Основные функции, принципы работы и виды операционных систем

Под операционной системой понимают комплекс управляющих и обрабатывающих программ для организации интерфейса между пользователем и аппаратными средствами компьютера, а также для более эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежной обработки данных. Конкретный выбор ОС определяется кругом решаемых пользователем задач, совокупностью предоставляемых функций и конкретными требова­ниями к рабочему месту. Все ОС обеспечивают свой автоматический запуск. Для дис­ковых ОС в специальнойобласти диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в BIOS.Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска.

Недисковые ОС характерны для специализированных вычис­лительных систем, в частности, для компьютеризированных устройств автомати­ческого управления.

Любой компонент прикладного программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС. Ни один из компонентов ПО не имеет доступа к аппаратуре компьютера, за исключением самой ОС.

Поэтому от выбора ОС во многом зависит возможность и качество реализации программ (программная совместимость), производительность и возможности использования новых внешних устройств в ПК. Необходимо отметить, что при создании ОС учитывается уровень и тенденции в развитии аппаратного обеспечения компьютеров, а также развитие языков программирования. Основные функции ОС показаны на рисунке 3.3.

Дополнительные функции ОС следующие:

— возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального ПО;

— обеспечение доступа к основным службам ИНТЕРНЕТ средствами, интегриро­ванными в состав ОС;

— возможность создания системными средствами сервера ИНТЕРНЕТ, его обслу­живание и управление;

— возможность обеспечения поочередной работы разных пользо­вателей на одном ПК с сохранением персональных настроек рабочей среды каждого из них;

— возможность автоматического исполнения ОС операций по заданному расписанию или под управлением удаленного сервера.

Кроме всего вышеперечисленного, современные ОС могут включать минимальный набор прикладного программного обеспечения, которое можно использовать для решения простейших практических задач:

— создание, редактирование, печать текстовых и графических документов;

— выполнение арифметических и математических расчетов;

— ведение дневников и служебных блокнотов;

— создание, передача и прием сообщений электронной почты;

— создание и редактирование факсимильных сообщений.

Анализ функций, реализуемых ОС, позволяет сделать вывод о том, что ОС реализуют следующие виды интерфейса:

— между пользователем и программно – аппаратными средствами компьютера (интер­фейс пользователя);

— между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно – программный интерфейс);

— между разными видами ПО (программный интерфейс).

По способу реализации интерфейса пользователя разли­чают неграфические и графические ОС.

Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки (рис. 3.4). Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно и редактировать. Исполнение команды начи­нается после ее утверждения, путем нажатия клавиши Enter.

Например, для просмотра содержимого папок используется команда DIR. Для просмотра содержимого папки «Администратор» на диске «С» в поле командной строки необходимо ввести следующее выражение:

С:\Documents and Settings\Администратор>DIR

В результате выполнения данной команды будет выведено содержимое папки «Администратор» (рис. 3.4).

Для компьюте­ров платформы IBM PC интерфейс командной строки обеспечивается семейством ОС под общим названием MS – DOS.

Графические операционные системы реализуют более сложный, но удобный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления, кроме клавиа­туры, может использоваться мышь или иное устройство позиционирования. Работа с графической ОС основана на взаимодействии
активных и пассивных экранных элементов управления.

В ОС в качестве активного элемента управления выступает указатель мыши – графический объект, перемещение кото­рого на экране синхронизировано с перемещением мыши. В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, рас­крывающиеся списки, строки меню и др.).

Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управле­ния выбирает сам пользователь. В его распоряжении приемы наведения указателя мыши на элемент управления, щелчки кнопками мыши и другие средства.

В зависимости от уровня развития средств вычислительной техники применялись ОС, которые обеспечивали различные режимы работы с компьютерами. Первые компьютеры работали в пакетном режиме.

В пакетном режиме в компьютер сначала вводили программы, затем данные и запускали компьютер на реализацию введенной программы. Программа выполнялась до получения конечного результата, который помещался в оперативную память. Только после получения результата можно было запускать на выполнение следующую программу.

В таком режиме ОС обеспечивала только последовательное выполнение множества программ и не допускала какого – либо вмешательства в ход выполнения программы.

С увеличением быстродействия компьютеров появились ОС, реализующие более прогрессивный диалоговый режимработы. Данный режим позволяет компьютеру непрерывно находиться в непосредственном взаимодействии с пользователем и техническими устройствами. Диалоговой режим работы основан на использовании системы прерываний. Любой современный процессор имеет систему прерываний.

Прерывание – это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе прерываний, происходящая при возникновении определенных событий. Прерывания позволяют координировать параллельное функционирование отдельных устройств компьютера и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора. Применение прерываний является весомым вкладом в развитие вычислительной техники.

Основная цель введения прерываний – реализация асинхронного режима и распараллеливание работы отдельных устройств компьютера. Прерывания реализуются аппаратно – программными средствами. Реализации систем прерывания могут быть различными, но все они имеют общую особенность – прерывание непременно влечет за собой изменение порядка выполнения команд процессором.

На рисунке 3.5. показано, что при возникновении запроса на прерывание естественный ход вычислений нарушается и управление передается программе обработки возникшего прерывания. При этом аппаратурным способом сохраняется адрес команды, с которой в последующем будет продолжено выполнение прерванной программы.

После выполнения программы обработки прерывания управление возвращается прерванной ранее программе. Такая схема обработки прерываний используется в самых простых программных средах. Фактически обработка сигнала прерывания всегда приводит к немедленному запуску очередной программы. Пользователь воспринимает постоянную готовность ОС к обслу­живанию событий как диалоговый режим работы, позволяющий постоянно создавать событие.

Основные средства для создания собы­тий – это клавиатура и мышь, но к компьютеру можно подключить и другие устройства. При установке новые устройства регистрируются ОС. Она настраивается на обработку событий, связанных с ними.

В различных моделях компьютеров используют ОС с разной архитектурой и возможностями.

Операционная система MS DOS. ОС MS DOS (Micro Soft Disk Оperation System) появилась в 1981 г. и реализовала интерфейс командной строки.

Дисковой ОС названа потому, что хранится на магнитных дисках. Длительное время она устанавливалась на подавляющем большинстве ПК.

С появлением графических ОС MS DOS отошла в тень. Однако ее роль в обеспечении процессов управления ПК по – прежнему остается достаточно ощутимой. Более того, практика показывает, что знание основ MS DOS способствует более глубокому пониманию того, как функционирует ПО последующих поколений. Современные ПК, использующие другие ОС, как правило, могут работать и с MS DOS.

Операционная система WINDOWS. ОС Windows фирмы Microsoft появилась в 1985 г. в виде графической многооконной операционной оболочки. После своего возникновения она пережила ряд модификаций, не все из которых были удачными. Однако в 1992 г. вышла версия Windows 3.1 и несколько позже – сетевой вариант Windows 3.11 (Windows 3.11 For WorkGroups), завоевавшие широкое признание миллионов пользователей. Дальнейший ряд ОС Windows продолжили высокопроизводительные многозадачные, полнофункциональные ОС с графическим интерфейсом Windows 95, затем Windows 98, Windows 2000, Windows XP и Windows Vista (рис. 3.6).

Основные характерные черты ОС семейства Windows следующие:

— ключевой идеей является обеспечение полной независимости программ от аппаратной части компьютера – программная совместимость;

— возможность запуска одновременно нескольких программ, более того – нескольких экземпляров одной и той же программы;

— единый способ взаимодействия пользователя со всеми Windows – приложениями (единый пользовательский интерфейс);

— поддержка графического режима работы с возможностью вывода различных условных изображений (значков, пиктограмм и др.);

— наличие большого числа разнообразных прикладных программ, которые могут взаимодействовать друг с другом;

— встроенная в систему поддержка мультимедийных возможностей, т.е. работа со звуковой и видеоинформацией;

— встроенная поддержка сетевых возможностей, в том числе – работа с глобальной сетью ИНТЕРНЕТ.

Графика в ОС Windows также является универсальной. Таким образом, снимается проблема обеспечения совместимости с конкретным типом дисплея или принтера

Операционная система UNIX. ОС UNIX разработана в конце 60–ых г.г. для больших ЭВМ. UNIX занимает лидирующее положение в классах больших и суперЭВМ. UNIX – многозадачная многопользовательская система. Один мощный сервер может обслуживать запросы большого рабочих станций. Кроме того, система способна выполнять большое количество различных функций, в частности, работать, как вычислительный сервер, как сервер базы данных, как сетевой сервер, поддерживающий важнейшие сервисы сети, и т.д. С появлением ПК начались попытки подстроить UNIX под ПК. Первой в этом ряду появилась ОС ХЕNIX, вышедшая в 1986 г. В настоящее время используются несколько UNIX подобных систем.

В многочисленные существующие версии UNIX постоянно вносятся изменения. С одной стороны, это расширяет возможности системы, делает ее мощнее и надежнее, с другой – ведет к появлению различий между существующими версиями. В связи с этим возникает необходимость стандартизации различных свойств системы. Наличие стандартов облегчает переносимость приложений между различными версиями UNIX и защищает как пользователей, так и производителей ПО. Поэтому в 80–ых г.г. был разработан ряд стандартов, оказывающих влияние на развитие UNIX. Сейчас существуют десятки ОС, которые можно объединить под общим названием UNIX. В основном, это коммерческие версии, выпущенные производителями аппаратных платформ для компьютеров своего производства.

Операционная система Linux. ОС Linux ещё с конца 90–ых г.г. рассматривается как основная альтернатива ОС Windows. Создание системы Linux положено финским студентом Линусом Торвальдсом. В 1991 г. он распространил по электронной почте первый прототип своей ОС. Многие программисты стали поддерживать Linux, добавляя драйверы устройств, разрабатывая разные приложения и др. Атмосфера работы энтузиастов над полезным проектом, а также свободное распространение и использование исходных программных кодов стали основой феномена популярности Linux. Сейчас Linux – преимущественно серверное решение. Но и активно развиваются варианты для пользовательских компьютеров.

Линус Торвальдс разработал не саму ОС, а только ее ядро, подключив уже имеющиеся компоненты. Сторонние компании, увидев хорошие перспективы для развития своего бизнеса, довольно скоро стали насыщать ОС утилитами и прикладным ПО. Такие крупные фирмы, как IBM и Hewlett – Packard стали предлагать решения самого различного уровня – от простых серверов и рабочих станций до высокопроизводительных кластеров и мейнфреймов, использующих ОС Linux.

Отсутствие унифицированной и продуманной процедуры установки системы до сих пор является одним из главных сдерживающих факторов для более широкого распространения Linux.

Статистика использования различных типов ОС приведена на рисунке 3.7. и свидетельствует о лидерстве ОС Windows XP для локальных рабочих станций.

Однако все серверы, подключенные к ИНТЕРНЕТ, работают под управлением всего двух семейств ОС: Unix – систем (74% серверов, включая Linux, BSD/OS Family, Solaris/SunOS и пр.) и Microsoft Windows Server (24% серверов).

Дата добавления: 2014-12-27