Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Сущность операционной системы).pdf

Введение

В настоящее время как никогда раньше возросли требования, предъявляемые пользовательским сообществом к современным операционным системам.

Актуальность представленной работы обусловлена высокой динамикой развития электронно-вычислительных технологий, а как следствие – необходимостью систематизации функций операционных систем, выделения доминирующих и определения перспектив их развития в ближайшем будущем.

Цель нижеизложенной курсовой работы – систематизация и характеристика функций операционных систем. В задачи входят:

1. Выведение сущности операционной системы;
2. Рассмотрение общих классификаций их функций;
3. Выведение собственной классификации, исчерпывающей в рамках представленного исследования;
4. Детальное рассмотрение наиболее важных и актуальных функций;
5. Определение перспектив развития функций операционных систем, в частности – в квантовых вычислительных машинах.

Структура курсовой работы повторяет представленные задачи. Первая глава посвящена теоретическим вопросам и рассмотрению непосредственно актуальных функций, вторая глава представляет собой синтез информации по возможным перспективам модернизации указанных функций в будущем.

Объектом исследования является совокупность информационных процессов в электронно-вычислительных технологиях. Предметом исследования выступают непосредственно функции современных операционных систем.

В представленной работе использованы такие общенаучные методы исследования, как анализ научной информации в сфере программирования, синтез исследуемой информации в единое целое, индуктивные и дедуктивные переходы к построению информационных моделей, классификация и обобщение исследуемых функций.

Частнонаучные методы исследования, используемые в исследовании: системно-информационный анализ, информационное моделирование, представленное описанием перспектив развития наиболее важных функций.

Глава I. Сущность операционной системы компьютера, её основные функции

1.1 Сущность операционной системы

Как известно, процесс проникновения информационных технологий практически во все сферы человеческой деятельности продолжает развиваться и углубляться. Помимо уже привычных и широко распространенных персональных компьютеров, общее число которых достигло многих сотен миллионов, становится все больше и встроенных средств вычислительной техники. Пользователей всей этой разнообразной вычислительной техники становится все больше.

Операционная система предоставляет интерфейсы и для выполняющихся приложений, и для пользователей. Программы пользователей, да и многие служебные программы запрашивают у операционной системы выполнение тех операций, которые достаточно часто встречаются практически в любой программе.^[1]

Знание основ организации операционных систем и принципов их функционирования позволяет использовать компьютеры более эффективно. Глубокое изучение операционных систем позволяет применить эти знания прежде всего при создании программного обеспечения.

Если, к большому сожалению, в нашей стране в последние годы практически не создаются новые операционные системы, то разработки сложных информационных систем, комплексов программ и отдельных приложений, предназначенных для работы в широко распространенных операционных системах, ведутся достаточно интенсивно, причем большим числом организаций. И здесь знание операционных систем, принципов их функционирования, методов организации вычислений является не только желательным, но обязательным.

1.2 Подходы к классификации функций операционных систем

Функция – это основное или вспомогательное назначение объекта, соответствующее его характеристикам.^[2] Объектом выступает операционная система как комплекс коррелирующих между собой программ, в общем смысле осуществляющих и организовывающих взаимодействие между вычислительным устройством и пользователем.

Следует отметить, что не существует единой классификации функций операционных систем. Их систематизация может варьироваться от автора к автору. Так, например, Гордеев А. В. в книге «Операционные системы» классифицирует функции следующим, довольно исчерпывающим образом:

1. Первое, что выделяет автор – приём и обработка команд, поступающих от пользователя. Под командами понимается задание, сформулированное в виде текстовой директиве или переданное с помощью манипулятора (например, мыши);
2. Загрузка программ, необходимых для исполнения, в операционную память;
3. Распределение памяти или организация виртуальной памяти;
4. Запуск программ;
5. Приём и исполнение запросов от выполняющихся приложений;
6. Обслуживание операций ввода-вывода;
7. Обеспечение работы систем управления базами данных;
8. Обеспечение режима мультипрограммирования;
9. Обеспечение взаимодействия связанных между собой устройств;
10. Обеспечение сохранности и безопасности данных;
11. Предоставление помощи пользователю на случай аварийных процессов в операционной системе.^[3]

С другой стороны, С. В. Симонович выделяет иную классификацию. Согласно его мнению, основная функция операционной системы – посредническая, и из неё вытекают все остальные.

Посредническая функция заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:

1. Интерфейс пользователя, то есть взаимодействие между пользователем и программно-аппаратными средствами;
2. Аппаратно-программный интерфейс (между программным и аппаратным обеспечением);
3. Программный интерфейс между разными видами программного обеспечение.^[4]

Так или иначе, во всех классификациях функции обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Совокупности модулей, выполняющих такие группы функций, образуют подсистемы операционной системы. Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами, общими для всех ресурсов, являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.

1.3 Универсальная классификация

Для удобства проведения дальнейшего исследования автором была выведена универсальная классификация, исчерпывающая в рамках представленной работы. Основой для данной систематизации послужил синтез изученной информации и собственные теоретические разработки автора.

• Осуществление диалога с пользователем посредством всех видов интерфейса;
• Управление оперативной памятью и процессами с целью повышения эффективности использования вычислительной машины;
• Управление данными и программами в виде обеспечения запуска и функционирования сторонних и внутренних программ;
• Распределение ресурсов и обеспечение режима мультипрограммирования с целью поддержки параллельных вычислений;
• Программная поддержка периферийных устройств и модулей, к которым относятся базовые (манипуляторы, клавиатура etc) и вспомогательные;
• Обеспечение безопасности данных в целях защиты конфиденциальной информации пользователя.

Из данной небольшой, но ёмкой классификации можно вычленить любые дополнительные функции, встречающиеся в профильной литературе.

Функция осуществления диалога с пользователем в этом перечне является ключевым структурным компонентом. В настоящее время пользователи компьютеров отдают предпочтение максимально удобной и комфортной операционной системе с интуитивно понятными обозначениями, простым управлением, чёткой систематизацией функций.

1.4 Программная реализация функций

Все функции операционных систем последовательно реализуются четырьмя главными компонентами ОС:

1. Ядро - основная часть, контролирует и координирует работу всех процессов и выполняет эффективное распределение ресурсов системы, постоянно находясь в оперативной памяти. Ядро включает в себя планировщик задач, драйверы устройств, системные библиотеки программ.

Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.^[5]

Под драйвером понимают такое компьютерное программное обеспечение, с помощью которого другое программное обеспечение (операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.^[6]

В общем случае драйвер не обязан взаимодействовать с аппаратными устройствами, он может их только имитировать (например, драйвер принтера, который записывает вывод из программ в файл), предоставлять программные сервисы, не связанные с управлением устройствами.

1. Файловая система - отвечает за организацию хранения данных на носителях.

Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач: именование файлов, программный интерфейс работы с файлами для приложений, организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств etc.

В многопользовательских системах появляется ещё одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру, при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

1. Оболочка - программы, реализующие пользовательский (чаще всего графический) интерфейс.^[7]
2. Утилиты - служебные программы, выполняющие сервисные функции.

1.5 Посредническая функция: интерфейс пользователя

Интерфейс в общем смысле – это способ взаимодействия между объектами.

Интерфейс пользователя (он же пользовательский интерфейс) – это вид интерфейса, в котором одна сторона представлена человеком, а другая – вычислительной машиной. Говоря иначе, это совокупность средств и методов, с помощью которых пользователь взаимодействует с системой.^[8]

Пользовательский интерфейс может включать в себя несколько компонентов: визуальный, аудиальный и коммуникативный. Визуальный интерфейс подразделяется на текстовый и графический.

Коммуникативный интерфейс – понятие широкое и сложное, оно включает в себя аудиальный и визуальный компоненты как методы реализации диалога с пользователем.

Проблема коммуникативного компонента в частности и функции обеспечения диалога с пользователем в силу своей сложности будут вынесены в отдельную часть исследования.

Рассмотрим визуальный компонент пользовательского интерфейса. Он подразделяется на два подкомпонента, которые мы будем рассматривать с позиции участия в обеспечении диалога с пользователем.

Текстовый интерфейс. Линейные операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в них является клавиатура. Команда набирается на клавиатуре и отображается на экране дисплея. Окончанием ввода команды служит нажатие клавиши Enter. Для работы с операционными системами, имеющими текстовый интерфейс, необходимо овладеть командным языком данной среды, т.е. совокупностью команд, структура которых определяется синтаксисом этого языка.

Первые настоящие операционные системы имели текстовый интерфейс. В настоящее время он также используется на серверах и компьютерах пользователей.^[9]