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

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), комплекс технических (аппаратных) и программных средств для обработки информации, вычислений, автоматического управления. В состав ЭВМ входят: процессор, пульт управления, оперативное запоминающее устройство, а также периферийные устройства (запоминающие, ввода – вывода данных и др.)

Программные средства ЭВМ (программное обеспечение ЭВМ) содержат операционные системы ЭВМ, пакеты прикладных программ и программы, обеспечивающие автоматическое функционирование ЭВМ. Переработка информации осуществляется процессором в соответствии с программой, хранящейся в оперативной памяти или задаваемой извне (например, с пульта управления), состоит из множества типовых операций (действий), выполняемых над электрическими сигналами, представляющими (в кодированном виде) как собственно информацию, так и команды (предписания) программы.

Операционная система — комплекс программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, организующий работу с файлами и выполнение прикладных программ, осуществляющий ввод и вывод данных. На сегодняшний день, операционная система — это первый и основной набор программ, загружающийся в компьютер.

Основные функции операционной системы:

Обмен данными между компьютером и различными периферийными устройствами (терминалами, принтерами, гибкими дисками, жесткими дисками и т.д.). Такой обмен данными называется "ввод/вывод данных".
Обеспечение системы организации и хранения файлов.
Загрузка программ в память и обеспечение их выполнения.
Организация диалога с пользователем.

Общие понятия операционной системы

Что такое операционная система

Операционная система – это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого – организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

Операционная система – это комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой – предназначены для управления устройствами, вычислительными процессами и организации надежных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.

Операционная система – это комплекс специальным образом организованных программ и данных, с помощью которых осуществляется управление всеми устройствами персонального компьютера (ПК) и взаимодействие с пользователем.

Операционная система – комплекс программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, организующий работу с файлами и выполнение прикладных программ, осуществляющий ввод и вывод данных.

Операционная система - комплекс программ системного уровня, предназначенный для функционирования всех устройств компьютера и поддержки работы программ. Обеспечивает пользователю удобства при работе с компьютером и повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами.

На сегодняшний день, операционная система — это первый и основной набор программ, загружающийся в компьютер. Помимо вышеуказанных функций ОС может осуществлять и другие, например, предоставление общего пользовательского интерфейса.

рис.1 Операционная система

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:

Ядро;
Вспомогательные модули.

Ядро – центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.

Как основополагающий элемент операционной системы, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной 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.

Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.

Объекты ядра ОС:

процессы,
файлы,
события,
потоки,
семафоры,
мьютексы,
каналы,
файлы, проецируемые в память.

Вспомогательные модули ОС выполняют полезные, но менее обязательные функции: архивирование, дефрагментацию, текстового редактора. Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде приложений, либо в виде библиотеки процедур. Вспомогательные модули ОС обычно подразделяются на следующие группы:

утилиты — программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождение компьютерной системы (программа сжатия дисков (дефрагментации), архивирования и т.д.);
системные обрабатывающие программы— текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики;
библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например, библиотека математических функций, функций ввода-вывода и т.д.

Как и обычные приложения, для выполнения своих задач утилиты, обрабатывающие программы и библиотеки ОС, обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов.

Разделение ОС на ядро и модули-приложения обеспечивает легкую расширяемость ОС. Чтобы добавить новую высокоуровневую функцию, достаточно разработать новое приложение, и при этом не требуется модифицировать ответственные функции, образующие ядро системы. Однако внесение изменений в функции ядра может оказаться гораздо сложнее, и сложность эта зависит от структурной организации ядра. В некоторых случаях любое исправление ядра может потребовать его полной перекомпиляции.

Вспомогательные ОС обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, т.е. являются транзитными. Постоянно в оперативной памяти располагаются только самые необходимые коды ОС, составляющие ее ядро. Такая организация ОС экономит оперативную память компьютера. Важным свойством архитектуры ОС, основанной на ядре, является ее возможность защиты кодов и данных операционной системы за счет выполнения функций ядра в привилегированном режиме.

Место операционной системы в общей структуре компьютера показано на рисунке 2.

рис 2 - место операционной системы в общей структуре компьютера

Модули операционной системы

Структуру операционной системы составляют следующие модули:

базовый модуль (ядро ОС)- управляет работой программы и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными устройствами;
командный процессор - расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;
драйверы периферийных устройств - программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором (каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по-разному и в различном темпе);
дополнительные сервисные программы (утилиты) - делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.

Этапы загрузки

ОС обычно хранится во внешней памяти компьютера – на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называют загрузкой ОС.

Первый этап загрузки ОС. В системном блоке компьютера находится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, постоянная память, ROM-Read Only Memory - память с доступом только для чтения), в котором содержатся программы тестирования блоков компьютера и первого этапа загрузки ОС. Они начинают выполнятся с первым импульсом тока при включении компьютера. На этом этапе процессор обращаются к диску и проверяет наличие на определенном месте (в начале диска) очень небольшой программы - загрузчика. Если эта программа обнаружена, то она считывается в ОЗУ и ей передается управление.

Второй этап загрузки ОС. Программа - загрузчик, в свою очередь, ищет на диске базовый модуль ОС, переписывает его память и передает ему управление.

Третий этап загрузки ОС. В состав базового модуля входит основной загрузчик, который ищет остальные модули ОС и считывает их в ОЗУ. После окончания загрузки ОС управление передается командному процессору и на экране появляется приглашение системы к вводу команды пользователя.

В оперативной памяти во время работы компьютера обязательно должны находится базовый модуль ОС и командный процессор. Следовательно, нет необходимости загружать в оперативную память все файлы ОС одновременно. Драйверы устройств и утилиты могут подгружаться в ОЗУ по мере необходимости, что позволяет уменьшать обязательный объем оперативной памяти, отводимый под системное программное обеспечение.

рис 2. Загрузка операционной системы

Задачи выполняющееся операционной системой

Операционная система должна выполнять следующие задачи:

Первая задача операционной системы – организация связи, общения пользователя с компьютером в целом и его отдельными устройствами. Такое общение осуществляется с помощью команд, которые в том или ином виде человек сообщает операционной системе. В ранних вариантах операционных систем такие команды просто вводились с клавиатуры в специальную строку. В последующем были созданы программы – оболочки операционной системы, которые позволяют общаться с операционной системой не только текстовым языком команд, а с помощью меню или манипуляций с графическими объектами.

Вторая задача операционной системы – организация взаимодействия всех блоков компьютера в процессе выполнения программы, которую назначил пользователь для решения задачи. В частности, операционная система организует и следит за размещением в оперативной памяти и на диске нужных для работы программы данных, обеспечивает своевременное подключение устройств компьютера по требованию программы и т.д.

Третья задача операционной системы – обеспечение так называемых системных работ, которые бывает необходимо выполнить для пользователя. Сюда относится проверка, “лечение” и форматирование диска, удаление и восстановление файлов, организация файловой системы и т.д. Обычно такие работы осуществляются с помощью специальных программ, входящих в операционную систему и называемых утилитами.

Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны.

Функции, которые выполняет операционная система

Операционная система освобождает пользователя от долгой и кропотливой работы, связанной с распределением ресурсов компьютера, управлением устройствами, организацией выполнения программ, выполняя эти действия автоматически. Основными функциями операционных систем являются:

прием от пользователя (оператора) заданий или команд, сформулированных на соответствующих языках, и их обработка;
загрузка программ и их исполнение;
инициация программы (передача ей управление);
прием и исполнение программных запросов на запуск, приостановку, остановку других программ, организация взаимодействия между задачами;
идентификация всех программ и данных;
обеспечение работы системы управления файлами;
обеспечение режима мультипрограммирования (многозадачности);
планирование и диспетчеризация задач;
обеспечение функции по организации и управлению операциями ввода / вывода;
удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (для соответствующих операционных систем);
управление памятью, организация виртуальной памяти;
организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;
защита одной программы от влияния другой,
обеспечение сохранности данных;
аутентификация, авторизация, и другие средства обеспечения безопасности;
предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.