Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

Введение

Причина выбора данной темы курсовой

Данная тема курсовой работы была выбрана в соответствии с методическими рекомендациями «Методические рекомендации по написанию курсовой работы по дисциплине «технологии программирования»» стр. 2, раздел «определение варианта курсовой работы».

Чем значима она для автора и для общества в целом

Для меня, как и для общества в целом, тема важна, так как персональные компьютеры обладают уникальной «силой», которая заключается в наличии большого количества готовых программных пакетов. Так же Операционная система (ОС) представляет собой интегрированный набор программ. Он контролирует операции ввода / вывода, выполняет задачи системного планирования, заботится о прерываниях системы и контролирует состояние системы, предоставляя соответствующие сообщения различным аппаратным средствам и пользователям. Производительность ПК также будет зависеть от типа используемой ОС. Различные операционные системы теперь доступны для использования на ПК, и каждый из них имеет свои преимущества. Некоторые из них просты, меньше и дешевле как с точки зрения стоимости обучения, необходимого места для хранения, так и ценника, прикрепленного к ним. Другие требуют обширной подготовки пользователя.

Исходя из вышеизложенного, получаю, что знание данной темы необходимо для более грамотной и продуктивной работы за персональным компьютером (ПК).

Раскрываются цели написания курсовой работы

Выделяю две основных цели написания данной курсовой работы:

1. Получение положительной оценки за курсовую работу.
2. Получить и закрепить знания о функциях операционных систем ПК, таких как:

• осуществление диалога с пользователем;
• ввод-вывод и управление данными;
• планирование и организация процесса обработки программ;
• распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);
• запуск программ на выполнение;
• всевозможные вспомогательные операции обслуживания;
• передача информации между различными внутренними устройствами;
• программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.);
• организация среды взаимодействия и обмена информацией между работающими программами.

Глава 1. Осуществление диалога с пользователем

Все операционные системы способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем. В пакетном режиме операционная система автоматически исполняет заданную последовательность команд. Суть диалогового режима состоит в том, что операционная система находится в ожидании команды пользователя и, получив ее, приступает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний процессора и прерываний BIOS (которые, в свою очередь, также основаны на использовании прерываний процессора) Опираясь на эти аппаратные прерывания, операционная система создает свой комплекс системных прерываний. Способность операционной системы прервать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств, воспринимается нами как диалоговый режим работы.

Осуществление диалога с пользователем представляет сбой выдачу команд, запрос мнения ПК и ввод своего решения.

Глава 2. Ввод – вывод и управление данными

Принцип аппаратуры ввода – вывода

Два нижних уровня системы управления вводом-выводом составляет hardware: сами устройства, непосредственно выполняющие операции, и их контроллеры, служащие для организации совместной работы устройств и остальной вычислительной системы. Следующий уровень составляют драйверы устройств ввода-вывода, скрывающие от разработчиков операционных систем особенности функционирования конкретных приборов и обеспечивающие четко определенный интерфейс между hardware и вышележащим уровнем – уровнем базовой подсистемы ввода-вывода, которая, в свою очередь, предоставляет механизм взаимодействия между драйверами и программной частью вычислительной системы в целом. Структура системы ввода- вывода представлена на рис.1.

Рис.1.Структура системы ввода – вывода

В составе любой ОС существует специальная подсистема, управляющая аппаратурой ввода – вывода. Основные задачи, решаемые с помощью этой подсистемы, состоят в следующем:

• подсистема должна обеспечить пользователей удобным и понятным интерфейсом для обращения к ПУ как в однопользовательском, так и в многопользовательском режимах работы ЭВМ; при этом часто выдвигается требование на достижение унифицированного интерфейса для доступа к различным по своим физическим характеристикам ПУ, для чего реализуется принцип независимости от устройств;
• в мультипрограммном режиме работы систем разделения времени подсистема должна обеспечить такое планирование процесса ввода-вывода данных, чтобы достичь максимального перекрытия во времени работы центрального процессора (ЦП) и аппаратуры ввода-вывода.
• состав подсистемы ОС для устройств ввода – вывода и аппаратура ввода-вывода существенно отличаются для различных ЭВМ, но можно выделить и единое концептуальное начало, свойственное всем подсистемам. Аппаратуру ввода-вывода можно рассматривать как совокупность аппаратурных процессоров, которые способны работать параллельно друг относительно друга, а также относительно ЦП. На таких процессорах выполняются так называемые внешние процессы. Например, для печатающего устройства процесс может состоять из совокупности действий, обеспечивающих перевод каретки, продвижение бумаги на одну строку, печать любого заданного числа символов на строке.

Управление данными включает следующие компоненты:

• долговременное планирование — организацию размещения данных на внешних носителях, их выборку и предоставление пользовательским программам;
• оперативное управление — распределение оперативной памяти под программы и данные, реализацию обмена данными между оперативной и внешней памятью;
• управление внешними устройствами ввода-вывода и размещения данных.

Глава 3. Планирование и организация процесса обработки программ

Когда процесс выполняется, он проходит через разные состояния. Эти этапы могут различаться в разных операционных системах. Структура планирование и организация процесса обработки программ изображена на рис. 2.

Рис. 2. Структура планирование и организация процесса обработки программ

• Start: начальное состояние при создании процесса.
• Ready: процесс ожидает исполнения на процессоре. В течение работы процессор может переключаться между процессами, переводя одни в режим готовности, другие – в режим исполнения.
• Running: выполнение инструкций.
• Wait: процесс переходит в состояние ожидания. Например, ждёт ввода данных или получения доступа к файлу.
• Terminated: как только процесс завершится, он перейдёт в это состояние и будет ожидать удаления.

Планирование

Планировщик – это часть менеджера процессов, которая ответственна за переключение между процессами и выбор очереди по какой-либо стратегии.

ОС поддерживает все блоки управления процессом (PCB) в очередях планирования процесса:

• Очередь задач (job queue) поддерживает все процессы в системе.
• Очередь ожидания (ready queue) хранит информацию обо всех процессах, находящихся в основной памяти в состоянии ожидания. В эту очередь попадают и новые процессы.
• Очереди из устройств (device queue) – это процессы, заблокированные из-за недоступности устройств ввода-вывода.

Глава 4. Распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств)

ПК имеет большое количество ресурсов, каждый из которых может в конкретный момент времени использоваться только одним процессом. К ресурсам ПК относиться оперативная память, жесткие диски, дисководы, устройства ввода – вывода, внутренние системные таблицы, центральный процессор.

Оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором.

Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится:

• непосредственно;
• через сверхбыструю память 0-го уровня — регистры в АЛУ, либо при наличии аппаратного кэша процессора — через кэш.

Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП представлена на рис.3.

Рис.3. Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП

Глава 5. Запуск программ на выполнение

Выполнение программ

Запуск программ в командной строке активирует целый механизм по поиску и выполнению этой программы.

Программа, независимо от того, что она делает, всего лишь файл или набор файлов на диске. Один из этих файлов обязательно должен быть исполняемым. Выполнить программу можно только если она исполняемая, иначе попытка запустить её приведёт к ошибке.

Глава 6. Всевозможные вспомогательные операции обслуживания

Современные компьютеры используются для компьютерного моделирования сложных физических, биологических, метеорологических и других процессов и решения прикладных задач. Например, для моделирования ядерных реакций или климатических изменений. Некоторые проекты проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число относительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя таким образом очень мощный компьютер.

Глава 7. Передача информации между различными внутренними устройствами

Компоненты системного блока:

• Системная плата;
• Блок питания;
• Центральный процессор;
• Оперативная память;
• Видеокарта;
• Сетевая карта;
• Звуковая карта;
• Жесткий диск.

Компьютер – это техническое средство преобразования информации, в основу работы которого заложены те же принципы обработки электрических сигналов, что и в любом электронном устройстве:

• входная информация, представленная различными физическими процессами, как электрической, так и неэлектрической природы (буквами, цифрами, звуковыми сигналами и т.д.), преобразуется в электрический сигнал;
• сигналы обрабатываются в блоке обработки;
• с помощью преобразователя выходных сигналов обработанные сигналы преобразуются в неэлектрические сигналы (изображения на экране).

Назначение компьютера – обработка различного рода информации и представление ее в удобном для человека виде.

С позиции функционального назначения компьютер – это система, состоящая из 4-х основных устройств, выполняющих определенные функции: запоминающего устройства или памяти, которая разделяется на оперативную и постоянную, арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ) и устройства ввода-вывода (УВВ). Рассмотрим их роль и назначение.

Запоминающее устройство (память) предназначается для хранения информации и команд программы в ЭВМ. Информация, которая хранится в памяти, представляет собой закодированные с помощью 0 и 1 числа, символы, слова, команды, адреса и т.д.

Под записью числа в память понимают размещение этого числа в ячейке по указанному адресу и хранение его там до выборки по команде программы. Предыдущая информация, находившаяся в данной ячейке, перезаписывается. При программировании, например, на языке Паскаль или Си, адрес ячейки связан с именем переменной, которое представляется комбинацией букв и цифр, выбираемых программистом.

Под считыванием числа из памяти понимают выборку числа из ячейки с указанным адресом. При этом копия числа передается из памяти в требуемое устройство, а само число остается в ячейке.

Пересылка информации означает, что информация читается из одной ячейки и записывается в другую.

Адрес ячейки формируется в устройстве управления (УУ), затем поступает в устройство выборки адреса, которое открывает информационный канал и подключает нужную ячейку.