Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

По возможности управления сетевыми ресурсами выделяют локальные и сетевые операционные системы. Сетевые операционные системы, в отличие от локальных, предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в единую сеть. Причем, данные системы обладают мощными средствами разграничения доступа к данным в рамках обеспечения их целостности и сохранности.

По типу лицензии разделяют собственнические и свободные (открытые) операционные системы. Главное отличие состоит в том, что в рамках первых правообладатель сохраняет за собой монополию на использование, копирование, модификацию, распространение и т.п.

Таким образом, операционные системы различаются областями использования и алгоритмами управления ресурсами персонального компьютера.

Раздел 2. Функции операционных систем персональных компьютеров

К основным функциям операционных систем следует отнести:

• обеспечение взаимодействия с аппаратным обеспечением;
• управление приложениями;
• обеспечение автоматического запуска;
• обеспечение пользовательского интерфейса;
• организацию файловой системы;
• ведение файловой структуры;
• обслуживание компьютера.

В ходе рассмотрения функции обеспечения взаимодействия с аппаратным обеспечением следует отметить, что на сегодняшний день существуют сотни различных моделей мониторов, принтеров, сканеров, звуковых карт, видеоадаптеров и прочего оборудования.

При создании программных обеспечений разработчики просто не в силах предусмотреть все возможные варианты взаимодействия своей программы с другими. Нивелировать данный разрыв позволяют драйвера – специальные программные средства управления, имеющие точки входа для взаимодействия с прикладными программами. Данный процесс взаимодействия и обеспечивает операционная система. Другими словами, выпуская то или иное устройство, разработчик заведомо закладывает в него несколько драйверов, предназначенных для основных операционных систем. Именно благодаря данной работе обеспечивается гибкость аппаратных и программных конфигураций компьютера.

К слову, в операционных системах драйверы устройств могут напрямую работать с процессором и другими устройствами материнской платы, то есть загружаются как резидентные программы. В данном случае задача операционной системы сводится к предоставлению доступа пользователю к загрузке драйвера. В дальнейшем драйвер самостоятельно отслеживает прерывания, которые используются для обращения к устройству, и управляет его взаимодействием с вызывающей программой.

---

Следует отметить, что загрузка драйверов может быть как ручной, так и автоматической. В первом случае после первоначальной загрузки компьютера пользователь сам выдает команды на загрузку драйверов. Во втором случае команды на загрузку и настройку драйверов заведомо включены в состав файлов и автоматически читаются при загрузке компьютера. Такие файлы называются файлами конфигурации.

В современных операционных системах функции по установке драйверов и передачи им управления от приложений возлагаются на саму операционную систему. Помимо указанного операционная система управляет и процессом аппаратно-логического подключения. Причем каждое подключенное устройство может использовать до трех аппаратных ресурсов устройств материнской платы, а именно, адресов внешних портов процессора, прерываний процессора и каналов прямого доступа к памяти.

Если устройство подключается к материнской плате через шину ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате (PCI), то есть техническая возможность организовать между ним и материнской платой обратную связь. Это позволяет операционной системе анализировать требования устройств о выделении им ресурсов и гибко реагировать на них, исключая захват одних и тех же ресурсов разными устройствами. Такой принцип динамического распределения ресурсов операционной системой получил название plug-and-play, а устройства, удовлетворяющие этому принципу, называются самоустанавливающимися [4].

Функция управления приложениями подразумевает управление процессом установки, а также управление использованием и удалением приложений.

Для того, чтобы любое приложение работало в нормальном режиме, следует пройти этап установки. На сколько корректно прошел данный этап, а также этап регистрации приложений в операционной системе, зависит процесс ее успешного функционирования.

Современные операционные системы распределяют ресурсы между приложениями, обеспечивают доступ устанавливаемых приложений к драйверам устройств, формируют ресурсы, которые могут быть использованы различными приложениями, регистрируют устанавливаемые приложения, а также количество выделяемых им ресурсов.

Можно сказать, что работа с приложениями составляет наиболее важную часть работы операционной системы, а многозадачные операционные системы обеспечивают одновременную либо поочередную работу нескольких приложений, обмен данными между ними, а также возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов несколькими приложениями.

---

От того, как операционная система управляет работой приложений, во многом зависит надежность всей вычислительной системы. Операционная система должна предоставлять возможность прерывания работы приложений по желанию пользователя и снятия сбойной задачи без ущерба для работы других приложений. При этом требование надежности операционной системы может входить в противоречие с требованием ее универсальности [4].

Примером могут служить операционные системы Windows 95 либо Windows 98. В ходе работы данных систем имели место системные сбои из-за работы с приложениями, нечетко соблюдающими спецификацию операционной системы. А в случае с Windows NT система из строя не выходит при сбое приложений, но не настолько универсальна и имеет ограниченный парк доступных приложений.

Следует также разделять операционные системы, в которых реализуется принцип совместного использования ресурсов от систем, в которых каждое приложение обеспечено собственными ресурсами. Во втором случае удаление одного из приложений не требует вмешательства операционной системы. Достаточно удалить только каталог, в котором размещено приложение.

В операционных системах, реализующих принцип совместного использования ресурсов нельзя, чтобы бы при удалении одного из приложений были удалены ресурсы, на которые опираются другие приложения. В данном случае удаление приложений четко контролируется операционной системой.

В целом, операционная система стоит во главе эффективного распределения ресурсов и является «своеобразным диспетчером ресурсов компьютера» [1].

К числу основных ресурсов современных вычислительных систем относятся процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители на МЛ, принтеры, сетевые устройства, и др [1]. Данные ресурсы распределяются операционной системой между выполняемыми программами и приложениями.

Функция обеспечения автоматического запуска различается для дисковых и недисковых операционных систем.

В случае дисковых операционных систем в ходе запуска создается запись программного кода в специальной области диска, называемой системной. Программы, находящиеся в системе BIOS – системе ввода-вывода, выполняют обращение к этому коду и, завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска.

Для недисковых операционных систем автоматический запуск осуществляется аппаратно. То есть при подаче питания процессор обращается к фиксированному адресу постоянного запоминающего устройства, с которого и начинается запись программы инициализации операционной системы. Следует отметить, что математическое обеспечение таких устройств выступает аналогом операционной системы. В целом, такой запуск характерен для специализированных вычислительных систем, в частности для компьютеризированных устройств автоматического управления.

---

Операционная система выполняет и функцию обеспечения пользовательского интерфейса (UI – user interface). Пользовательский интерфейс представляет собой совокупность элементов, на основе которых строится общение между пользователем и различными программами и устройствами.

Все операционные системы способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем [4].

В первом случае операционная система автоматически выполняет команды, которые заданы определенной последовательностью, в отличие от диалогового режима работы, суть которого сводится к ожиданию операционной системой команды пользователя. Причем, получив команду, система приступает к ее выполнению, а по готовности возвращает отклик пользователю и ждет последующей команды.

Следует также вспомнить, что различают графические и неграфические операционные системы.

Неграфические операционные системы работают посредством командной строки. При этом основным устройством управления является клавиатура. Пользователь вводит в командную строку управляющие команды, а их исполнение начинается после утверждения, например, нажатием клавиши Enter.

При работе с графической операционной системой можно пронаблюдать работу как активных, так и пассивных экранных элементов управления. К активным элементам относят компьютерную мышь, а точнее ее указатель – графический объект, который двигается по экрану компьютера параллельно перемещению мыши.

К пассивным элементам управления относят графические объекты управления приложений, а именно, экранные значки, флажки, кнопки, переключатели, строки меню и т.п.

Следует отметить, что первой графической операционной системой является операционная система Macintosh (Мас). Данная система была весьма удобной, поскольку появился так называемый рабочий стол, окна, меню и ярлыки. Apple выпустила данную операционную систему в 1983 году, а в 1984 уже вовсю рекламировала по американскому телевидению. Данная система была разработана исключительно для компьютеров Apple PC. Исключительно, в данном случае, означает, что никто не мог ни копировать, ни устанавливать данную операционную систему на компьютеры, не совместимые с Apple.

Если говорить о компании Microsoft, то она выпустила свою первую графическую операционную систему лишь в ноябре 1985 года. Она носила название Windows 1.0 и была представлена на выставке компьютерных технологий в Лас-Вегасе. Данная операционная система значительно уступала операционной системе Мас и в целом мало была похожа на полноценную операционную систему. Скорее это был графический проводник, который позволял выполнять простые задачи над файлами и запускать программы после одного щелчка мыши по пиктограмме программы. Позже компания Microsoft разработала и выпустила операционную систему Windows 2.0, затем Windows NT (New Technologies). Но успех пришел только с созданием Windows 3.0.

---

Операционная система выполняет функцию организации файловой системы. Поскольку работа пользователя на персональном компьютере в основном связана с созданием и редактированием файлов, то и операционная система фактически сводится к работе с файлами.

В файлах, в свою очередь, может храниться информация различного рода: как таблицы, так и тексты, как рисунки, так и чертежи и т.п. В целом, все дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой системы, то есть структуры хранения данных определенного порядка.

Любая файловая система выполняет три основные функции:

• во-первых, обеспечивает доступ к файлам и каталогам на диске;
• во-вторых, определяет, занято или свободно пространство диска;
• в-третьих, определяет местоположение файлов и каталогов на диске.

Функция ведения и обслуживания файловой структуры заключается в управлении процессами:

• создания файлов и каталогов, присвоения им имен, переименования;
• копирования и перемещения как между каталогами, так и между дисками;
• удаления файлов, каталогов (папок);
• навигации по файловой структуре с целью получения доступа к желаемому файлу, папке (каталогу);
• управления атрибутами файлов. К атрибутам файлов относят данные, которые непосредственно описывают файл. Атрибут может быть в двух состояниях: установленный и снятый. Не следует к атрибутам файла относить дату, расширение имени файла или права доступа. Следует учесть, что понятие атрибут относится не только к файлам, но и каталогам. Также существуют расширенные атрибуты файлов, хранящие данные другого типа.

В операционных системах Microsoft Windows существуют следующие атрибуты файлов:

• только чтение (R) – подобный атрибут свидетельствует о том, что желаемый файл открыт только для чтения и вносить изменения в содержание файла невозможно. Однако, следует отметить, что если подобный атрибут установлен для каталогов, то программы Windows игнорируют его;
• архивный (А) – наличие данного атрибута говорит о том, что файл был изменен со времени проведения последнего резервного копирования. В свою очередь, программное обеспечение, которое выполняет резервное копирование, отвечает за снятие указанного атрибута;
• системный (S) – файл с указанным атрибутом считается очень важным для нормальной работы системы в целом именно за счет того, что он находится в неизмененном виде, и программы Windows не будут отражать такие файлы, если не включен специальный режим;
• скрытый (H) – файл с таким атрибутом позволит программам Windows по умолчанию не отображать такой файл, если не включен специальный режим;
• сжатый (С) – такой атрибут указывает на то, что Windows сохраняет файл на диске в сжатом виде;
• проиндексированный (I) – атрибут файла, который позволит не включать содержимое файла в поисковый индекс;
• зашифрованный (Е) – такой атрибут говорит о том, что Windows хранит на диске необходимый файл в зашифрованном виде.

---