Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Компоненты ОС).pdf

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.

Понятие

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.