Файл: Функции операционных систем и персональных компьютеров.pdf

Введение

Операционная система в наибольшей степени определяет об­
лик вычислительной системы. Современные вычислительные
системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, различных ти­пов дисков, накопителей на магнитных лентах, принтеров, сете­вой коммуникационной аппаратуры и других устройств, требующих сложного механизма управления. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины так, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. В соответ­ствии с этим главной функцией ОС является распределение про­цессоров, памяти, других устройств и данных между вычислительными процессами, конкурирующими за эти ресурсы, а также обеспечение пользователю-программисту удобств посредством предоставления для него расширенной машины. ^[1]

В связи с этим является актуальной рассмотренная в теоретической части данной курсовой работе тема “Функции операционных систем персональных компьютеров”.

В практической части курсовой работы решена задача создания программы для ведения базы данных о продажах товаров в магазине, а также создания таблицы, отражающей результаты работы продавцов магазина за отчетный период, таблицы, хранящей сведения о продажах по датам, таблицы, отражающей количество проданного товара по номенклатуре товара.

Для решения данной задачи использовался MS Access XP и MS Excel XP.

При выполнении и оформлении курсовой работы использовался ПК с характеристиками:

• тип процессора - AMD Athlon 2200+;
• объем ОЗУ - 512 Мб;
• видеоадаптер и монитор - SVGA, 1024768.

- принтер HP LaserJet 1320.

1. Теоретическая часть

1.1. Введение

Использование большинства компьютеров на уровне машинного языка затруднительно, особенно это касается ввода-вывода. Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер возвращает 23 значения, отражающих наличие и типы ошибок, которые, очевидно, надо анализировать. Даже если не входить в курс реальных проблем программирования ввода-вывода, ясно, что среди программистов нашлось бы не много желающих непосредственно заниматься программированием этих операций.

При работе с диском программисту-пользователю достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Работа с файлом заключается в его открытии, выполнении чтения или записи, а затем в закрытии файла. Вопросы подобные таким, как следует ли при записи использовать усовершенствованную частотную модуляцию или в каком состоянии сейчас находится двигатель механизма перемещения считывающих головок, не должны волновать пользователя. Программа, которая скрывает от программиста все реалии аппаратуры и предоставляет возможность простого, удобного просмотра указанных файлов, чтения или записи - это, конечно, операционная система.

Таким образом, операционная система – совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

1.2. Основные понятия, используемые при изучении объекта

Точно также, как ОС ограждает программистов от аппаратуры дискового накопителя и предоставляет ему простой файловый интерфейс, операционная система берет на себя все малоприятные дела, связанные с обработкой прерываний, управлением таймерами и оперативной памятью, а также другие низкоуровневые проблемы. В каждом случае та абстрактная, воображаемая машина, с которой, благодаря операционной системе, теперь может иметь дело пользователь, гораздо проще и удобнее в обращении, чем реальная аппаратура, лежащая в основе этой абстрактной машины.

С этой точки зрения функцией ОС является предоставление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину.

Идея о том, что ОС прежде всего система, обеспечивающая удобный интерфейс пользователям, соответствует рассмотрению сверху вниз. Другой взгляд, снизу вверх, дает представление об ОС как о некотором механизме, управляющем всеми частями сложной системы. Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на магнитных лентах, сетевых коммуникационной аппаратуры, принтеров и других устройств. В соответствии со вторым подходом функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы.

1.3. Классификация и характеристика элементов объекта

1.3.1 Функции операционных систем

ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность системы.

Управление ресурсами предполагает решение ряда задач:

• планирование ресурса (какому процессу, когда и в каком количестве следует выделить конкретный ресурс);
• удовлетворение запросов на выделение ресурсов;

• отслеживание состояния и учёт использования каждого из ресурсов;

• разрешение конфликтов между процессами за обладание ресурсами.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счете и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.

Сложность организации эффективного совместного использования ресурсов несколькими процессами во многом объясняется случайным характером возникновения запросов на потребление этих ресурсов.

Часто группы близких по содержанию функций называют подсистемами (в рамках ОС). Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются:

• подсистема управления процессами. Планирует выполнение процессов (т.е. распределяет процессорное время между несколькими выполняемыми процессами), обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами и организует их взаимодействие (при необходимости);

• подсистема управления памятью. Отслеживает свободные и занятые области памяти, выделяет память процессам, защищает необходимые области памяти;
• подсистема управления файлами и внешними устройствами. Обеспечивает (ещё со времени появления ОС UNIX) поддержку унифицированного интерфейса по доступу к разнородным устройствам ввода-вывода на основе концепции файлового доступа. При этом обмен с любым внешним устройством выглядит как обмен с файлом, имеющим имя, и представляющим собой неструктурированную последовательность байтов;
• подсистема защиты данных и администрирования. Безопасность данных в системе обеспечивается средствами отказоустойчивости ОС, ориентированными на защиту от сбоев и отказов аппаратуры и ошибок программного обеспечения, а также средствами защиты от несанкционированного доступа. Администрирование задаёт права пользователей при обращении к различным ресурсам системы (файлам, каталогам, принтерам и др.). В состав ОС обычно входят утилиты, позволяющие выполнять регулярно операции резервного копирования для обеспечения быстрого восстановления необходимых данных;

• подсистема пользовательского интерфейса. За терминалом может работать программист, системный администратор или пользователь. Для любой категории работающих с компьютером наиболее удобен ввод команд через Windows-подобный графический интерфейс. Для программистов возможности ОС доступны также в виде набора функций, называемого интерфейсом практического программирования (Application Programming Interface - API). ОС с различной внутренней организацией, но с одинаковым набором функций API, обеспечивают возможность переноса приложений из одной операционной системы в другую. Вызов конкретных функций API из приложений осуществляется аналогично вызову программы.

В целом, современные ОС должны обладать следующими возможностями:

• поддерживать многооконный графический интерфейс пользователя, позволяющий одновременно отображать на экране состояние нескольких объектов (процессов);
• осуществлять мультипрограммную обработку данных с параллельным выполнением многих процессов;
• работать с виртуальной памятью, обеспечивая доступ практически к любому адресному пространству вне зависимости от физического расположения программ и данных;
• позволять вносить изменения в коды ОС с целью улучшения её функциональных возможностей (характерный пример - ОС UNIX) без нарушения целостности системы. Расширяемость обеспечивается за счёт модульной структуры ОС;
• обладать свойством переносимости на аппаратные платформы различных типов (т.е. на процессоры различных семейств);
• обладать совместимостью с другими популярными ОС, что позволяет выполнять приложения в различных операционных системах;
• характеризоваться высокой надёжностью и отказоустойчивостью. Это обеспечивает защиту как от внутренних, так и внешних ошибок, сбоев и отказов. Эти свойства определяются, в первую очередь, архитектурными решениями ОС и качеством её реализации;
• иметь средства защиты вычислительных ресурсов от несанкционированного доступа, что особенно важно для сетевых ОС;
• характеризоваться высокой производительностью, проявляющейся в быстродействии системы и малом времени реакции на события в системе;
• иметь средства поддержки служб сети Интернет и др.

1.3.2 Функции компонентов операционных систем

Современные ОС представляют собой хорошо структурированные модульные системы, способные к развитию, расширению и переносу на новые аппаратные платформы. Обычно в состав ОС входят исполняемые и объектные модули стандартных для данной ОС форматов, библиотеки разных типов, модули исходного текста программ (самой ОС), программные модули специального формата (например, загрузчик ОС, драйверы ввода-вывода), файлы конфигурации, файлы документации, модули справочной системы и др. Единой общепринятой архитектуры ОС не существует, но на практике выработаны универсальные подходы к структурированию ОС. Наиболее общим подходом является разделение всех её модулей на две группы:

• ядро, включающее в себя модули, выполняющие основные функции ОС;

• модули, выполняющие вспомогательные функции. ОС.

Без ядра (при нарушении его работоспособности) ОС не сможет выполнять ни одной из своих функций. Модули ядра управляют процессами, памятью, устройствами ввода-вывода и др. Они не доступны для пользовательских приложений. Другая часть функций ядра ориентирована на поддержку приложений, создавая для них так называемую прикладную программную среду. Приложения обращаются к ядру с соответствующими запросами (системными вызовами) для выполнения конкретных действий, например, по открытию и чтению файла, вывода данных на экран и др. Эти функции ядра и образуют интерфейс прикладного программирования API.

Функции ядра выполняются наиболее часто (поэтому они и собраны в ядре) и скорость их выполнения определяет производительность системы в целом. Для обеспечения высокой скорости работы ОС все функции ядра или большая их часть постоянно находятся в оперативной памяти, то есть являются резидентными.

Остальные модули ОС выполняют полезные, но менее обязательные функцию Их можно подразделить на следующие группы:

• утилиты - программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы, такие, например, как программы сжатия дисков, архивирования данных и т.п.;

• системные обрабатывающие программы — редакторы, средства настройки оборудования и др.;
• программы предоставления пользователю дополнительных услуг - специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор, игры и др.;

• библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например библиотека математических функций, функции ввода-вывода и др.

Модули ОС, выполняемые в виде утилит и системных обрабатывающих программ, обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, поэтому их называют транзитными. Такой подход позволяет более эффективно использовать оперативную память. Как и обычные приложения, эти модули при выполнении своих функций обращаются к функциям ядра с помощью системных вызовов.

1.3.3 Функции сетевых операционных систем

В зависимости от того, какой виртуальный образ создаёт операционная система, отображая реальную аппаратуру сети, различают сетевые ОС и распределённые ОС.