Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Характеристика операционных систем).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Операционная система – это программа, которая запускается сразу. Среди всех системных программ, с которыми приходится иметь дело пользователям компьютеров, особое место занимают операционные системы.

Операционная система (ОС) управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и программ. Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для нее услуги. Таким образом, выбор ОС очень важен, так как он определяет, с какими программами Вы сможете работать на своем компьютере. От выбора ОС зависит также производительность Вашей работы, степень защиты данных, необходимые аппаратные средства и т.д. Однако, выбор операционной системы также зависит от технических характеристик (конфигурации) компьютера. Чем более современнее операционная система, тем она не только предоставляет больше возможностей и более наглядна, но также тем больше она предъявляет требований к компьютеру (тактовая частота процессора, оперативная и дисковая память, наличие и разрядность дополнительных карт и устройств).

Основная причина необходимости ОС состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управление его ресурсами – то операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

Операционная система скрывает от пользователя эти сложные и ненужные подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Она выполняет различные вспомогательные действия, например, копирование и печать файлов.

ОС осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.

Актуальность исследования обусловлена потребностью улучшения операционных систем для повышения качества работы пользователя с ЭВМ, делая её, более простой, и освобождая его от обязанностей распределять ресурсы и управлять ими.

Объект исследования - операционные системы.

Предмет исследования – эффективные технологии, научные труды ученых и программистов, применяемые пользователем в работе над операционной системой.

Цель исследования - заключается в представлении наиболее распространенных ОС и более удобных для общения пользователя с ПК.

Задачи исследования :

1. Изучить характеристику ОС.

2. Рассмотреть основные функции ОС.

Глава 1. Характеристика операционных систем

1.1 Понятие, состав и задачи ОС

Важность современных операционных систем трудно переоценить. Информатизация общества, гигантский рост числа производственных, офисных, домашних, игровых компьютеров, интернет вещей обеспечивается широким спектром операционных систем различных зарубежных и отечественных производителей, рассчитанных на самые различные вычислительные мощности – от встраиваемых микроконтроллеров до суперкомпьютеров.^[1]

Операционная система – совокупность управляющих программ, которые связывают устройства вычислительной системы и прикладные программы, а также позволяют управлять устройствами и вычислительными процессами, распределяя в том числе и ресурсы между ними.^[2]

Операционная система (ОС) - комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы (ВС) (Вычислительная система - взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации) и удобства работы с ней.^[3]

Базовая система ввода-вывода (BIOS, Basic Input/Output System), находящаяся в постоянной памяти компьютера. Эта часть ОС является «встроенной» в ПК.

Ее 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 загрузки операционной системы.

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

Загрузчик ОС на жестком диске состоит из двух частей. Первая часть загрузчика находится в первом секторе жесткого диска, она выбирает, из какого из разделов жесткого диска следует продолжать загрузку. Вторая часть загрузчика находится в первом секторе этого же раздела, она считывает в память модули ОС и передает им управление.

Дисковые файлы IO.SYS и MSDOS.SYS(они могут называться по-другому, например, IBMBIO.COM и IBMDOS.COM для PC DOS, DRBIOS.SYS и DRDOS.SYS для DR DOS – названия меняются в зависимости от версии ОС).

Они загружаются в память загрузчиком ОС и остаются в памяти компьютера постоянною Файл IO.SYS представляет собой дополнение к базовой системе ввода-вывода в ПЗУ. Файл MSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги ОС.^[4]

Операционная система обладает функциональной сложностью. Для изучения структуры операционной системы её делят на отдельные модули, в зависимости от возложенных на них функций. Часть этих модулей включается в ядро операционной системы, а часть находится вне ядра. Ядро – это программа, обеспечивающая взаимосвязь аппаратной части автоматизированной системы со всем остальным системным и прикладным программным обеспечением. Ядро функционирует в отдельной области памяти (пространство ядра). Всё остальное программное обеспечение использует пользовательское пространство, а всем процессам, протекающим в пользовательском пространстве, доступ в пространство ядра закрыт. Однако процессы внутри пространства ядра тесно взаимосвязаны, и ошибка в любой из компонент может повлечь за собой крах всей системы в целом. Всю операционную систему можно рассматривать как систему, состоящую из трех иерархических уровней: аппаратная часть, ядро и системное программное обеспечение. Ядро также можно разложить на слои (рис. 1).^[5]

Основные задачи ОС следующие:

- увеличение пропускной способности ЭВМ (за счет организации непрерывной обработки потока задач с автоматическим переходом от одной задачи к другой и эффективного распределения ресурсов ЭВМ по неск5ольким задачам);

- уменьшение времени реакции системы на запросы пользователей пользователями ответов от ЭВМ4

- упрощенные работы разработчиков программных средств и сотрудников обслуживающего персонала ЭВМ (за счет предоставления им значительного количества языков программирования и разнообразных сервисных программ).

Операционные системы могут классифицироваться по следующим показателям:

- количество пользователей: однопользовательские ОС (Ms-DOS, Windows) и многопользовательские ОС (VM, UNIX);

- доступ: пакетные (OS 360), интерактивные (Windows, UNIX), систе6мы реального времени (QNX, Neutrino, RSX);

- количество решаемых задач: однозадачные (MS-DOS) и многозадачные ОС (Windows, UNIX).

Операционная система предназначена для выполнения следующих основных (тесно взаимосвязанных) функций:

- управление данными;

- управление задачами (заданиями, процессами);

- связь с человеком-оператором.^[6]

Структурно ОС представляет собой совокупность программ, управляющих ходом работы вычислительной машины, идентифицирующих прикладные программы и данные и осуществляющих связь между машиной и оператором. ОС повышает производительность вычислительного комплекса за счет гибкой организации прохождения потока задач через машину, равномерной загрузки оборудования, оптимального использования всех ресурсов ЭВМ, стандартной организации хранения в машине больших массивов данных при наличии разнообразных способов доступа к ним.

В состав системного программного обеспечения входят также сервисные программы, которые предназначены для проверки исправности блоков ЭВМ, обнаружения и локализации отказов устройств и устранения их влияния на работу в целом.

Системное программное обеспечение ЭВМ предназначено для осуществления адаптируемости программ пользователей к изменениям состава ресурсов ЭВМ. Высокая производительность вычислительной системы обеспечивается ОС благодаря применению режимов пакетной обработки и мультипрограммного и наличию специальных программных средств для выполнения трудоемких операций ввода-вывода информации.

К числу наиболее известных первых управляющих программ относятся комплексы SAGE, SABRE, MERCURE, реализованы на ЭВМ второго поколения. Для ЭВМ IBM/360 были разработаны ОС, обеспечивающие пакетную технологию обработки данных и работу в реальном масштабе времени, а также реализацию многомашинных и мультипроцессорных комплексов.^[7]

Первая функционально полная ОС – OS/360. Разработка и внедрение ОС позволили разграничить функции операторов, администраторов, программистов, пользователей, а также существенно (в десятки и сотни раз) повысить производительность ЭВМ и степень загрузки технических средств. Версии OS/360/370/375 – MFT (мультипрограммирование с фиксированным количеством задач ), MVT (с переменным количеством задач),SVS (система с виртуальной памятью), SVM (система виртуальных машин) – последовательно сменяли друг друга и во многом определили современные представления о роли ОС в общей иерархии систем управления данными и задачами при обработке данных на ЭВМ.

Ранние версии OS/360 были ориентированны на пакетную обработку информации – входной поток заданий (МЛ, МД или перфокартах) подготавливался заранее и поступал на обработку в непрерывном режиме. В дальнейшем возникли расширения OS/360/375, допускающие диалоговую обработку данных с терминалов пользователя, последняя из версий (OSSVM) фактически предоставляла в распоряжении пользователя «виртуальную персональную ЭВМ» с полной мощностью вычислительной установки IBM/360/375. ОС других семейств.^[8]

1.2 Программы ОС

Программы ОС постоянно занимают в оперативной памяти объем, установленный при конфигурации системы. Остальные части ОС по мере необходимости вызываются из внешней памяти на МД.

ОС обеспечивает осуществление в вычислительной системе следующих процессов:

- обработка задач;

- работы системы в режиме диалога и квантования времени;

- работы в системе в реальном масштабе времени в составе многопроцессорных и многомашинных комплексов;

- связи оператора с системой;

- протоколирование хода выполнения вычислительных работ;

- обработки данных, поступающих по каналам связи;

- функционирование устройств ввода-вывода;

- использование широкого набора средств отладки и тестирование программ;

- планирование прохождения задач в соответствии с их приоритетами;

- ведение учета и контроля за использованием данных, программ и ресурсов ЭВМ.

Основные компоненты ОС – управляющие и обрабатывающие программы. Управляющие программы управляют работой вычислительной системы, обеспечивая в свою очередь автоматическую смену заданий для поддержания непрерывного режимы работы ЭВМ при переходе от одной программы к другой без вмешательства оператора.

Управляющая программа определяет порядок выполнения обрабатывающих программ и обеспечивает необходимым набором услуг для их выполнения. Основные функции: последовательное или приоритетное выполнение каждой работы (управление задачами); хранение, поиск и обслуживание данных независимо от их организации и способа хранения (управление данными).

Программы управления задачами считывают входные потоки задач, обрабатывают их в зависимости от приоритета, инициируют одновременное выполнение нескольких заданий; вызывают процедуры; ведут системный журнал.

Программы управления данными обеспечивают способы организации, идентификации, хранения, каталогизации и выборки обрабатываемых данных. Эти программы управляют вводом-выводом данных с различной организацией, объединением записей в блоки и разделением блоков на записи, обработки меток томов и наборов данных.