Файл: Основные принципы работы операционной системы Windows.pdf

Введение

Сегодня компьютер представляет собой электронно-вычислительный комплекс, который может выполнять самые разнообразные действия для обработки информации. Для этого необходима слаженная работа аппаратной части компьютера и программ. Если говорить о программном обеспечении нужно сказать о том, что оно делиться на системное программное обеспечение и прикладное.

Среди всех системных программ основное место занимает операционная система (ОС).

Это она загружается в память компьютера, когда мы включаем его и обеспечивает наше общение с ним. Операционная система управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции. Она же обеспечивает диалог пользователя с компьютером. Любая программа на компьютере пользуется «услугами» операционной системы, и поэтому может работать под управлением только той ОС, которая обеспечивает для нее эти услуги.

Наиболее популярной среди современных пользователей является операционная система Windows 7, которой и посвящена настоящая работа, целью которой является анализ основ работы с данной операционной системой. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. рассмотрены основные принципы работы операционных систем Windows;
2. дана общая характеристика операционной системы Windows 7;
3. дана характеристика основным подходам и способам работы при использовании операционной системы Windows 7.

Таким образом, объектом данного исследования является операционная система Windows 7, предметом – организация работы в данной операционной системе.

В соответствии с поставленными целью и задачами структура работы представлена введением, тремя главами, заключением и списком литературы.

1 Основные принципы работы операционной системы Windows

Любой работающий компьютер есть связка четырёх типов программного обеспечения: операционная система, программы и приложения, драйверы и BIOS. Вот основные функции операционной системы, которые определяют её место среди прочих программных оболочек.

• управление оборудованием (включает в себя приём микрокода от BIOS чипа материнской платы, управление оперативной памятью, диагностику неисправностей и сочленение установленного оборудования и программ к нему)
• управление программами (включает в себя установку и удаление программ, запуск программ и участие работе «железных» компонентов от имени программ)
• управление файлами (всё, что можно создавать, перемещать и удалять на твердотельных накопителях)
• создание пользовательского интерфейса (графического или командного/текстового) для обеспечения или контроля всех или многих указанных выше функций

Как работает Windows блочно можно отобразить на рис. 1.

Рис. 1 – Схема работы операционной системы

Из схемы видно, что основными компонентами любой операционной системы являются три блока:

• шелл (программная оболочка\скорлупа)
• ядро системы
• данные конфигурации
• как Windows управляет программами

Это часть операционной системы, которая завязана и с пользователем и с приложениями. Именно шелл позволяет нам запускать флешки, устанавливать программы, запускать word-вый документ и печатать в нём, сохраняя в любое дозволенное системой место, которое заметно проводнику. Shell — это и File Explorer (проводник Windows), и контрольная панель Пуск, и окна Свойства системы и Мой компьютер. Человек или пользователь знает шелл как различные инструменты пользовательского интерфейса, такие как диалоговые окна, ярлыки и иконки, контекстные меню дополнительных команд.

Рис. 2 – Пользовательский интерфейс Windows

А для программ шелл это команды и процедуры, которые эти программы могут вызывать: печать информации через принтер, читать данные из баз, отображать что-то на экране.

Сам шелл состоит из нескольких подсистем, которые управляются в пользовательском режиме. Такой режим означает, что эти подсистемы имеют очень ограниченный доступ к системной информации, и доступ к «железу» может осуществляться ТОЛЬКО через системные службы (службы самой Windows). Одна из таких подсистем — подсистема безопасности Win32 — обеспечивает вход в систему (регистрацию пользователя), сохранение и распространение его привилегий на файлы и папки, а также другие функции безопасности. Абсолютно все программы и приложения «здороваются с Windows» только через подсистему Win32.

Как и в других ОС, отвечает за работу с оборудованием, которое внутри компьютера находится или во время работы к компьютеру «пристёгивается». Режим ядра полномочий имеет гораздо больше. Никакая программа, установленная в Windows, не имеет доступа к «железу» напрямую — только через шелл, который, в свою очередь, посылает все запросы к ядру. Такая система взаимодействия обеспечивает стабильную работу ОС. Это чем-то напоминает ресторан: перед тем как заказать блюдо, вам нужно позвать официанта (к шеф-повару и на саму кухню вас не пропустят).

Ядро состоит из двух компонентов:

• слой аппаратных абстракций HAL — hardware abstraction layer
  — (ближайший к железу уровень)
• уровень исполнительных служб (обеспечивает взаимодействие подсистем в пользовательском режиме со слоем аппаратных абстракций)

Логика работы ясна уже из описания: исполнительные службы Windows работают с оборудованием при помощи самого HAL и драйверов для конкретного устройства. Такой принцип работы устанавливается незаметно для глаз пользователя в момент установки Windows на компьютер. В тот самый момент, когда мы видим строки состояния установки компонентов и служб/программ, и строится структура слоя HAL на основе процессора, который в материнской плате вашей машины установлен.

То, что появится после установки ОС, перенести на другой компьютер один в один не получится: для нормальной работы в новой конфигурации до— или переустановка отдельных драйверов или целого их пакета неизбежна.

Ну, а всем операционным системам нужно место, где данные о программах и оборудовании, а также настройках и предпочтении пользователя можно хранить. Нужно хранить информацию и о том, как пользователь хочет, чтобы Windows и программы выглядели, где хранить скачиваемое и создаваемое и т.д. Для всего этого (или для почти всего) Windows использует … правильно, реестр. Некая информация хранится в файлах инициализации (характерные файлы с расширением .ini и .inf).

Рис. 3 - Реестр

И когда установленная программа запускается, перед появлением какого-либо окна она сначала посмотрит реестр и прочитает эти файлы, и только потом уже запуск приложения можно считать успешным.

Если программа установлена, мы подразумеваем, что её остов где-то хранится. Чаще всего это жёсткий диск или флешка. Когда пользователь запускает программу, некоторые из её файлов копируются в оперативную память. Так появляется процесс. практически в том виде, каком мы видим его в Диспетчере задач или Process Explorer. Процессом можно назвать программу, запущенную вместе с соответствующими системными службами и другими ресурсами. Ресурсы нередко включают в себя и другие программы, включая захват дополнительных ячеек оперативной памяти для временного хранения данных. Когда процесс делает запрос к системе по типу «Мне нужны ресурсы!», подразумевается, что программа обращается именно к подсистеме Win32. Так появляется поток данных. Поток — это единичная, выделенная задача (запустить или создать документ, вставить рисунок из буфера обмена, распечатать документ на принтере и т.д.). Схематично это выглядит так:

Рис. 4 – Поток данных

Потоков может быть несколько. Это называется многопоточность/мультипоточность: например, окна браузеров могут запускаться в нескольких вкладках или нескольких отдельных окнах. Выражаясь технически, в обоих случаях речь идёт о нескольких разных процессах браузер.exe.

В основе операционной системы Windows и всех ее приложений лежит так называемый событийный механизм.

Приложениями операционной системы называются программы, написанные для работы под ее управлением.

Основная особенность приложений Windows состоит в том, что им запрещено полностью захватывать процессор. Если программа для Windows написана корректно, она обязана время от времени приостанавливать свою работу и отдавать процессор самой операционной системе.

Сколько бы приложений ни работало одновременно, операционная система периодически отбирает у них процессор и передает его другим программам (в том числе и собственным), а потом опять возвращает.

Благодаря этому операционная система постоянно находится в курсе дел всех своих приложений. Происходит это настолько быстро, что мы просто не замечаем, что множество программ работает по очереди, — нам кажется, что они работают одновременно. Этим обеспечивается многозадачный режим работы.

Если на компьютере запустить приложение другой операционной системы, например программу, написанную для MS-DOS, то далеко не всегда Windows будет в курсе ее дел, проще говоря, программа не будет работать.

Операционная система Windows работает не только как диспетчер, открывающий программам доступ к процессору, но и как контролер. Внутри нее есть средства, проверяющие работу приложений, и если в каком-то приложении произошло некое событие, об этом становится известно операционной системе, и та в свою очередь может принять соответствующие меры.

В идеале так и должно быть, если приложение не имеет внутренних ошибок. На практике ошибки встречаются, в результате чего мы иногда сталкиваемся с «зависанием» компьютера. «Зависание» — это тот случай, когда операционная система не может восстановить контроль над тем, что делают программы, и компьютер перестает реагировать на команды.

Для примера посмотрим, как компьютер работает с мышью. В недрах операционной системы работает программа, отвечающая за взаимодействие с нею, — драйвер мыши.

Драйверами называются программы, отвечающие за взаимодействие операционной системы с устройствами.

Если драйвер мыши сообщает о том, что мышь переместилась или была нажата какая-то ее кнопка, то для операционной системы это событие. Система проверяет, где находился указатель в момент наступления события, определяет, какое приложение отвечает за работу окна, над которым в этот момент находился указатель, и сообщает ему о зафиксированном событии. Приложение, в свою очередь, принимает меры в соответствии с тем, что задумал создавший его программист.

Так получается, что и сама операционная система Windows, и все ее приложения находятся в постоянной готовности к внешним событиям.

Кстати, событиями являются не только манипуляции с мышью, но и сигналы, поступающие от клавиатуры, принтера, модема, внутренних часов и многих других устройств и программ.

2 Общая характеристика операционной системы Windows 7

Windows – это операционная система, «детище» корпорации Microsoft, которая очень популярна во всем мире. Именно эту ОС устанавливают на персональные домашние компьютеры и ноутбуки, а также Windows довольно часто используют и в современных офисах.

Отметим, что первая версия этой ОС была представлена пользователям в 1995 г. В настоящее время ее практически не устанавливают, ведь с развитием компьютерной техники изменились и требования к программному обеспечению. Сейчас одной из самых часто используемых является версия Windows 7.

Версия Windows 7 представлена пользователям в 2009 году. Выделим, что первое отличие этой ОС от предыдущих, ранее выпущенных версий - это усовершенствованная панель задач. Это изменение можно сразу заметить при запуске Windows 7. Итак, отметим, что новая ОС стала более удобной для использования. Ведь все значки выведены внизу, то есть с одной стороны они не загромождают экран огромным наличием «иконок», а с другой – всегда имеется возможность без труда воспользоваться ими. Windows 7 также имеет уникальную возможность закрепить ярлычки всех компьютерных программ на рабочем столе, что является очень удобной функцией. Панель задач характеризуется и более интересным, и стильным интерфейсом.

А зайдя в папку «Компьютер», появляется возможность перейти к любому файлу или необходимому документу, ведь Windows 7 оснащена довольно удобной навигацией.

Стоит отметить, что Windows 7 работает намного быстрее и эффективнее, чем все предыдущие версии. То есть приложения и файлы загружаются быстро и без проблем.

Для установки операционной системы Windows 7 компьютер обязательно должен иметь процессор 32(х86) или 64(х64), а также память не менее 1 Гб, а место на жестком диске - 16 Гб. Также должны быть установлены и особый графический адаптер, и драйвера. Ну а непосредственно процесс установки нового ПО должен выполнять только лишь грамотный специалист.

Рассмотрим список, в котором описаны различные дистрибутивы Windows 7 с кратким описанием и сравнительным анализом.