Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

Введение

Если Вы включите исправный компьютер, то сразу увидите, как появятся какие-то изображения на экране, как начнет работать мышь и клавиатура, а Ваше устройство будет на манипуляции с мышью и нажатия клавиш определенным образом реагировать. Большая часть пользователей не задумывается о том, что все их действия с внешними устройствами, как и многое другое, обеспечены не только металлом, пластиком и другими составляющими компьютера (или смартфона, планшета и т.п.), которые можно потрогать, в ряде случаев извлечь и рассмотреть, но и программами, управляющими как внешними устройствами, так и вообще всей деятельностью компьютера. Без программного обеспечения (ПО) компьютер – это просто «кусок железа», как говорят программисты и системные администраторы.

Основой, базой ПО являются операционные системы (ОС). Пользователи взаимодействуют с компьютером, прежде всего, через операционные системы, используя их функции, возможности. Причем большая часть пользователей использует весьма и весьма ограниченную часть всего потенциала, предоставляемого операционной системой. Знание, что же представляет собой ОС, для чего эта программа (точнее – комплекс программ) написана, какие функции реализует – полезно, а для тех, кто считает важным овладеть информационной культурой и необходимым. Сказанное определяет актуальность проблемы, освещаемой в настоящей работе.

Целью работы является определение функций, выполняемых операционной системой и разъяснение содержания и назначения этих функций.

Для достижения сформулированной цели необходимо рассмотреть следующие вопросы:

1. Дать определение операционной системы и пояснить его;
2. Показать, какие основные компоненты содержит ОС и каково их назначение;
3. Назвать основные принципы работы операционных систем;
4. Разобрать основные функции ОС и задачи, решаемые этими функциями.

Назовем следующие примеры наиболее известных операционных систем:

Microsoft Windows (начиная с версии – 95), Linux, Apple MacOS, Google Chrome OS и др. Основные ОС, предназначенные для смартфонов - iOS от Apple и Android от Google.

Объектом исследования являются операционные системы, точнее – общие свойства и функции всех операционных систем компьютера.

Предмет исследования – функции, выполняемые операционными системами.

Информация об операционных системах содержится в монографиях, посвященных как самим ОС, так и их разработке, в периодической компьютерной литературе и, конечно, на многочисленных сайтах сети Интернет. Однако эта информация носит либо чрезвычайно краткий упрощенный и недостаточно содержательный характер, либо наоборот, ориентирована на разработчиков ОС, т.е. на программистов высокой квалификации. Кроме того, большая часть литературы, представленной в форме монографий, написана весьма давно. Однако следует заметить, что основные функции ОС и задачи, решаемые операционными системами, не изменились, хотя несколько расширились. Современные операционные системы отличаются от своих предшественниц в основном уровнем безопасности, пользовательским интерфейсом и предоставляемыми пользователю программными продуктами.

Среди рассмотренной автором работы литературы наиболее ценную информацию содержали электронные лекции НОУ Интуит. Вообще информация, представленная на сайтах Интернет представляется более современной и доступной, чем на бумажных носителях. Эта информация и явилась основным источником материалов при написании настоящей работы. Причина в том, что новые версии операционных систем существенно опережают их описание. Техническая документация по ОС, выпускаемая разработчиками, не всегда доступна и изложена для профессиональных программистов и системных администраторов. В ней говорится не о каких-то теоретических положениях, связанных с разработкой и эксплуатацией операционных систем, а конкретно о специфике данной ОС в сравнении с ее предшественницами.

Сам же сравнительный анализ операционных систем, а также какие-то общие положения, отвечающие современной ситуации, приведены именно на сайтах сети.

1. Краткий исторический экскурс

В 50 и первой половине 60-х годов (а в СССР до середины 70-х) прошлого века компьютеры были предназначены исключительно для вычислений. И назывались они Электронными Вычислительными Машинами (ЭВМ). Первые программисты писали свои программы в кодах ЭВМ, т.е. в двоичной (но для удобства использовали восьмеричную) системе счисления. В этой же системе вводились данные. Программа и данные заносились с перфолент или перфокарт, и краткие программы такого ввода вручную вводились с огромного пульта непосредственно в ламповую, а потом и полупроводниковую память громоздких и по сегодняшним меркам крайне непроизводительных устройств. Само программирование являлось медленным и непроизводительным процессом, а ввод – вывод и, тем более, отладка программ занимали много времени. Вывод осуществлялся только на бумажные носители. Ответственность за программирование ввода и вывода данных возлагалась на разработчика прикладной программы, т.е. раз за разом многим программистам приходилось писать один и тот же код.

Естественно, что одновременно выполнялась лишь одна задача, при этом во время медленных процессов ввода и вывода или сохранения информации на магнитных носителях (в тот период – магнитных лентах и барабанах) процессор простаивал, что было весьма непроизводительно.

С развитием, как технических средств, так и программирования как предметной области, стало ясно, что значительно рациональнее постоянно иметь в памяти программы, взаимодействующие с внешними устройствами, управляющими их работой. Имеет смысл также в период медленных процессов, связанных с механическими устройствами, загружать процессор решением других задач, то есть нужна была постоянно размещенная в оперативной памяти машины и имеющая наивысший приоритет программа распределения ресурсов. Такая программа уже является операционной системой.

Первые операционные системы появились задолго (лет за 15 – 20, что по меркам развития компьютеров – большой период) до появления первых персональных компьютеров (ПК). И предназначались они для того, чтобы работающие круглые сутки и стоящие огромные деньги вычислительные машины оптимально использовали свои вычислительные возможности.

Процесс хранения информации на магнитных носителях способствовал к переходу от представлений о конкретном размещении информации на таком носителе (шкаф с лентой, координаты участка ленты и т.п.) к абстрактному понятию файла, когда программисту нужно знать только имя, а вопрос размещения информации с этим именем и последующего ее нахождения возложен на процедуры, входящие в состав операционной системы.

К моменту появления первых ПК основные функции операционных систем уже были достаточно очевидны. Они должны были обеспечить работу с внешними устройствами, загрузку и запуск пользовательских программ (чтобы программист был избавлен от необходимости вводить какую-либо информацию с двоичного пульта непосредственно в память ЭВМ. Да и сам такой пульт уже уступил место клавиатуре), обеспечить начальный запуск компьютера при его включении, желательно – с проверкой работоспособности компьютера, т.е. правильности записи – считывания информации из оперативной памяти и выполнения простейших операций центральным процессором (иначе называемым тогда арифметико-логическим устройством АЛУ).

К моменту появления ПК (конец 70-х – начало 80-х годов), теоретические основы как разработки ПО, так и созданию ОС, как систем распределения машинных ресурсов (памяти, доступа к внешним устройства, взаимодействия с операторами ЭВМ, поскольку термин «пользователь» неразрывно связан с появлением ПК. До их появления были программисты, операторы, инженеры, обслуживающий вычислительный центр персонал, но пользователей не было). Теперь конечному пользователю важно было распределять свои информацию таким образом, чтобы ее было удобно находить. Эта информация могла быть текстовой, графической, расчетными таблицами и т.п. Список коммерчески привлекательных приложений стремительно рос. Возникшую потребность в размещении, группировке, поиске файлов решали с помощью командной системы. Команды понимались и выполнялись операционной системой. Так, команды:

• Dir – вывод оглавления текущего каталога;
• Cd – смена имени текущего каталога;
• Md – создание подкаталога;
• Copy – копирование файла или каталога;
• Move – перенос файла или каталога и др.

Поддерживаются всеми версиями ОС Windows. Например. системные администраторы проверяют наличие сигналов к/от устройств и сайтов в сети командой ping^[1].

Чтобы избавить конечного пользования от необходимости помнить синтаксис команд, Питером Нортоном был предложен удобный графический интерфейс. Значительный пользовательский комфорт оказался связан с появлением такого привычного всем устройства как мышь. Однако полноценное появление графических интерфейсов связано с разработкой графических мониторов, сначала монохромных, а затем и цветных.

Отметим, что несмотря на наличие удобного графического интерфейса для работы с файлами в ОС Windows, многие программисты и системные администраторы предпочитают приложение, аналогичное Norton Commander и носящее название Far.

Появление персональных ПК совпало по времени с появлением компьютерных вирусов, а затем и их эпидемией. Таки образом, перед разработчиками системного ПО встала дополнительная задача защиты самой операционной системы и всей информации на компьютере от вирусных атак. Хотя специальные антивирусные приложения и более эффективны, сегодня операционные системы также обладают средствами защиты от вирусов.

Появление сетей, т.е. включение отдельного компьютера в сеть потребовало включения в операционную систему новых функций, обеспечивающих не только возможности коммуникаций в сети, но также удобства и безопасность удобство при сетевой коммуникации. Развитие мобильных устройств, совмещающих функции телефона, фотоаппарата и компьютера поставила вопрос о создании для них операционных систем, в которых коммуникационная составляющая является доминантной на передний план разработок ОС.

Операционные системы для мобильных устройств должны, помимо всего прочего, оперативно устанавливать различные приложения, которые разрабатываются для таких устройств и взаимодействовать с такими приложениями. Например, с программами, определяющими текущее положение мобильного устройства по сигналам спутников (GPS), вычисляющим проделанный устройством путь и сохраняющим трек, устройствам связи не через телефон, а через Интернет-приложения, с «живыми журналами» и т.п.

Коммерческие функции, выполняемые сегодня как посредством компьютера, так и посредством мобильных устройств, предъявляют повышенные требования к защищенности ОС и содержимого памяти устройств от взломов и хакерских атак. Наконец, скорость выполнения программ современных ОС также может рассматриваться как важный критерий их функциональности и качества. Расширение функций ОС проиллюстрировано в таблице 1.

Заметим, что временные рамки. Приведенные в этой таблице, весьма условны. Так. В СССР развитие вычислительной техники существенно отставало от ее развития в США и ряде стран Западной Европы. Однако сами принципы развития функций ОС с развитием технических средств корректны.

Таким образом, несмотря на то, что основные функции операционных систем были названы несколько десятилетий назад, а принципы разработки ОС известны, описаны и являются предметом, который преподается в вузах, совершенствование операционных систем есть необходимый процесс, осуществляемый одновременно с развитием технических средств.

2. Определение операционной системы и содержание ОС

Все программное обеспечение для компьютеров, в том числе персональных компьютеров (ПК) можно классифицировать на:

• Системные программы
• Инструментальные среды
• Прикладные программы (Приложения)

Системные программы обеспечивают собственно работоспособность компьютера. К ним относятся операционные системы, программы – оболочки для работы с файлами (Norton Commander, Far…), драйверы, антивирусные программы, программы сжатия файлов (zip, rar…).

Инструментальные среды ориентированы на разработчиков программного обеспечения, т.е. на программистов. Это оболочки различных версий различных языков, как-то С, Pascal, Java, Python, Oracle, SQL и пр.

Прикладные программы ориентированы на конечного пользователя. Это различные средства коммуникации, текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, обучающие программы, специальные программы для инженерных разработок и расчетов (AutoCAD и пр.) и т.п.

Заметим, что данное разделение на инструментальные среды и приложения весьма условное. Так, под всеми приложениями пакета Microsoft Office «спрятана» инструментальная среда Visual Basic for Application (VBA) а также возможность конвертации текста, презентации или электронной таблицы в сайт.

Системные программы являются важнейшей частью ПО. Именно они должны быть на компьютере любого пользователя, и, в первую очередь – операционная система. Без такой системы, как уже отмечалось компьютер работать не может.