Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Компоненты ОС).pdf
Добавлен: 25.06.2023
Просмотров: 57
Скачиваний: 3
Введение
Данный курсовой проект посвящен теме "Функции операционных систем персональных компьютеров". Данная тема более чем актуальна в наше время, так как невозможно представить какую-либо деятельность человека без применения персонального компьютера. А если и есть, то за редким исключением где требуется только низкоквалифицированная рабочая сила. В настоящее время операционные системы совершенствуются и обновляются намного чаще нежели в прошлом веке, а значит их разработка ведется все более интенсивно и качественно, учитывая опыт прошлых лет.
Операционная система (ОС) – Комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами вычислительного устройства и организации взаимодействия с пользователем.
Главные качества операционных систем для пользователя являются: отказоустойчивость, безопасность, скорость, совместимость периферийных устройств. Также есть и многие другие аспекты ОС, которые так же важны для нормального функционирования операционной системы. Но к сожалению в наше время, безопасность операционных систем стала главной проблемной для человечества в сфере Информационных технологий. А скорость и отказоустойчивость системы стали главной целью в гонке за лидерство Компаний-разработчиков.
Сейчас разработку ОС ведут: компания Microsoft Corporation (как правило, упоминается просто как Microsoft, распространено сокращение MS) -Одна из крупнейших транснациональных компаний по производству проприетарного программного обеспечения для различного рода вычислительной техники – персональных компьютеров, игровых приставок, КПК, мобильных телефонов и прочего, разработчик наиболее широко распространенной на данный момент в мире программной платформы – семейства операционных систем Windows.
Apple Inc. – Американская корпорация, производитель персональных компьютеров, аудиоплееров, телефонов, программного обеспечения. Один из пионеров в области персональных компьютеров и современных многозадачных операционных систем с графическим интерфейсом. Mac OS (Macintosh Operating System) – семейство проприетарных операционных систем. Разработана для линейки персональных компьютеров Macintosh. Популяризация графического интерфейса пользователя в современных ОС часто считается заслугой Mac OS. Она была впервые представлена в 1984 году вместе с персональным компьютером Macintosh 128K.
Linux – общее название Unix-подобных операционных систем, основанных на одноименном ядре. Ядро Linux создается и распространяется в соответствии с моделью разработки свободного и открытого ПО. Поэтому общее название не подразумевает какой-либо единой «официальной» комплектации Linux; они распространяются бесплатно в виде различных готовых дистрибутивов. Первый релиз системы состоялся 5 октября 1991 года.
На начальном этапе Linux бесплатно разрабатывался только энтузиастами-добровольцами, но с успехом Linux и его массовым коммерческим использованием дорабатывать ОС и вносить свой вклад стали и компании, со временем став значительной силой.
Наиболее известные дистрибутивы:
Debian GNU/Linux – один из старейших дистрибутивов, разрабатываемый обширным сообществом разработчиков. Служит основой для создания множества других дистрибутивов. Отличается строгим подходом к включению несвободного ПО.
Ubuntu – дистрибутив основанный на Debian и быстро завоевавший популярность. Поддерживается сообществом разработчиков Canonical Ltd. Основная сборка ориентирована на легкость в освоении и использовании, при этом существуют серверная и минимальная сборки.
Linux Mint – дистрибутив, основанный на Ubuntu и полностью с ним совместимый, включающий в себя по умолчанию Java, Adobe Flash и многое другое.
Fedora – поддерживается сообществом и корпорацией RedHat, предшествует выпускам коммерческой версии RHEL (Red Hat Enterprise Linux).
В данной курсовой работе описывается история появления операционных систем. Задачи которые операционные системы выполняют и их функции. Основными источниками является научная литература, авторские книги, интернет ресурсы, образовательные порталы и авторские курсы.
Современные операционные системы выполняют три основные функции. Во-первых, они упрощают использование аппаратных средств компьютера, и делает работу с ним эффективной и удобной. Во-вторых, важным свойством операционных систем является унификация программного обеспечения. Раньше программы были машинно-зависимыми. То есть программа, написанная для одного компьютера, не могла работать на другом, пусть даже таком же компьютере, без корректировки. С появлением операционных систем, программистам больше не надо переписывать приложения для каждого нового компьютера, так как все машинно-зависимые части программы были перенесены в код операционных систем. В-третьих, операционная система должна быть организована так, чтобы она допускала эффективную разработку, тестирование и внедрение новых приложений и системных функций, причем это не должно мешать нормальному функционированию вычислительной системы.
Простой пользователь обычно не интересуется деталями устройства аппаратного обеспечения компьютера, а компьютер видится ему как набор полезных программ, причем для него не существенно, выполняется та или иная функция компьютера аппаратными или программными средствами. Отсюда возникает понятие о виртуальной вычислительной машине, обладающей некоторыми свойствами, реализуемыми совокупностью аппаратных и программных средств. Виртуальная вычислительная машина заметно отличается от реальной, и зачастую ее характеристики превосходят характеристики просто аппаратных средств. Появление термина «виртуальная машина» явилось очень важным шагом в развитии вычислительной техники.
Для программистов операционная система видится как набор системных функций, используя которые он создает свои собственные программы. Наиболее важными функциями являются те, которые скрывают от программиста детали аппаратного обеспечения и предоставляет ему удобный интерфейс для использования системы. Операционная система выступает в роли посредника, облегчая программисту и программным приложениям доступ к различным службам и возможностям
Типичная современная операционная система предоставляет пользователям некоторых набор сервисов. Во-первых, это разработка программ. Содействуя программисту при разработке программ, операционная система предоставляет ему разнообразные инструменты и сервисы, например редакторы, компиляторы или отладчики. Обычно эти сервисы реализованы в виде программ, которые поддерживаются операционной системой, хотя и не входят в ее ядро.
Во-вторых, операционная система предоставляет возможность запуска программ. Для этого производится ряд действий, скрытых от пользователя: следует загрузить в основную память команды и данные, инициализировать устройства ввода-вывода и файлы, а также подготовить другие ресурсы. Операционная система выполняет всю эту рутинную работу вместо пользователя.
В-третьих, операционная система предоставляет доступ к устройствам ввода-вывода. Для управления работой каждого устройства ввода-вывода нужен свой особый набор команд или контрольных сигналов. Операционная система предоставляет пользователю единообразный интерфейс, который скрывает все эти детали, и обеспечивает программисту доступ к устройствам ввода-вывода с помощью простых команд чтения и записи.
При работе компьютерной системы могут происходить разнообразные сбои. К их числу относятся внутренние и внешние ошибки, возникшие в аппаратном обеспечении, например, ошибки памяти, отказ или сбой устройств. Возможны и различные программные ошибки, такие, как арифметическое переполнение, попытка обратиться к ячейке памяти, доступ к которой запрещен, или невозможность выполнения запроса программы. В каждом из этих случаев операционная система должна выполнить действия, минимизирующие влияние ошибки на работу приложения. Реакция операционной системы на ошибку может быть различной — от простого сообщения об ошибке до аварийного останова программы, вызвавшей ее.
Современная операционная система должна иметь средства учета использования различных ресурсов и отображения параметров производительности. Эта информация крайне важна в любой системе, особенно в связи с необходимостью дальнейших улучшений и настройки вычислительной системы для повышения ее производительности.
Операционные системы можно классифицировать по нескольким признакам. По назначению выделяют системы общего назначения и специализированные операционные системы. Последние используются в специализированной вычислительной технике, например, бытовой технике, автомобилях, спецвычислителях военного применения. По количеству одновременно работающих пользователей, операционные системы можно разделить на однопользовательские и многопользовательские. По количеству одновременно работающих программ операционные системы делят на однозадачные и многозадачные.
Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры, содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без операционной системы, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске.
Операционные системы нужны:
-Если нужен универсальный механизм сохранения данных
-Для предоставления системным библиотекам часто используемых подпрограмм
-Для распределения полномочий
-Необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере
-Для управления процессами выполнения отдельных программ,
Таким образом, современные универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как:
-Использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным)
-Многопользовательские (с разделением полномочий)
-Многозадачные (с разделением времени)
Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов в самой операционной системе. В составе операционной системы различают три группы компонентов:
-Ядро
-Системные библиотеки
-Оболочка с утилитами
1. Развитие и основные идеи
Предшественником операционных систем следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).
В 1950—1960-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы.
1.1. Пакетный режим
Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.
1.2. Разделение времени и многозадачность
Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.
Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы). Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.
Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные вычисления) — в пакетном режиме.
1.3. Разделение полномочий
Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или по ошибке), а также изменения самой системы прикладной программой.