Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров. Характеристика ОС..pdf

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Операционные системы – основа любого компьютера с точки зрения программного обеспечения. Все основные характеристики работы на компьютере зависят от того, насколько эффективна операционная система. С другой стороны, операционная система – это очень комплексная программа, которая неизбежно содержит ошибки. Если прикладная программа, разработана с ошибками, то с проблемами сталкиваются пользователи только этой программы. Однако, если операционная система разработана с ошибками, то это уже проблема для очень многих пользователей. Тем более, если ошибки допущены в базовых принципах построения операционной системы. Таким образом, тема «Функции операционных систем персональных компьютеров» является актуальной.

Цель курсовой работы – определить наиболее важные функции операционной системы.

Задачи работы:

- ознакомится с литературой по операционным системам, и найти наиболее удачное изложение этой темы;

- ознакомится с содержанием книг и статей и выбрать темы для более глубокого изучения;

- изучить выбранные темы;

- составить собственное представление о предмете;

- изложить такое представление в отчете.

ГЛАВА 1. ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ПК

1.1 Краткая характеристика ОС

В конце 18 века появился первый компьютер математика Чарльза Беббиджа. Важно отметить, что такая «аналитическая машина» не могла в достаточной степени выполнять свои функции в связи с недостаточной точностью механических деталей, которые требовались компьютерной техники этого временного периода. У этого компьютера отсутствовала операционная система.

Определенный прогресс в создании компьютеров был достигнут в середине 1940-х годов - появились первые вычислительные машины на основе ламп. В данный период в проектировании, эксплуатации и программировании компьютера участвовала одна группа людей. По сравнению с использованием компьютеров в качестве инструментов для решения практических задач в других областях применения, на этом этапе велась скорее научная, исследовательская работа в области компьютерной инженерии. Программирование выполнялось только на машинном языке. Без использования операционной системы все задачи по организации процесса программирования каждый программист решал вручную с консоли удаленного управления. Существовали математические и служебные библиотеки, в то время как, другого системного ПО не было.

В 1950-х годах появились полупроводниковые компоненты - новая эра развития компьютерных технологий. Компьютеры на основе полупроводниковых компонентов становятся более надежными и могут непрерывно работать в течение длительного периода времени, что сделало возможным выполнение важных и сложных задач. В этот временной период происходит разделение персонала на программистов и операторов, пользователей и разработчиков.

Появился первый язык алгоритмического программирования и системное ПО - компилятор, необходимое для его использования. Повышенная стоимость процессорного времени привела к необходимости сокращения непроизводственных затрат, таких как время между запусками программы. Введена система пакетной обработки, первого пакета процедур автоматического запуска программ друг за другом, что увеличило полезную загрузку ЦП. Системы пакетной обработки являются предшественниками современных операционных систем. Они представляют собой первую реализацию системных программ, разработанных для управления вычислительным процессом.

Подход «разделения времени» происходит из понимания того, что если единичный пользователь использует компьютер неэффективно, то несколько пользователей - нет. Это связано с характером самого взаимодействия: пользователь вводит информацию по символам с временными промежутками. В течение этого периода компьютер может выполнять множество операций, но когда группа пользователей работает параллельно, задержка одного пользователя может быть заполнена действиями других пользователей. Выбор оптимального размера группы может повысить эффективность работы. Пользователи также могут использовать время, которое компьютеры проводят в ожидании диска, ленты или сетевой трансляции.

По сравнению с пакетной обработкой сложно реализовать систему, использующую временное разделение. Пакетная обработка — это простой тип организации работы ранних компьютерных систем. Компьютер продолжает запускать одну программу для одного пользователя за раз, и любые изменения пакетного подхода просто сокращают время между запусками программ. Разработка системы, поддерживающей параллельную работу нескольких пользователей, принципиально отличается. Контекст («режим») каждого пользователя и его программ должен храниться в системе и иметь возможность быстро заменяться другими пользователями. Такой подход имел низкую скорость выполнения, но по мере увеличения скорости компьютера и, что более важно, объемов памяти, который можно использовать для хранения режима пользователя, использование ресурсов в свою очередь уменьшалось.

Джон Бакус впервые описал эту концепцию на заседании Массачусетского технологического института в 1954 году, а затем в начале 1957 года Боб Бамарв опубликовал описывающую эту концепцию статью «How to consider a computer». Джон Маккэрти начал первый проект реализации такой системы во второй половине 1957 года, используя IBM 704, а затем на модифицированном IBM 7090. Один из результатов был назван «Compatible Time-Sharing» (CTSS) и была показан в 1961 году. CTSS использовалась до 1973 года. Еще одним примером, впервые продемонстрировавшим систему временного разделения, была система PLATO II, созданная Дональдом Блитцером, которая была продемонстрирована в Университете Иллинойса в 1961 году. Первой успешной коммерческой системой разделения времени была система разделения времени Dartmouth Time Sharing System.

В 60-х - 80-х годах технологическая основа перешла от одиночных полупроводниковых компонентов к интегральной микросхеме, что предоставило большие возможности для нового поколения компьютеров. Появился ряд программно-совместимых вычислительных машин. Первыми программно-совместимыми машинами, основанными на интегральных схемах, были машины серии IBM / 360.

В 60-х - 70-х годах компьютерные терминалы подключались к крупным мэйнфреймам (центральным компьютерным системам). Во многих приложениях мэйнфреймы постоянно обращаются к терминалам с запросом о необходимости рабочих данных. В последствии вместо запросов к терминалам использовались прерывания и технологии параллельной передачи данных, такие как стандарт IEEE 488. Обычно компьютерные терминалы располагались в университетах и использовались в качестве персональных компьютеров. В начале периода многие компьютеры фактически использовались в качестве терминалов для систем с временным разделением.

С развитием микрокомпьютеров в начале 80-х годов, поскольку цены на отдельные процессоры уменьшались, стало возможным одному человеку самостоятельно использовать все процессорное временя, подход разделение времени утратил свою актуальность. Однако в период активного развития Интернета вернулась популярность концепции временного разделения, так как дорогие фермы корпоративных серверов с высокой стоимостью позволяют тысячам пользователей получить доступ к ресурсам таких серверов. Как и ранние последовательные терминалы, эти Интернет-сайты в основном имеют дело с пиковыми нагрузками и простоями. Такой тип запроса ресурсов позволяет использовать сервис для большого количества посетителей одновременно, так что ни один участник процесса не замечает задержки передачи данных до определенного уровня загруженности сервера.

Совместимость программного обеспечения также требует совместимости операционных систем, которая должна обладать способностью работать в компьютерных системах различного размера, с различными периферийными устройствами, в сфере бизнеса и научных исследований. При разработке операционной системы, отвечающей этим разнообразным потребностям, в результате получились очень комплексные и сложные системы, которые состояли из миллионов строк кода, написанных тысячами программистов, и содержали большое количество ошибок, приводящих к необходимости постоянных исправлений. В каждой новой версии операционной системы одни ошибки исправлялись, а другие добавлялись.

Операционная система — это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для организации и управления компьютерными ресурсами [7]. Операционную систему можно разделить на наиболее важные части: ядро, систему хранения данных и интерпретатор команд [6], рис. 1.

Операционная система

Работа с файлами и каталогами

Управление устройствами компьютера

Интерфейс

Рисунок 1 – Операционная система

Ядро — это компьютерная программа, лежащая в основе операционной системы компьютера, которая может полностью контролировать все содержимое системы, обеспечивая взаимодействие между аппаратными и программными компонентами. В большинстве систем это одна из первых программ, загружаемых при запуске (после загрузчика). Оно обрабатывает остальные запросы запуска и ввода-вывода (I / O) от программного обеспечения и преобразует их в инструкции обработки данных для центрального процессора. Оно обрабатывает память и периферийные устройства, такие как клавиатуры, мониторы, принтеры и динамики.

Ядро связывает прикладное программное обеспечение с оборудованием компьютера.

Ядро — это наиболее важная часть операционной системы компьютера. Ядро служит для управления аппаратным обеспечением компьютера, организации работы с файлами и работы прикладных программ. Имеет комплекс программ для загрузки и выгрузки информации и управления операционной системой, рис. 2.

Процессор

Периферия

Память

Дисплей

Утилиты

Shell

Интерфейс

Программы

Shell

Рисунок 2 – Ядро ОС

Системы хранения данных — это часть операционной системы, которая управляет устройствами хранения, и часть операционной системы, которая управляет и (или) считывает данные. Одним из типов систем хранения данных является файловая система.

Файловая система непосредственно контролирует хранение и извлечение данных. Без файловой системы данные, хранящиеся на носителе, представляли бы собой просто большой объем данных, из которого невозможно узнать, где заканчивается один набор данных и где начинается следующий. Разделив данные на несколько частей и назвав каждую часть, появляется возможность легко выделить и идентифицировать данные. Согласно системе управления бумажными данными, каждый набор данных называется «файлом». Структура и логика правил управления группами данных и их имена называются файловой системой.

Существуют различные типы файловых систем. Каждый из них имеет различную структуру и логику, скорость, гибкость, безопасность, размер и другие характеристики. Некоторые файловые системы предназначены для определенных приложений. Например, файловая система ISO 9660 была разработана специально для оптических дисков.

Файловая система может использоваться на многих различных типах устройств хранения, использующих разные типы носителей: жесткие диски, SSD, лента и оптические диски. В некоторых случаях, таких как tmpfs, основная память компьютера (оперативная память, RAM) используется для создания временной файловой системы для краткосрочного использования.

Интерпретатор команд (Interpreter) — это программа, которая использует компьютер для организации работы пользователя.

Операционная система состоит из множества частей [1, 4, 5]. Одна из наиболее важных частей — это ядро, которое регулирует низкоуровневые операции, которые обычный пользователь как правило не видит. Оно регулирует, как память читается и записывается, последовательность, в которой выполняются операции, как информация отправляется через такие устройства, как монитор, мышь, клавиатура, решает, как интерпретировать информацию, полученную из сетей. Система программного обеспечения пользователя (интерфейс) — это компонент, посредством которого компьютер находится в непосредственном взаимодействии с пользователем, что позволяет ему контролировать использование программ. Система программного обеспечения пользователя может быть графической с изображениями, рабочим столом или текстом с командной строкой.

Функции, которые считались частью операционной системы, определялись по-разному в разных операционных системах. Microsoft Windows считает свое пользовательское программное обеспечение частью операционной системы, в то время как многие версии GNU/Linux - нет.

Операционные системы делятся на множество типов в зависимости от аппарата учета, лицензии и цели управления, рис. 3 [8]. Каждый тип разделен на подтипы. Однозадачная система может запускать только одну программу в момент времени, а многозадачная система позволяет запускать более одной программы одновременно. Создается впечатление, что программы работают одновременно, хотя на самом деле они находятся в активной очереди, время предоставления ресурсов компьютера распределяется между программами, однако для пользователя такой подход создает впечатление одновременной работы программ. Многозадачный механизм можно охарактеризовать определенными типами сотрудничества. В предопределенной многозадачности ОС берет процессорное время и выделяет этот квант времени каждой из программ. Операционные системы, такие как UNIX, такие как Solaris, Linux, AmigaOS, поддерживают предопределенную многозадачность [7]. В совместной многозадачности программы определенным образом распределяют время друг для друга. В 16-битных версиях Microsoft Windows использовалась совместная многозадачность, а в 32-битных версиях Windows NT и Win9x использовалась предопределенная многозадачность [7].