Файл: Информационные системы и технологии. Функции операционных систем персональных компьютеров..pdf

Введение

Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны, и аппаратурой компьютера с другой стороны . Операционная система выполняет две группы функций:

• предоставляет пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины;

• повышает эффективность использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

Пользователь, как правило, не интересуется деталями устройства аппаратного обеспечения компьютера, он видится ему как набор приложений, которые можно написать на одном из языков программирования. Операционная система предоставляет программисту ряд возможностей, которые могут использовать программы с помощью специальных команд, называемых системными вызовами. Поэтому программное приложение включает в себя множества системных вызовов, необходимых, например, для работы с файлами. Операционная система скрывает от программиста детали аппаратного обеспечения и предоставляет удобный интерфейс для исполнения системы операционной среды.

Предшественником операционных систем следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).

Применение универсальных компьютеров для управления производственными процессами потребовало реализации «масштаба реального времени» («реального времени») — синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами.

Включение функции масштаба реального времени позволило создавать решения, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и/или в режиме разделения времени).

Существуют две группы определений операционной системы: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который связан с вопросом, в каких случаях требуется операционная система.

Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры, содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без операционной системы, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске.

Универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как:

• использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным)
• многопользовательские (с разделением полномочий)
• многозадачные (с разделением времени)

Современным операционным система присуща многоплатформенность, то есть способность работать на различных типах компьютеров. Многие операционные системы имеют специальные версии для поддержки кластерных архитектур, имеющие высокую производительность и отказоустойчивость.

На данный момент получила дальнейшее развитие долговременная тендения повышения удобства работы человека с компьютером. Эффективность работы человека становиться основным фактором, определяющим эффективность вычислительной системы в целом.

Операционная система представляет собой комплекс взаимосвязанных программ , который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны и аппаратурой компьютера с другой.

Начальные сведения об операционной системе windows

Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, которые предназначены для организации диалога пользователя с компьютером и организации работы самого компьютера. Организация всего вычислительного процесса означает рациональное управление ресурсами компьютера в зависимости от некоторого критерия. Управление ресурсами компьютера включает:

- Управление оперативной памятью;

- Управление файловой системой;

- Управление внешними устройствами;

- Управление приложениями, которые выполняются в данный момент времени;

- Защита данных

По способу организации вычислительного процесса ОС делятся на два больших класса:

- Однопрограммные

(однозадачные ОС) – т.е. в оперативной памяти может находиться только одна программа с которой работает процессор;

- Многопрограммные

(многозадачные) – т.е. в ОС может находиться одновременно несколько программ, каждая из которых попеременно выполняется на одном процессоре - мультипрограммирование.

Мультипрограммирование реализовано в двух вариантах:

- Системы пакетной обработки

- Системы разделения времени

Мультипрограммные системы пакетной обработки – основная цель максимальная загрузка аппаратуры компьютера. Пока одна программа выполняла операцию ввода – вывода, процессор переключался на выполнение другой программы.

Системы разделения времени (многотерминальные системы) – каждый пользователь работает за своим терминалом, который подключен к одной машине, каждой задаче периодически выделялась доля процессорного времени.

Кроме того, в состав ОС были включены средства, которые позволяли автоматически выбирать следующее задание из пакета, загружать его в освободившиеся место в ОП и запускать его. Пакет заданий загружался на жесткий диск, и можно было добавлять задание по мере поступления. Этот технический прием называется «подкачкой» данных. Был организован спулинг внешних устройств, то есть несколько внешних устройств могли одновременно вводить или выводить данные. Спулинг – совместная периферийная операция в интерактивном режиме (Simultaneous Peripheral Operation On Line).

По своему функциональному назначению ОС делятся на несколько типов:

Операционные системы мэйнфреймов (больших машин). Мэйнфрейм в настоящее время применяются на крупных вычислительных центров для решения, как правило, сложных вычислительных задач, или обработки большого количества запросов. Например для управления космическими объектами, составление прогноза погоды, обработка данных в банках или отчетов магазинов крупных корпораций. Отличаются от ПК возможностями ввода – вывода, могут иметь десятки или сотни дисков, содержащих терабайты данных. Обработка данных ведется в пакетном режиме без участия пользователя. Начинают использоваться в виде мощных Web – серверов.

Серверные операционные системы – обеспечение работы компьютерных сетей

Операционные системы для персональных компьютеров – ориентированы на широкий класс пользователей, имеют удобный интерфейс – Windows, UNIX, Macintosh.

Многопроцессорные операционные системы. Для увеличения мощности компьютера используется несколько процессоров в одной системе, вычислительный процесс распараллеливается между несколькими процессорами. Требуется специальное программное обеспечение, которое способно разделить задачу на части, обрабатывать части параллельно на отдельном процессоре, затем получить единый результат. Как правило, представляют собой серверную операционную систему со специальными возможностями связи.

Операционные системы реального времени используются для управления технологическими процессами (станки с ЧПУ), движущимися объектами (спутники, роботы). Главный критерий работы – время, ОС должна дать ответ за определенное время или в определенном диапазоне. ОС работает по заранее заданному алгоритму (программе).

Встроенные операционные системы работают на карманных компьютерах (электронные справочники, электронные записные книжки) или технических устройствах, не считающихся компьютерами, например телевизоры, микроволновые печки, мобильные телефоны и т.д. Имеют ограниченный набор функций, ограничения на размер памяти, мощности. Пример Windows CE (Consumer Electronics – бытовая техника)

Операционные системы для смарт-карт – самые маленькие примитивные ОС. Имеют жесткие ограничения по мощности и памяти. Способны управлять, как правило, одной операцией – например электронным платежом. Некоторые смарт - карты могут выполнять апплеты Java - маленькие программы. Из-за необходимости управлять несколькими апплетами возникает многозадачность, необходимость планирования и защиты.

Операционные системы для персональных компьютеров ориентированы на пользователя и предоставляют пользователю возможность работы в интерактивном режиме, как правило, с несколькими приложениями.

Например:

WINDOWS является полноценной операционной системой, в ее состав входит MS DOS 7.x. WINDOWS использует объектно-ориентированную оконную технологию. Суть работы компьютера - исполнение прикладных программ под управлением той или иной операционной системы. WINDOWS  позволяет:

- организовать единый пользовательский интерфейс для программистов (нет необходимости изучать для каждой программы новые принципы организации взаимодействия с этой программой).

- одновременно выполнять несколько программ, переключаясь с одной на другую, управлять их приоритетами (многозадачность).

- Выполнять DOS-приложения.

- WINDOWS имеет единые средства обмена данными - буфер обмена. Это позволяет использовать в программах объекты, создаваемые средствами других программ.

- WINDOWS поддерживает масштабируемые шрифты.

- WINDOWS поддерживает мультимедиа

В ОС Windows системные вызовы и библиотечные процедуры разделены. Корпорацией Microsoft определен набор процедур – WIN32 API (Application Program Interface – интерфейс прикладного программирования), который доступен программисту при разработке приложений. Количество системных вызовов достаточно большое, более 1000.

Так как графический интерфейс в Windows работает в режиме ядра, существует большое количество вызовов для работы с окнами, текстом, шрифтами, полосами прокрутки и т.д.

Библиотечные процедуры для обработки системных вызовов в Windows называются динамические библиотеки и входят в подсистему окружения ОС Windows.

В операционных системах семейства Windows реализована открытая архитектура (Windows Open Services Architecture – WOSA), которая предоставляет механизмы для решения задачи передачи информации независимо от ее местоположения и формата представления. С их помощью пользователь компьютера может легко подключиться к любой из информационных служб, располагающихся в различных сетях или операционных системах. В настоящее время обеспечивается стандартный доступ к базам данных, почте, телефонным сетям и системам лицензирования, сетевым службам и специализированным службам (финансовые системы и данные реального времени).

История развития операционных систем Windows

Первая версия этой операционной системы -Windows 1.0увидела свет в ноябре 1985 года. Windows 1.0 «умела» совсем немного и была скорее графической оболочкой для MS-DOS, однако эта система позволяла пользователю запускать несколько прог­рамм одновременно. Главным неудобством при работе с Windows 1.0 было то, что открытые окна не могли накладываться друг на друга (чтобы увеличить размеры одного окна, приходилось уменьшать размеры находящегося рядом). Кроме того, для Windows 1.0 было написано слишком мало программ, поэтому данная система не получила широкого распространения.

Windows 3.1(1992 г.), Windows for Workgroups 3.11(1993 г.) - это популярные в прошлом графические операционные оболочки, работающие под управлением операционной системы MS DOS и использующие на нижнем уровне встроенные функции и процедуры данной ОС. Это объектно-ориентированные приложения, основу которых составляет иерархически организованная система окон.