Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Операционных систем Windows, Linux и Mac).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Операционная система - это самая главная программа. Операционные системы разные, но их назначение и функции одинаковые. Операционная система является основной и необходимой составляющей ПО компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

Операционная система - пакет программ, обеспечивающих взаимодействие всех аппаратных и программных частей компьютера между собой и диалог пользователя и компьютера.

Операционная система обеспечивает связь между пользователем, программами и аппаратными устройствами. Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

ОС принимает на себя сигналы-команды, которые посылают другие программы, и «переводит» их на понятный машине язык. ОС управляет всеми подключенными к компьютеру устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам. Наконец, третья задача ОС - обеспечить человеку-пользователю удобство работы с компьютером.

Актуальность данной курсовой работы обусловлена потребностью улучшения операционных систем для повышения качества работы пользователя с ЭВМ, делая её, более простой, и освобождая его от обязанностей распределять ресурсы и управлять ими.

Объект курсовой работы: операционные системы.

Предмет курсовой работы: эффективные технологии, научные труды ученых и программистов, применяемые пользователем в работе над операционной системой.

Цель курсовой работы: проанализировать наиболее распространенные операционные системы.

Из цели следуют следующие задачи:

1.  Изучить характеристику операционных систем.

2.  Проанализировать современные операционные системы и выявить их недостатки и достоинства.

Гипотеза исследования - постоянно повышается удобство интерактивной работы с компьютером путём включения в ОС развитых графических интерфейсов, использующих наряду с графикой звук и видеоизображение. Пользовательский интерфейс ОС становится всё более интеллектуальным, направляя действия человека в типовых ситуациях и принимая за него рутинные решения.

Основными источниками, раскрывающими теоретические основы функций операционных систем персональных компьютеров, явились работы таких авторов, как Б.Е. Одинцова, А.Н. Романова, С.В. Симоновича, А.Н. Гуда, М.А. Бутакова, Н.М. Нечитайло, А.В. Чернов, В.П. Косарев, Марапулец Ю.В.

Данные источники являются надежными, т.к. авторы публиковались в известных издательствах, имеют научные степени и их мнение имеет вес в научной сфере.

Глава 1. Возникновение, эволюция и функции первых операционных систем.

Возникновение первых операционных систем.

Первый компьютер был изобретен английским математиком Чарльзом Бэббиджем в конце восемнадцатого века. Его "аналитическая машина" так и не смогла по настоящему заработать, потому что технологии того времени не удовлетворяли требованиям по изготовлению деталей точной механики, которые были необходимы для вычислительной техники. Известно также, что этот компьютер не имел операционной системы.[9]

С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых элементов. В эти годы появились первые алгоритмические языки, а, следовательно, и первые системные программы - компиляторы. Появились первые системы пакетной обработки данных, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом.[3]

В это время в технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам. Первым семейством программно-совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, явилась серия машин IBM/360. Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Такие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах, с большим и с малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. Важнейшим достижением ОС данного поколения явилась реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом.[11]

Операционная система (ОС) управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и программ. Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для нее услуги. Таким образом, выбор ОС очень важен, так как он определяет, с какими программами Вы сможете работать на своем компьютере. От выбора ОС 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 более современнее операционная система, тем она не только предоставляет больше возможностей и более наглядна, но также тем больше она предъявляет требований к компьютеру (тактовая частота процессора, оперативная и дисковая память, наличие и разрядность дополнительных карт и устройств). С тем, что такое операционные системы и их особенностями в целом, мы разобрались, теперь самое время приступить к более детальному, конкретному рассмотрению многообразия ОС, которое обычно начинается с рассмотрения краткой истории появления и развития. Итак, все началось в далеком 1965-м. Четыре года компания American Telegraph & Telephone Bell Labs совместно с фирмой General Electric и группой исследователей из Масачусетского технологического института творила проект Os Multics (также именуемый MAC - не путать с МасOS). Целью проекта было создание многопользовательской интерактивной операционной системы, обеспечивающей большое число пользователей удобными и мощными средствами доступа к вычислительным ресурсам. Эта ОС основывалась на принципах многоуровневой защиты. Виртуальная память имела сегментно-страничную организацию, где с каждым сегментом связывался уровень доступа. Для того, чтобы какая-либо программа могла вызвать программу или обратиться к данным, располагающимся в некотором сегменте, требовалось, чтобы уровень выполнения этой программы был не ниже уровня доступа соответствующего сегмента. Также впервые в Multics была реализована полностью централизованная файловая система. То есть, даже если файлы находятся на разных физических устройствах, логически они как бы присутствуют на одном диске. В директории же указан не сам файл, а лишь линк на его физическое местонахождение. Если вдруг файла там не оказывается, умная система просит вставить соответствующий девайс. Помимо этого, в Multics наличествовал большой объем виртуальной памяти, что позволяло делать имэйджи файлов из внешней памяти в виртуальную. Увы, но все попытки наладить в системе относительно дружественный интерфейс провалились. Было вложено много денег, а результат был несколько иной, нежели хотелось ребятам из Bell Labs. Проект был закрыт. Кстати, участниками проекта значились Кен Томпсон и Денис Ритчи. Несмотря на то, что проект был закрыт, считается, что именно ОС Multics дала начало ОС Unix.[5]

Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). На рынке операционных систем доминировали две системы: MS-DOS и UNIX. Однопрограммная однопользовательская ОС MS-DOS широко использовалась для компьютеров, построенных на базе микропроцессоров Intel 8088, а затем 80286, 80386 и 80486. В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС. В сетевых ОС пользователи должны быть осведомлены о наличии других компьютеров и должны делать логический вход в другой компьютер, чтобы воспользоваться его ресурсами, преимущественно файлами. Каждая машина в сети выполняет свою собственную локальную операционную систему, отличающуюся от ОС автономного компьютера наличием дополнительных средств, позволяющих компьютеру работать в сети. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств, а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы.[16]

Для решения каждой конкретной задачи в то время необходимо было написать заново не только код, реализующий алгоритм решения, но и процедуры ввода-вывода и другие процедуры управления процессом вычисления. Существенные издержки такого подхода вскоре стали очевидными:

- код процедур ввода - вывода обычно является довольно объемным и сложным в отладке, а в случае ошибки в процедуре ввода-вывода могли быть легко потеряны результаты длительных и дорогостоящих вычислений;

- необходимость каждый раз заново писать довольно большой вспомогательный код затягивает время и повышает трудоемкость разработки прикладных программ. Поэтому для разрешения указанных проблем были созданы специальные библиотеки процедур ввода-вывода (BIOS – Base Input-Output System). Тщательно отлаженные и эффективные процедуры из BIOS можно было легко использовать с любыми новыми программами, не затрачивая время и силы на разработку и отладку стандартных процедур для ввода и вывода данных. Таким образом, с появлением BIOS программное обеспечение разделилось на системное и прикладное программное обеспечение. Однако BIOS еще не является операционной системой, т.к. не выполняет важнейшую для любой операционной системы функцию – управление процессом вычислений прикладной программы. Кроме того, BIOS не обеспечивает и другие важные функции операционной системы – хранение и запуск прикладных программ. BIOS и библиотеки математических процедур, которые появились примерно в то же время, просто облегчали процесс разработки и отладки прикладных программ, делали их более простыми и надежными. Тем не менее, создание BIOS стало первым шагом на пути к созданию полноценной операционной системы.[1]

Впервые, пакетная система была разработана в середине 50-х компанией General Motors для машин IBM 701. По-видимому, это была первая операционная система. Основная идея пакетной обработки состоит в том, чтобы управление загрузкой программ и распечатку результатов поручить маломощным машинам-сателлитам, которые подключаются к большой машине через высокоскоростные электронные каналы. Системы пакетной обработки заданий, реализованные в 50-е годы, стали прообразом современных операционных систем. В них впервые было реализовано программное обеспечение, используемое для управления исполнением прикладных программ.[14]

Первые многозадачные операционные системы появились в 60-е годы в результате дальнейшего развития систем пакетной обработки заданий. Производительность процессоров существенно возросла, и потери процессорного времени в простых пакетных системах стали недопустимо велики. В этой связи логичным шагом стало появление многозадачных пакетных систем. Необходимым условием для создания многозадачных систем является достаточный объем памяти компьютера. Для многозадачности объем памяти должен быть достаточен для размещения, по крайней мере, двух программ одновременно. Основная идея многозадачности вполне очевидна – если текущая программа приостанавливается в ожидании завершения ввода-вывода, то процессор переходит к работе с другой программой, которая в данный момент готова к выполнению. Появление многозадачности потребовало реализации в составе операционной системы сразу нескольких фундаментальных подсистем, которые также представлены в любой современной операционной системе. Перечислим их: 1) подсистема управления процессорами – определяет какую задачу и в какое время следует передать процессору для обслуживания; 2) подсистема управления памятью – обеспечивает бесконфликтное использование памяти сразу несколькими программами; 3) подсистема управления процессами – обеспечивает бесконфликтное разделение ресурсов компьютера (например, магнитных дисков или общих подпрограмм) сразу несколькими программами.[10]

Все многообразие существующих (и ныне не использующихся) ОС можно классифицировать по множеству различных признаков. Остановимся на основных классификационных признаках.

По назначению ОС делятся на универсальные и специализированные. Специализированные ОС, как правило, работают с фиксированным набором программ (функциональных задач). Применение таких систем обусловлено невозможностью использования универсальной ОС по соображениям эффективности, надежности, защищенности и т.п., а также вследствие специфики решаемых задач.[6]