

    Zwei IPC-Modelle

    • Shared Memory
    • Message Passing

    Multithreading

    • Viele Prozesse gleichzeitig ausgeführt (parallel)
    • Prozess-Management, Prozess-Status, Kommunikation

    Mehrprogrammbetrieb

    • Mehrere Programme gleichzeitig im Hauptspeicher
    • Partitionierung
    • Flexible Partitionierung

    RAID

    • Redundant Array of Independent Disks
    • Verschlüsselte Datenredundanz
    • Verteilte Datenredundanz
    • RAID 0, 1, 5, 10
    • Datenverlustvermeidung

    Dateisysteme

    • Abstraktion physikalischer Speichermedien
    • Verwaltung von Dateinamen, Metadaten und Dateigröße
    • Partitionierung
    • Formatierung (auf einer Festplatte)

    Datei-Zugriffsarten

    • Sequentiell
    • Relativ

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    Betriebssysteme Zusammenfassung PDF

    Description

    Testen Sie Ihr Wissen über verschiedene Betriebssysteme wie MS-DOS, UNIX und Mini-Computer. Beantworten Sie Fragen zur Entwicklung, wichtigen Innovationen und charakteristischen Merkmalen dieser Systeme. Ideal für Studierende der Informatik oder Technikinteressierte.

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