Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

Операционной системой называют комплекс программ, которые обеспечивают взаимодействие аппаратных и программных компонент компьютера друг с другом, а также коммуникацию между пользователем и компьютером^[3].

ОС поддерживает комплексное функционирование всех составляющих (устройств), входящих в состав компьютера, а также дает возможность пользователю получить доступ к этим устройствам. Операционная система есть необходимая базовая программная система, без которой работа вычислительного устройства невозможна. Связь операционной системы и аппаратной составляющей («железа») проиллюстрирована на рисунке 1.

Отдельно остановимся на определении сетевых операционных систем: «Под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам – протоколам»^[5].

«Операционная система явилась ключевой вехой в истории развития компьютерной индустрии, поскольку именно она, среди прочего, выполняла роль связующего звена, своеобразного координатора (диспетчера), обеспечившего взаимодействие между устройствами и программами: принимала запросы от программного слоя (например, пользовательских программ) на обмен данными с тем или иным устройством и наоборот, то есть фактически выполняла роль сопряжения между аппаратной и программной частями.»^[6]

Таким образом, операционную систему следует считать основой программного обеспечения (ПО) компьютера. Все остальные программы так или иначе взаимодействуют с операционной системой, управляются ею.

ОС предназначены для решения таких задач как:

• обслуживания аппаратуры (внешних устройств, оперативной памяти), компьютера;
• создания рабочей среды и обеспечение «дружественного пользовательского интерфейса»;
• выполнения команд пользователя и программных инструкций, в первую очередь с использованием визуального интерфейса;
• организации ввода/вывода, хранения информации и управления файлами и данными;
• Поддержка пользователя наиболее часто используемыми программными приложениями, которые включаются в состав операционной системы.

Особо следует выделить организацию файловой структуры и диспетчеризацию оперативной памяти.

Заметим, что в большей части источников информации не указывается такая важная функция ОС, как обеспечение компьютерной безопасности путем встроенного контроля за появлением вирусов, а также возможности регламентации доступа к ресурсам компьютера. Однако при обсуждении сравнительных достоинств и недостатков разных ОС именно на безопасность авторы обращают особое внимание. Особенно важно это для серверных операционных систем, устанавливаемых системными администраторами. При соответствующей настройке эти ОС фиксируют деятельность сотрудников на рабочих станциях, что позволяет проверить, занимался каждый из них, используя рабочую станцию. Системный администратор имеет возможность ограничить для сотрудника обращение к определенным сайтам, вызов определенных файлов и, конечно, доступ к файлам и устройствам, а может, наоборот, предоставить дополнительные возможности, например, возможность печати на выбранных сетевых принтерах, или доступ к общим файлам и папкам. То есть сетевые операционные системы реализуют дополнительный спектр функций, обеспечивающий качественную и надежную работу сотрудников организации, удобство при их взаимодействии^[7].

Следует также упомянуть, что современные ОС обеспечивают так называемый виртуальный режим работы компьютера, который, в свою очередь, дает возможность реализовать такую важнейшую функцию как многозадачность.

Имеет место и другой подход к задачам, решаемым операционными системами. Так, предлагается разделить эти задачи на две группы:

1. Предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной (т.е. реально не существующей) машины, с которой удобнее работать и которую легче программировать. То есть, человек может решать свои разнообразные задачи, абстрагируясь от специфики устройства компьютера, сосредотачиваясь на привычном математическом или реальном человеческом языке, а функцию трансляции с общечеловеческих представлений на аппаратную структуру берет на себя ОС;
2. Повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием

В настоящее время существует целый ряд операционных систем. выполняющих весь комплекс перечисленных функций. Между пользователями и разработчиками постоянно ведется дискуссия: какая из операционных систем лучше, какими сравнительными достоинствами и недостатками каждая из ОС обладает. При этом останавливаются в основном на анализе трех семейств операционных систем: Windows различных версий, ОС, разработанных на Linux платформе, ОС от компании Apple- Macintosh.

Наиболее популярная в России операционная система Windows - коммерческий продукт компании Microsoft. С 1994 года (Microsoft Windows-95) выпущено большое число версий, ориентированных на разные типы компьютеров, которые за прошедшее время стали существенно мощнее. В том числе, они стали в основном многоядерными, т.е. могут выполнять сразу несколько процессов, увеличились объемы внешней и внутренней памяти, появился интерфейс USB, появилась необходимость в сетевых коммуникациях и, что очень важно, адресное пространство стало 64-х разрядным (т.е. ОС должна обеспечивать доступ к 2⁶⁴ адресам оперативной памяти) и т.п. Регулярно покупатели очередной ОС получают по сети самостоятельно устанавливающиеся обновления, призванные повысить надежность системы. Существенно. Что под эту ОС выпущено очень много пользовательских приложений. Особым достоинством является очень понятный и дружественный интерфейс (исключение составляет версия Windows-8).

К недостаткам относится недостаточная защищенность от вирусов и хакерских атак, проникновение ОС в компьютер пользователя с возможностью доступа к личной информации и передачи ее на сервера разработчика. Кроме того, эта ОС обладает весьма высокой стоимостью.

ОС Macintosh рассчитана в первую очередь на установку на компьютеры этой компании и приложения, также разработанные фирмой Apple. Данная операционная система с определенными устанавливается на IBM – совместимые компьютеры, установка под нее приложений других фирм также является проблемой, часто неразрешимой. Однако интерфейс и сами приложения компании Apple, по мнению менеджеров этой компании, должны удовлетворять все потребности пользователя.

Код данной ОС и техническая документация к ней закрыты. Компьютеры фирмы поставляются с уже установленной системой, что влияет на стоимость этих устройств. В качестве основного достоинства данной ОС называют ее высокую защищенность от вирусов и хакерских атак, что достигается путем шифрования информации. Отметим, что в последних версиях этих операционных систем предусмотрена возможность их установка на IBM - совместимые компьютеры. Причем есть возможность устанавливать на компьютеры несколько операционных систем. Кроме того, фирма Apple предлагает специальные программы, позволяющие устанавливать под данную ОС приложения, разработанные для Windows. Однако такая адаптация требует определенных усилий и квалификации пользователя^[8].

Отмечаются следующие важные достоинства МАС ОС:

• Простота в использовании (дружественный, интуитивно понятный интерфейс)
• Стабильность работы (то, чего не хватает Windows)
• Отсутствие проблемы поиска драйверов под новые устройства. Специалисты компании позаботились о широте списка драйверов к практически всем имеющимся в настоящее время устройствам, что, впрочем, относится и к ОС Windows
• В отличие от ОС Windows, большая часть приложений МАС ОС не инсталлируются, а просто копируются, т.е. отсутствует необходимость в дистрибутиве, а сама установка приложений проще и быстрее.

Данные компьютеры с этой операционной системой особенно хороши для обеспеченных материально пользователей, использующих данную технику в основном для решения повседневных бытовых задач, как-то коммуникация, размещение фотографий и текстов и их редактирование, выполнение повседневных расчетов типа семейного бюджета и т.п.

Операционная система Linux является основой для разработки целого ряда ОС. Все они и написанные под них приложения являются принципиально некоммерческими продуктами, свободно распространяемыми по сети. Система открыта и программисты могут дополнять ее собственными приложениями, а также модернизировать.

Хотя данный класс ОС позволяет решать основные пользовательские задачи, адаптация для них ряда приложений (как например Microsoft Office) требует немалых усилий и может реализовываться не для всех версий. Утверждения ряда авторов сайтов о том, что под эти ОС адаптируются любые приложения^[9], не подтверждает личный опыт автора настоящей работы под операционной системой Ubuntu.

Linux – подобные ОС хорошо защищены от вирусов и хакерских атак, бесплатны и надежны. Они могут быть рекомендованы системным администраторам и программистам, достаточно хорошо разбирающимся в программном обеспечении, умеющим писать код.

Рассмотрим подробнее ряд функций ОС в следующих главах.

3. Драйверы внешних устройств

При запуске компьютера управление передается программе, зашитой в BIOS (BASIC INPUT OUTPUT SYSTEM – базовой системе ввода- вывода). Эта программа поддерживается источником питания и хранится постоянно. Ее лишь условно можно включить в состав ОС, поскольку она едина для любой операционной системы, более того, она обеспечивает установку самих ОС. Загрузка операционной системы при запуске компьютера проиллюстрирована на рисунке 2.

Для работы компьютера необходимо как минимум обеспечить взаимодействие процессора с монитором, клавиатурой, внешней и внутренней памятью. Поскольку такое взаимодействие поддерживается не только наличием самих перечисленных устройств, но и программами управления ими (драйверами), то ясно, что BIOS должен эти программы содержать. Операционная система может как использовать данные драйверы, так впоследствии заменить их собственными. Кроме того, BIOS содержит драйверы далеко не всех устройств, например, в нем не предусмотрены акустические устройства, принтеры, игровые приставки и т.п.

Вообще, следует отметить, что при установке (инсталляции) новой программы осуществляется ее регистрация в системном реестре (для ОС Windows). Простое копирование программного файла не обеспечивает его выполнение.

Написанные программы – приложения используют системные драйверы для ввода-вывода, для ряда важных для их работы системных функций, например, доступа к системному таймеру, обращения к файлам и т.п.

Так как любая операционная система должна иметь возможность взаимодействовать с аппаратными средствами, в дистрибутиве (комплекте установки/системных файлах) обязательно находятся драйверы основных (ключевых) составляющих аппаратного обеспечения. Отсутствие таких драйверов лишает систему доступа к аппаратной части, без чего невозможно функционирование компьютера и даже самой инсталляции ОС. Такие «внутренние» драйверы представлены в виде так называемой встроенной библиотеки драйверов. Эта библиотека видоизменяется по составу от версии к версии, в зависимости от этапов развития и модернизации аппаратного обеспечения, а также от тенденций рынка. Драйвера из состава встроенной библиотеки при необходимости, устанавливаются на этапе инсталляции операционной системы в зависимости от обнаружения (идентификации) в компьютере тех или иных устройств. В ходе инсталляции, код модуля обнаружения оборудования осуществляет определение имеющихся в компьютере устройств и проверяет в своей библиотеке наличие соответствующих этим устройствам драйверов. Для тех устройств, для которых системные драйвера имеются в наличии, их установка выполняется в автоматическом (фоновом) режиме. В результате «на выходе», то есть после инсталляции ОС, на компьютере установлен минимально-необходимый для функционирования набор системных драйверов, позволяющий обеспечить работоспособность самого компьютера. Однако следует учесть, что ограничиваться встроенными в дистрибутив драйверами не всегда удается. Для полноценной работы большинства устройств обычно необходимо установить также драйвера, предоставляемые производителем устройства^[10]. Драйвера расположены в ядре операционной системы, т.е. находятся в памяти постоянно в период всей работы компьютера. Место драйверов в ОС показано на рисунке 3