Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Назначение и основные функции операционных систем).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность курсовой работы состоит в том, что во всех настольных компьютерах есть операционная система. Операционная система — это первое, что устанавливается на компьютер — без операционной системы компьютер бесполезен. Для современных персональных компьютеров создано множество операционных систем. Операционная система обеспечивает взаимодействие между пользователем, программами и аппаратным обеспечением компьютера.

Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих:

• управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

• управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

• пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд.

Целью написания курсовой работы является понимание функций операционных систем. Для достижения поставленной цели поставлена следующая задача: изучение аппаратной части компьютера, состоящей из следующих элементов:

• центрального процессора, имеющего определенную архитектуру (структуру регистров, набор и форму представления команд, формат обрабатываемых данных и т.д.) и характеризующегося производительностью, т.е. количеством простейших операций, выполняемых в единицу времени, а также другими качествами;

оперативной памяти, характеризующейся емкостью (объемом) и скоростью обмена данными (прежде всего с центральным процессором);

периферийных устройств, среди которых имеются

устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер и др.);

устройства вывода (дисплей, принтер, графопостроитель и др.);

внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и оптических дисков, устройства для работы с лентами и др.);

Глава 1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

§1. Понятие операционных систем и их функций

Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.

Операционная система – это комплекс программ, обеспечивающих:

---

• управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

• управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

• пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд – операций по обработке информации.^[1]

Такое определение операционной системы уже апеллирует к ее функциям, поэтому рассмотрим эти функции подробнее.

Операционные системы – наиболее машинно-зависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или, как еще говорят, обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.^[2]

В той мере, в какой это необходимо для понимания функций операционных систем, аппаратную часть компьютера можно представлять себе состоящей из следующих элементов:

• центрального процессора, имеющего определенную архитектуру (структуру регистров, набор и форму представления команд, формат обрабатываемых данных и т.д.) и характеризующегося производительностью, т.е. количеством простейших операций, выполняемых в единицу времени, а также другими качествами;

• оперативной памяти, характеризующейся емкостью (объемом) и скоростью обмена данными (прежде всего с центральным процессором);

• периферийных устройств, среди которых имеются

• устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер и др.);

• устройства вывода (дисплей, принтер, графопостроитель и др.);

• внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и оптических дисков, устройства для работы с лентами и др.);

• мультимедийные устройства.

Все эти аппаратные устройства обобщенно называют ресурсами компьютера.^[3]

Операционные системы относятся к системному программному обеспечению. Как известно, все программное обеспечение разделяется на системное и прикладное. К системному программному обеспечению принято относить такие программы и комплексы программ, которые являются общими, без которых невозможно выполнение или создание других программ.

История появления и развития системного программного обеспечения началась с того момента, когда люди осознали, что любая программа требует операций ввода-вывода данных. Это произошло в далекие 50-е годы прошлого столетия. Собственно операционные системы появились чуть позже.^[4]

---

Классификация функций операционных систем:^[5]

Интерфейсные функции:

• Управление аппаратными средствами, устройствами ввода- вывода
• Файловая система
• Поддержка многозадачности (разделение использования памяти, времени выполнения)
• Ограничение доступа, многопользовательский режим работы (если взять к примеру ДОС, то он не может быть многопользовательским)
• Сеть (взять спектрум в пример...)

Внутренние функции:

• Обработка прерываний
• Виртуальная память
• "Планировщик" задач
• Буферы ввода- вывода
• Обслуживание драйверов устройств

Операционные системы различаются особенностями реализации алгоритмов управления ресурсами компьютера, областями использования.^[6] Так, в зависимости от алгоритма управления процессором, операционные системы делятся на:

• Однозадачные и многозадачные
• Однопользовательские и многопользовательские
• Однопроцессорные и многопроцессорные системы
• Локальные и сетевые.

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:^[7]

• Однозадачные (MS DOS)
• Многозадачные (OS/2, Unix, Windows)

В однозадачных системах используются средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователями. Многозадачные ОС используют все средства, которые характерны для однозадачных,  и, кроме того, управляют разделением совместно используемых ресурсов: процессор, ОЗУ, файлы и внешние устройства.^[8]

В зависимости от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа:^[9]

• Системы пакетной обработки (ОС ЕС)
• Системы с разделением времени (Unix, Linux, Windows)
• Системы реального времени (RT11)

Системы пакетной обработки предназначены для решения задач, которые не требуют быстрого получения результатов. Главной целью ОС пакетной обработки является максимальная пропускная способность или решение максимального числа задач в единицу времени. Эти системы  обеспечивают высокую производительность при обработке больших объемов информации, но снижают эффективность работы пользователя в интерактивном режиме. В системах с разделением времени для выполнения каждой задачи выделяется небольшой промежуток времени, и ни одна задача не занимает процессор надолго. Если этот промежуток времени выбран минимальным, то создается видимость одновременного выполнения нескольких задач. Эти системы обладают меньшей пропускной способностью, но обеспечивают высокую эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.

---

По современным представлениям ОС должна уметь делать следующее:^[10]

Обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение (этот пункт не относится к ОС, предназначенным для прошивки в ПЗУ).

Обеспечивать управление памятью. В простейшем случае это указание единственной загруженной программе адреса, на котором кончается память, доступная для использования, и начинается память, занятая системой. В многопроцессных системах это сложная задача управления системными ресурсами.^[11]

Обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, ленты, оптические диски, флэш-память и т. д. Как правило, ОС управляет свободным пространством на этих носителях и структурирует пользовательские данные в виде файловых систем.

Предоставлять более или менее стандартизованный доступ к различным периферийным устройствам, таким как терминалы, модемы, печатающие устройства или двигатели, поворачивающие рулевые плоскости истребителя.

Предоставлять некоторый пользовательский интерфейс. Слово "некоторый" здесь сказано не случайно — часть систем ограничивается командной строкой, в то время как другие на 90% состоят из интерфейсной подсистемы.^[12]

Встраиваемые системы часто не имеют никакого пользовательского интерфейса. Существуют ОС, функции которых этим и исчерпываются. Одна из хорошо известных систем такого типа — дисковая операционная система МБ-ООБ.^[13]

Более развитые ОС предоставляют также следующие возможности:

параллельное (или псевдопараллельное, если машина имеет только один процессор) исполнение нескольких задач;

организацию взаимодействия задач друг с другом;

организацию межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов;

защиту системных ресурсов, данных и программ пользователя, исполняющихся процессов и самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ; □ аутентификацию (проверку того, что пользователь является тем, за кого он себя выдает), авторизацию (проверка, что тот, за кого себя выдает пользователь, имеет право выполнять ту или иную операцию) и другие средства обеспечения безопасности.

Системы реального времени применяются  для управления технологическим процессом или техническим объектом, например, летательным объектом, станком и т.д. По числу одновременно работающих пользователей на ЭВМ ОС разделяются на однопользовательские (MS DOS) и многопользовательские (Unix, Linux, Windows 95 - XP) В многопользовательских ОС каждый пользователь настраивает для себя интерфейс пользователя, т.е. может создать собственные наборы ярлыков, группы программ, задать индивидуальную цветовую схему, переместить в удобное место панель задач и добавить в меню Пуск новые пункты.^[14]

---

В многопользовательских ОС существуют средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Многопроцессорные и однопроцессорные операционные системы. Одним из важных свойств ОС является наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки  данных. Такие средства существуют в OS/2, Net Ware, Widows NT.По способу организации вычислительного процесса эти ОС могут быть разделены на асимметричные и симметричные. Одним из важнейших признаков классификации ЭВМ является разделение их на локальные и сетевые. Локальные ОС применяются на автономных ПК или ПК, которые используются в компьютерных сетях в качестве клиента. В состав локальных ОС входит клиентская часть ПО для доступа к удаленным ресурсам и услугам. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами ПК включенных в сеть с целью совместного использования ресурсов. Они представляют мощные средства разграничения доступа к информации, ее целостности и другие возможности использования сетевых ресурсов.^[15]

В сравнении с оперативной памятью внешние запоминающие устройства обладают практически неограниченной емкостью. Так, емкость встроенного накопителя персональных компьютеров – винчестера – обычно в 50-100 раз больше объема оперативной памяти. Для других устройств – накопителей на гибких магнитных дисках и оптических дисках – используются сменные носители информации, однако время доступа к информации на внешних запоминающих устройствах значительно больше, чем к информации в оперативной памяти (в тысячи раз). Медленнее, чем центральный процессор, работают и устройства ввода – вывода.

За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. Так, первые операционные системы были однопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройств компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства.

По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся однопользовательскими.^[16]

Такие операционные системы обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. ^[17]

---