Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Определения и свойства операционных систем).pdf

Сейчас мы не сможем представить себе жизнь без использования персонального компьютера. Компьютер используется практически во всех сферах общества. Большинство предприятий различных отраслей уже не смогут функционировать без компьютерных комплексов. Эта тема актуальна, так как без операционных систем невозможно представить работу с электронной вычислительной машиной.

Целью данной работы является рассмотрение основного понятия, свойств, функций и требований к операционным системам.

Объект исследования: операционные системы.

Предмет исследования: функции операционных систем.

1.Определения и свойства операционных систем

1.1 Определение операционной системы

Операционной системой принято называть программный комплекс, который управляет аппаратными компонентами вычислительной системы и предоставляет пользователю понятный и удобный программный интерфейс для решения различных задач.

Операционная система является неотъемлемым компонентом любой вычислительной машины для различных задач – например домашний компьютер, узел локальной или глобальной компьютерной сети, сервер баз данных или же комплекс управления технологическим процессом на промышленном предприятии.

Операционная система должна быть достаточно понятной и открытой для разработчиков программного обеспечения, чтобы можно было разрабатывать приложения для расширения функционала ОС и улучшения ее работы.

1.2 Виды операционных систем

Наиболее распространенными классификациями операционных систем являются следующие две – по функциональным возможностям и по областям применения.

По функциональным возможностям выделяют:

однозадачные и многозадачные – многозадачные ОС делятся на ОС с вытесняющей и не вытесняющей многозадачностью. При вытесняющей многозадачности контроль за работой программ лежит на операционной системе, в противном же случае ход вычислений контролируется каждой программой самостоятельно;
однопользовательские и многопользовательские;
однопроцессорные и многопроцессорные – многопроцессорные ОС делятся на симметричные и асимметричные. Асимметричные многопроцессорные операционные системы отличаются от симметричных тем, что первая монополизирует для работы операционной системы один или более процессоров, в то время как вторая использует часть процессорного времени каждого процессора.
однонитевые и многонитевые операционные системы.

По областям применения выделяют операционные системы кластеров, серверов, рабочих станций, карманных компьютеров, мобильные и встраиваемые операционные системы. В зависимости от области применения различаются и функциональные возможности каждого класса операционных систем.

1.3 Свойства операционных систем

Свойства, которыми обладают операционные системы, делятся на две группы – машинно-независимые и машинно-зависимые. Машинно-независимые свойства характеризуют возможности операционной системы по управлению вычислительными ресурсами и особенности организации вычислительных процессов, а также способы организации файловых структур.

К машинно-независимым свойствам современных операционных систем относят многозадачность, возможность одновременной работы нескольких пользователей, возможность многопроцессорной обработки данных, возможность распараллеливания вычислений и многие другие.

2. Функции операционных систем

2.1 Обеспечение интерфейса пользователя.

По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы. Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки, при котором основным устройством управления является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно редактировать. Исполнение команды начинается после ее утверждения, например, нажатием клавиши Enter. Для компьютеров платформы IBM PC интерфейс командной строки обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS-DOS.

Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления, кроме клавиатуры, может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. Активный элемент управления – указатель мыши – графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши. В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и многие другие). Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши и другие средства.

2.2 Обеспечение автоматического запуска.

Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых операционных систем в системной области диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска. Не дисковые операционные системы используются в специализированных вычислительных системах. Математическое обеспечение таких систем содержится в микросхемах ПЗУ и его можно условно рассматривать как аналог операционной системы, автоматический запуск которой осуществляется аппаратно. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ (его можно изменять аппаратно с использованием логических микросхем), с которого начинается запись программы инициализации операционной системы.

2.3 Организация файловой системы.

Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы – табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о месте нахождения файла на диске хранятся в системной области диска в FAT-таблицах – таблицах размещения файлов. Нарушение FAT-таблицы приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске. Поэтому к таблице предъявляются особые требования надежности, и она имеет дубликат. Идентичность таблиц регулярно контролируется средствами операционной системы.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор, размер которого равен 512 байт. Поскольку размер FAT-таблицы ограничен, то для дисков, размер которых превышает 32 Мб, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору не представляется возможным. В связи с этим группы секторов условно объединяются в кластеры – наименьшие единицы адресации к данным, размер которых не фиксирован и зависит от емкости диска.

2.4 Обслуживание файловой системы.

Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной форме, пользователю они предоставляются в виде иерархической структуры. Все необходимые преобразования берет на себя операционная система. К функции обслуживания файловой системы относятся следующие операции:

создание файлов и присвоение им имен;
создание каталогов и присвоение им имен;
переименование файлов и каталогов;
копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами одного диска;
удаление файлов и каталогов;
навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу;
управление атрибутами файлов.

2.5 Управление приложениями.

С точки зрения управления исполнением приложений, различают однозадачные и многозадачные операционные системы. Однозадачные операционные системы передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения (полная многозадачность), ни его приостановки и запуска другого приложения (вытесняющая многозадачность). Параллельно с однозадачными операционными системами возможна работа только специальных резидентных программ, которые не опираются на операционную систему, а непосредственно работают с процессором, используя его систему прерываний.

Большинство современных графических операционных систем являются многозадачными. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между задачами и обеспечивают возможность:

одновременной или поочередной работы нескольких приложений;
обмена данными между приложениями;
совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями.

Надежность вычислительной системы во многом зависит от того, как операционная система управляет работой приложений. Операционная система должна предоставлять возможность прерывания работы приложений по желанию пользователя и снятия сбойной задачи без ущерба для работы других приложений. Для правильной работы приложения должны пройти операцию установки. Необходимость в установке связана с тем, что разработчики программного обеспечения не могут заранее предвидеть особенности аппаратной и программной конфигурации вычислительной системы, на которой предстоит работать их программам. Таким образом, дистрибутивный комплект (установочный пакет) программного обеспечения, как правило, представляет собой не законченный программный продукт, а полуфабрикат, из которого в процессе установки на компьютере формируется полноценное рабочее приложение. При этом осуществляется привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и его настройка на работу в этой среде.

Устаревшие операционные системы не имеют средств для управления установкой приложений. Единственное средство, которое они предоставляют – возможность запуска устанавливающей программы, прилагаемой к дистрибутивному комплекту. Такая установка отличается крайней простотой, но и невысокой надежностью, поскольку правильность привязки приложения к окружающей программно-аппаратной среде зависит от того, насколько разработчик устанавливающей программы сумел заранее предусмотреть возможные варианты конфигурации вычислительной системы конкретного пользователя.

Современные графические операционные системы берут на себя управление установкой приложений. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между приложениями, обеспечивают доступ устанавливаемых приложений к драйверам устройств вычислительной системы, формируют общие ресурсы, которые могут использоваться разными приложениями, выполняют регистрацию установленных приложений и выделенных им ресурсов.

Процесс удаления приложений имеет свои особенности. В операционной системе, где каждое приложение обеспечено собственными ресурсами, его удаление не требует специального вмешательства операционной системы. Достаточно удалить каталог, в котором размещается приложение.

В операционных системах, реализующих принцип совместного использования ресурсов, процесс удаления приложений имеет особенности. Нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были удалены ресурсы, на которые опираются другие приложения. В связи с этим удаление приложений происходит под строгим контролем операционной системы. Полнота удаления и надежность последующего функционирования операционной системы и оставшихся приложений во многом зависят от корректности установки и регистрации приложений в реестре операционной системы.

2.6 Обеспечение взаимодействия с аппаратным обеспечением.

Гибкость аппаратных и программных конфигураций вычислительных систем поддерживается за счет создания разработчиком оборудования специальных программных средств управления оборудованием – драйверов, предназначенных для основных операционных систем. Драйверы имеют точки входа для взаимодействия с прикладными программами, а диспетчеризация обращений прикладных программ к драйверам устройств является одной из функций операционной системы.