Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Функции операционных систем ПК).pdf
Добавлен: 04.04.2023
Просмотров: 89
Скачиваний: 1
ВВЕДЕНИЕ
Среди всех системных программ, с которыми приходится иметь дело пользователям компьютеров, особое место занимают операционные системы.
Операционная система управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и программ. Каждая программа пользуется услугами операционной системы, а потому может работать только под управлением той системы, которая обеспечивает для нее услуги.
Таким образом, выбор операционной системы очень важен, так как он определяет, с какими программами Вы сможете работать на своем компьютере. От такого выбора зависит также производительность Вашей работы, степень защиты данных, необходимые аппаратные средства и т.д. Однако, выбор операционной системы также зависит от технических характеристик (конфигурации) компьютера. Чем современнее операционная система, тем она не только предоставляет больше возможностей и более наглядна, но также тем больше она предъявляет требований к компьютеру, например: тактовая частота процессора, оперативная и дисковая память, наличие и разрядность дополнительных карт и устройств.
Основная причина необходимости операционной системы состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управление его ресурсами – это операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.
Операционная система скрывает от пользователя эти сложные и ненужные подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Она выполняет различные вспомогательные действия, например, копирование и печать файлов.
Операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.
Актуальность исследования обусловлена потребностью изучения функций операционных систем с целью их улучшения для повышения качества работы пользователя с компьютером, делая её более простой и освобождая его от обязанностей распределять ресурсы и управлять ими.
Объектом исследования выступают непосредственно операционные системы.
Предмет исследования – функции операционных систем, научные труды ученых и программистов, изучаемые и применяемые пользователем в работе с операционной системой.
Цель исследования - заключается в изучении понятия операционных систем и их функций.
Для достижения поставленной цели необходимо выделить следующие задачи:
- Определить понятие операционной системы.
- Изучить классификацию операционных систем.
- Рассмотреть операционные системы, альтернативные Windows.
- Проанализировать функции операционных систем персональных компьютеров.
Таким образом данная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка используемой литературы.
1. Понятие операционной системы
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)[1].
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.).
Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.
Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.
Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы)[2]. Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.
Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами[3]. При этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные вычисления) — в пакетном режиме.
Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или по ошибке), а также изменения самой системы прикладной программой.
Реализация разделения полномочий в операционных системах была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора — «реальным» (в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенным при запуске программы на исполнение).
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).
Постепенная замена носителей с последовательным доступом (перфолент, перфокарт и магнитных лент) накопителями произвольного доступа (на магнитных дисках). Файловая система — способ хранения данных на внешних запоминающих устройствах.
Операционная система представляет собой комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его сиcтему BIOS (базовая система ввода-вывода); с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений[4] (рис. 1).
Рис. 1. Уровни программного обеспечения
Современная операционная система обычно хранится на жестком диске (дисковая ОС) и загружается непосредственно при включении ЭВМ. Далее она осуществляет полное управление компьютером, в том числе его ресурсами: оперативной памятью, дисковым пространством и т. д.
Все устройства компьютера понимают лишь элементарные операции очень низкого уровня, а действия пользователей и прикладных программ состоят из нескольких сотен или тысяч таких операций. Основная функция всех операционных систем – посредническая[5].
Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса (способ взаимодействия):
- интерфейса между пользователем и программно-аппаратным обеспечением (интерфейс пользователя, User Interface — UI );
- интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);
- интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс, Application Programming Interface — API ).
Каждая ОС состоит как минимум из трех обязательных частей[6]:
- первая – ядро, командный интерпретатор, «переводчик» с программного языка на язык машинных кодов;
- вторая – специализированные программы, называемые драйверами, предназначенные для управления различными устройствами, входящими в состав компьютера. Сюда же относятся системные библиотеки, используемые как самой операционной системой, так и входящими в ее состав программами;
- третья – системная оболочка, с которой общается пользователь – интерфейс. (Образно говоря, это красивая обертка, в которую упаковано скучное и не интересное для пользователя ядро).
Даже для одной аппаратной платформы, например, такой, как IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях: внутренние и внешние. Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций. Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических потребностей, предъявляемых к конкретному рабочему месту.
Таким образом, операционная система, ОС (англ. operating system, OS) — комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодействия с пользователем. Наличие ядра операционной системы – непременное условие для возможности практической работы человека с вычислительной системой[7].
1.1 Классификация операционных систем
Все существующие ОС по различным признакам можно разделить на несколько групп.
По числу одновременно выполняемых задач[8]:
однозадачные ОС – системы, которые поддерживают режим выполнения только одной программы в отдельный момент времени, например, MS-DOS;
многозадачные ОС (Windows, OS/2, UNIX и др. сетевые), обеспечивающие:
1) возможность одновременной работы с несколькими задачами, между которыми можно переключаться;
2) возможность обмена данными между приложениями;
3) возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов несколькими приложениями.
По типу доступа пользователя к ЭВМ:
системы пакетной обработки - системы, когда из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет (набор) заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности[9];
системы разделения времени - системы, которые обеспечивают одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания;
системы реального времени - системы, которые обеспечивают определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя при управлении им внешними по отношению ЭВМ событиями, процессами или объектами.
По числу одновременно работающих пользователей:
однопользовательские ОС – системы, которые поддерживаю работу только одного пользователя (MS DOS, ранние версии Windows и OS/2);
многопользовательские ОС – системы, которые поддерживают одновременную работу на ЭВМ нескольких пользователей за различными терминалами (UNIX, Windows NT и др. сетевые)[10].
Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.
По реализации интерфейса пользователя[11]:
Неграфические ОС. Реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления при этом является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки (MS DOS).
Графические ОС. Реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве устройства управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования.
По принципу распределения процессорного времени:
Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. При этом выделяют:
ОС с невытесняющей многозадачностью, когда активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс (Novell NetWare);