Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

Введение

Какую программу на компьютере мы запускаем первой? Браузер? Может приложения MC Office? А вот и не так! Первым делом мы запускаем операционную систему – королеву всех программ и настоящий переводчик с машинного двоичного языка на наш язык – естественный язык миллиарда пользователей.

В наше время невозможно представить компьютер без операционной системы. Операционная система (далее ОС) управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет запросы пользователя. Любая программа, запущенная на нашем компьютере, использует средства ОС, и не может быть запущена без нее. От выбора ОС так же зависит: и производительность вашего ПК, и эффективность взаимодействия его с вами, и конфиденциальность ваших данных. Так же операционные системы могут быть кардинально разными в своих требованиях к мощности ПК. И поэтому к выбору ОС следует подходить более выборочно и внимательно, оценивая возможности разных систем.

Актуальность исследования заключена в увеличении некоторого понимания ОС у рядовых пользователей, делая более взвешенные решения в проблеме их выбора, проблеме работы с ОС и проблеме непонимания основных их свойств и недостатков.

Объект исследования – операционные системы и их функционал.

Предмет исследования – научные труды ученых и программистов.

Цель исследования – определить какая ОС, по своему функционалу, подходит большинству пользователей.

Задачи исследования:

1. Дать описание ОС. Определить ее структуру и основные принципы работы.
2. Составить список требований к ОС.
3. Определить виды основных ОС и их отличительные свойства.
4. Проанализировать функционал популярных ОС.

Гипотеза исследования - постоянно повышается удобство интерактивной работы с компьютером путём включения в ОС развитых графических интерфейсов, использующих наряду с графикой звук и видеоизображение. Пользовательский интерфейс ОС становится всё более интеллектуальным, направляя действия человека в типовых ситуациях и принимая за него рутинные решения.

1. Архитектура ОС. Ее классификация и основные принципы работы

1.1. Архитектура и основной функционал операционной системы

В функции ОС входит:

- осуществление диалога с пользователем;

- ввод-вывод и управление данными;

- планирование и организация процесса обработки программ;

- распределение ресурсов (оперативной памяти, процессора, внешних устройств);

- запуск программ на выполнение;

- всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

- передача информации между различными внутренними устройствами;

- программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, принтера и др.).

В операционных системах выделяют два уровня: ядро системы и вспомогательные программные средства (иногда их называют утилитами). Ядро выполняет все функции управления ресурсами системы, как физическими, так и логическими - разделяет права пользователей на доступ к ним. В ядро включается:

Система управления сеансами (СУС) пользователей осуществляет регистрацию сеанса пользователя при начале его работы с ОС, и хранит всю сопутствующую оперативную информацию, осуществляет корректную завершению работы ПК.

Система управления процессами (СУП) распределяет ресурсы ОС и ПК между процессами (задачами), обеспечивает их целостность, реализует меж процессную связь.

Файловая система (ФС) выполняет преобразования данных, хранимых на внешних и внутренних накопителях в файлы и каталоги. Она так же выполняет роль разграничения доступа.

Система ввода/вывода обрабатывает (СВ) запросы всех выше рассмотренных компонентов ядра и преобразует их в вызовы логических устройств, поддерживаемых ОС.

Драйверы устройств преобразуют запросы системы ввода/вывода в последовательность управляющих команд для аппаратных устройств.

1.2. Классификация ОС

Сложность частей ядра ОС и реализуемых им функций напрямую зависит от числа одновременно обслуживаемых ОС пользователей и от числа выполняемых процессов. Поэтому основную классификацию ОС проводят по этим двум параметрам.

По пользователям:

Однопользовательские. Таким системам свойственно:

1. Новый сеанс может быть начат только после завершения предыдущего.
2. Нет различения пользователей, то есть нет разграничения прав доступа.
3. СУС включает в себя только средства инициации запуска, средства отключения и средства поддержки информационного поля пользователя.
4. Упрощённая файловая система.

Многопользовательские ОС:

1. СУС включает в себя средства идентификации и аутентификации, обеспечивайте связи каждого пользователя с терминалом (реальным или виртуальным), иметь средства инициализации информационного окружения сеанса, обеспечивать защиту данных сеанса.
2. Файловая система разграничивает доступ к файлам и каталогам по идентификации пользователей. Каждый каталог сопровождается информационным блоком, определяющим права доступа.
3. Система ввода/вывода управляет доступам к устройствам как к разделяемым каталогам и фалам

По задачам:

Однозадачные ОС:

1. После выполнения любого одиночно процесса состояние системы возвращается в исходное состояние
2. Отсутствует система разделение доступа к устройствам
3. Могут быть многопользовательскими

Многозадачные ОС:

1. СУП включает в себя планировщик процессов с функциями:
   1. Создание и уничтожение процессов
   2. Распределение системных ресурсов
   3. Межпроцессное взаимодействие
   4. Синхронизация выполнения процессов
2. CВ намного сложнее, т.к. любые процессы могут иметь доступ к одному ресурсу

2. Требования, предъявляемые к современным операционным системам

Операционная система является сердцевиной сетевого программного обеспечения, она создает среду для выполнения приложений и во многом определяет, какими полезными для пользователя свойствами эти приложения будут обладать. В связи с этим рассмотрим требования, которым должна удовлетворять современная ОС
     Очевидно, что главным требованием, предъявляемым  к операционной системе, является способность  выполнения основных функций: эффективного управления ресурсами и обеспечения  удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ. Современная ОС, как правило, должна реализовывать мультипрограммную обработку, виртуальную память, свопинг, поддерживать многооконный интерфейс, а также выполнять многие другие, совершенно необходимые функции. Кроме этих функциональных требований к операционным системам предъявляются не менее важные рыночные требования. К этим требованиям относятся:
       1) Расширяемость. Код должен быть написан таким образом, чтобы можно было легко внести дополнения и изменения, если это потребуется, и не нарушить целостность системы.
     2) Переносимость. Код должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы (которая включает наряду с типом процессора и способ организации всей аппаратуры компьютера) одного типа на аппаратную платформу другого типа.
     3) Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть всегда предсказуемыми, а приложения не должны быть в состоянии наносить вред ОС.
    

 4) Совместимость. ОС должна иметь средства для выполнения прикладных программ, написанных для других операционных систем. Кроме того, пользовательский интерфейс должен быть совместим с существующими системами и стандартами.

5) Безопасность. ОС должна обладать средствами защиты ресурсов одних пользователей от других.

 6) Производительность. Система должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа 

3. Основные операционные системы и их функционал

3.1 Операционная система UNIX

Система UNIX приобрела популярность в связи с ее успешным использованием на мини-ЭВМ. Этот успех послужил толчком к тому, чтобы создать подобную систему и для персональных компьютеров. Как правило, различные версии ОС, относящихся к этому семейству, имеют свои названия, но в основных чертах повторяют особенности UNIX.

UNIX - операционная система, которая позволяет осуществить выполнение работ в многопользовательском и многозадачном режиме. Поначалу она предназначалась для больших ЭВМ, чтобы заменить MULTICS. UNIX является очень мощным средством в руках программиста, но требует очень большого объёма ОЗУ и пространства диска. Несмотря на попытки стандартизировать эту операционную систему, существует большое количество различных его версий, главным образом потому, что она была распространена в виде программы на языке Си, которую пользователи стали модифицировать для своих собственных нужд.

Главной отличительной чертой этой системы является ее модульность и обширный набор системных программ, которые позволяли создать благоприятную обстановку для пользователей-программистов. Система UNIX органически сочетается с языком Си, на котором написано более 90% ее собственных модулей. Командный язык системы практически совпадает с языком Си, что позволяло очень легко комбинировать различные программы при создании больших прикладных систем.

UNIX имеет "оболочку", с которой пользователь непосредственно взаимодействует, и "ядро", которое, собственно, и управляет действиями компьютера. Компьютер выводит в качестве приглашения для ввода команд долларовый знак. Из-за продолжительности пользования этой операционной системы количество команд весьма велико. В добавление к командам по управлению файлами, которые присутствуют в любой операционной системе, UNIX имеет, по крайней мере, один текстовый редактор, а также форматер текста и компилятор языка Си, что позволяет, по мере надобности, модифицировать "оболочку".

От UNIX многие другие операционные системы переняли такие функции, как переназначение, канал и фильтр; однако UNIX имеет, несомненно, преимущество в том, что она с самого начала разрабатывалась как многопользовательская и многозадачная операционная система. Имена файлов могут иметь 14 знаков, причём в именах файлов различаются заглавные и строчные буквы. Первоначальный набор команд операционной системы расширился до 143 в версии 7.0; в версии System III добавилась ещё 71 команда, ещё 25 - в Berkeley 4.1 и следующие 114 в Berkeley 4.2. Из-за такого обилия команд UNIX не относится к самым удобным для пользователя языкам. Работа облегчается, если применять графический пользовательский интерфейс, но поскольку такое количество команд и без того занимает значительный объём памяти, этот интерфейс требует ещё большего объёма памяти и пространства диска.

3.2 Операционная система DOS

ОС система DOS состоит из следующих частей:

Базовая система ввода-вывода (BIOS), находящаяся в постоянной памяти (постоянном запоминающем устройстве, ПЗУ) компьютера. Эта часть ОС является «встроенной» в компьютер Её назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг ОС, связанных с осуществлением ввода-вывода. Базовая система ввода-вывода содержит также тест функционирования компьютера , проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении его электропитания. Кроме того, базовая система ввода-вывода содержит программу вызова загрузчика ОС.

Загрузчик ОС – это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты с ОС DOS. Функция этой программы заключается в считывании в памяти еще двух модулей ОС, которые и завершают процесс загрузки DOS.

На жестком диске (винчестере) загрузчик ОС состоит из двух частей. Это связано с тем, сто жесткий диск может быть разбит на несколько разделов (логических дисков). Первая часть загрузчика находится на первом секторе жесткого диска, она выбирает, с какого из разделов жесткого диска следует продолжить. Вторая часть загрузчика находится на первом секторе этого раздела, она считывает в память модуля DOS и передает им в управление.

Дисковые файлы10.SYS и MSDOS.SYS (они могут называться по-другому, например IBMB.COM и IBMDOS.COM для PCDO; URBIOS.SYS и DRDOS.SYS для DRDOS, - названия меняются в зависимости от версии ОС). Они загружаются в память загрузчиком ОС и остаются в памяти компьютера постоянно. Файл 10.SYS представляет собой к базовой системе ввода-вывода в ПЗУ. Файл MSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги DOS.