Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров..pdf

Операционная система, сокр. ОС (англ. operating system, OS) — комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодействия с пользователем.

В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами (драйверами) — с одной стороны — и прикладными программами с другой.

Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций.

Актуальностью данной темы является то, что операционная система является неотъемлемой частью ПК. Понятно то, чтобы изучить ПК нужно изучить операционную систему, так как без операционной системы работа ПК невозможна.

Работа операционной системы заключается в том что при включении компьютера, операционная система загружается в память раньше остальных программ, а после операционная система играет роль платформы и среды для их работы.

Компьютер не будет работать без операционной системы, поэтому для правильного использования современного компьютера необходимо знание операционной системы.

История развития информационных технологий характеризуется быстрым изменением концептуальных представлений, технических средств, методов и сфер их применения. В современном мире для большинства людей актуальным считается, умением пользоваться промышленными информационными технологиями.

Культура общение с компьютером в нашем веке стала общей культурой человека, так как компьютер вошел во все сферы жизни общества.

Объектом исследования является рассмотрение операционных систем.

Предмет исследования – изучение основных особенностей операционных систем.

1. Теоретическая часть

1.1. Понятие операционной системы

Операционная система (ОС) - программа или совокупность программ, управляющая основными действиями ЭВМ, ее периферийными устройствами и обеспечивающая запуск всех остальных программ, а также взаимодействие с оператором.

Рис.1 Операционная система

Операционная система – это комплекс программ, которые обеспечивают:

- управление ресурсами, то есть согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

- управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

- пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд – операций по обработке информации (рис. 1).

Абсолютно любая программа использует услуги ОС, так как может работать только с помощью ОС, именно ОС предоставляет услуги программам. Тем самым, выбор ОС очень важен, потому что именно он определяет с какими программами можно работать на ПК.

Помимо этого, от выбора ОС зависит производительность работы, нужные аппаратные средства, степень защиты данных и т.д. Но при выборе ОС важно учесть технические характеристики ПК.

Например если ОС одна из свежих, она предоставляет большие возможности для компьютера, но и предъявляет требования к компьютеру. Например как, оперативная и дисковая память, частота процессора и т.д.

Элементарные операции которые проводятся на компьютере и управление его ресурсами являются операциями очень низкого уровня, именно из – за этого действия состоят из нескольких тысяч элементарных операции, вот поэтому и существует ОС. Именно операционная система скрывает от пользователя все ненужные действия в ходе работы, и предоставляет интерфейс для работы. Она выполняет различные вспомогательные действия, например, копирование и печать файлов.

Операционная система делает загрузку в память всех программ, и и выполняет все действия запросов остальных программ, параллельно освобождает память после завершения работы программ.

1.2. Виды операционных систем

Если учитывать одновременно выполняемые задачи, то операционные системы можно разделить на 2 типа:

- однозадачные (например, MS-DOS, MSX)
- многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows).

Однозадачные ОС – эта систему выполняет следующую функцию, они предоставляют пользователю более удобный процесс, делая работу более проще.

Однозадачные ОС включают в себя средства управления внешними устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, помимо того что делает вышеуказанные однозадачные функции, они управляют и разделяют совместно используемые ресурсы, например как процессор, внешние устройства, память и файлы.

В соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности многозадачные ОС подразделяются на три типа:

системы пакетной обработки (например, OC EC),
системы разделения времени (UNIX, VMS),
системы реального времени (QNX, RT/11).

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используются следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины; так, например, в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается "выгодное" задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных задач. Таким образом, взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки - изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину. Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая "выгодна" системе, и, кроме того, имеются накладные расходы вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме. Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы - реактивностью. Для этих систем мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть - в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть — в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.

По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

- однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);
- многопользовательские (UNIX, Windows).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

1.3 Состав операционной системы и назначение компонентов

Важнейшим достоинством большинства ОС является модульность. Структура ОС носит модульный характер. Программный модуль - программа, рассматриваемая как целое в контекстах хранения в наборе данных, трансляции, объединения с другими программными модулями, загрузки в оперативную память для выполнения или разработки в составе программного комплекса. При разработке программного обеспечения его разделение на модули происходит по функциональному признаку, что способствует минимизации числа межмодульных связей и, следовательно, уменьшению сложности разрабатываемого программного комплекса. Размеры модулей при этом обычно составляют несколько десятков, реже несколько сотен операторов алгоритмического языка. При исполнении программ различают исходный модуль - программу, выраженную на принятом при разработке комплекса языке программирования, объектный модуль - программу, полученную в результате трансляции на машинный язык, и загрузочный модуль - программу, прошедшую редактирование и готовую к помещению в оперативную память и после настройки адресных констант по месту загрузки - к исполнению. Загрузочный модуль может включать в себя несколько объектных и ранее отредактированных загрузочных модулей. Рассмотрим последовательность обработки задания на ЭВМ. Решение любой задачи на ЭВМ начинается с написания ее алгоритма на языке программирования. Текст алгоритма называется исходной программой или исходным модулем. Первый этап обработки - трансляция, т.е. перевод текста исходного модуля с какого либо языка программирования на язык машинных команд конкретной ЭВМ. Трансляция осуществляется с помощью специальных, сложных программ - трансляторов, которые входят в состав комплекта системных обрабатывающих программ ОС. Транслятор загружается в оперативную память (RAM) ЭВМ, ему передается управление центральным процессором, входной информацией для него служит транслируемый исходный модуль, результатом работы является текст программы на машинном языке - объектный модуль. Сложные программные комплексы состоят из многих модулей, поэтому, перед этапом выполнения программы необходимо объединение всех модулей и определение связей между ними. В современных ОС такое объединение модулей осуществляется после этапа трансляции перед загрузкой программы в RAM ЭВМ для выполнения. Процесс установления межмодульных связей в различных ОС называют редактированием связей (компоновкой задач, построением задач), и выполняется он с помощью специальной программы редактора связей. Программа редактора связей осуществляет первичное разрешение межмодульных ссылок. Предположим, что в модуле А существует команда обращения к модулю В - call В. Редактор связей после объединения обоих модулей в единый загрузочный модуль в соответствующей машинной команде должен проставить адрес модуля В, определенный относительно начала всего загрузочного модуля. Чтобы программа могла выполняться, единый загрузочный модуль должен быть помещен в RAM ЭВМ. Эту операцию называют этапом загрузки , а программу, которая осуществляет загрузку - загрузчиком или программой выборки.