Операционная система компьютера

Операционная  система компьютера 
(назначение, состав, загрузка)

 

Назначение. Операционная система (ОС) – неотъемлемая часть программного обеспечения компьютера, управляющая всеми его аппаратными компонентами. Другими словами, ОС – совокупность программ, обеспечивающая целостное функционирование всех компонентов компьютера и предоставляющая пользователю доступ к ресурсам компьютера.

 

Современные операционные системы выполняют три основные функции. Во-первых, они упрощают использование аппаратных средств компьютера, и делает работу с ним эффективной и удобной. Во-вторых, важным свойством операционных систем является унификация программного обеспечения. Раньше программы были машинно-зависимыми. То есть программа, написанная для одного компьютера, не могла работать на другом,  пусть даже таком же компьютере, без корректировки. С появлением операционных систем, программистам больше не надо переписывать приложения для каждого нового компьютера, так как все машинно-зависимые части программы были перенесены в код операционных систем. В-третьих, операционная система должна быть организована так, чтобы она допускала эффективную разработку, тестирование и внедрение новых приложений и системных функций, причем это не должно мешать нормальному функционированию вычислительной системы.

 

Состав  ОС. Структуру ОС составляют следующие модули:

° базовый модуль (ядро ОС) – управляет работой программ 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);

° программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс;

° дополнительные сервисные программы (утилиты) – делают  удобным и многосторонним процесс общения пользователя с  компьютером;

° справочная система.

 

Загрузка ОС. Файлы, составляющие ОС, хранятся на диске,  поэтому система называется дисковой операционной (ДОС). Известно, что для их выполнения программы – и, следовательно,  файлы ОС – должны находиться в оперативной памяти (ОЗУ). Однако, чтобы произвести запись ОС в ОЗУ, необходимо выполнить программу загрузки, которой сразу после включения компьютера в ОЗУ нет. Выход из этой ситуации состоит в последовательной, поэтапной загрузке ОС в оперативную память.

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 выполняться с первым импульсом тока при включении компьютера (это возможно, поскольку информация в ROM хранится в виде электронных схем, что допускает ее сохранение и после выключения компьютера, то есть она обладает свойством энергонезависимости). На этом этапе процессор обращается к диску и проверяет наличие на определенном месте (в начале диска)  очень небольшой программы-загрузчика (BOOT). Если эта программа обнаружена, то она считывается в ОЗУ и ей передается управление.

Второй  этап загрузки ОС. Программа-загрузчик (BOOT), 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 команд пользователя.

Заметим, что в оперативной  памяти во время работы компьютера обязательно должны находиться 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.

Существует несколько наиболее распространенных ОС, каждая из которых  ориентирована на определенную разрядность  процессора (количество битов информации, обрабатываемых им за один такт), тип  процессора (вернее, компьютер определенной  фирмы), а также емкость ОЗУ. По мере расширения возможностей  компьютера (увеличение объемов оперативной и внешней памяти, увеличение ресурсов процессора, наличие периферийных устройств различных типов и т.д.) требуются все более мощные и современные программные средства для использования этих  ресурсов пользователями. Такими качествами обладают, в частности, ОС фирмы Microsoft. Например, MS-DOS – это семейство ОС  с развитыми средствами доступа ко всем аппаратным возможностям современного персонального компьютера, обеспечивающих:

° создание и работу в гибкой файловой системе, основанной на  иерархической структуре каталогов;

° возможность использования модульного принципа построения  компьютера, заключающегося в подключении большого количества разнообразных периферийных устройств (принтеров, плоттеров, модемов и т.д.);

удобный пользовательский интерфейс.

 

Существует несколько наиболее распространенных операционных систем, каждая из которых ориентирована  на определенное семейство процессоров  и, соответственно, компьютеров.

RT-11 (Real time system — Система реального времени). Операционная система RT-11 была разработана в 1972 году фирмой DEC для семейства малых ЭВМ PDP-11. На базе этой системы в СССР были разработаны версии этой системы (РАФОС, ОС ДВК, ФОДОС), которые использовались на мини-ЭВМ СМ-4, персональных ЭВМ ДВК и в школьных компьютерных классах УКНЦ и БК-0011.

СР/М (Control Program for Microcomputer — Управляющая программа для микрокомпьютеров). Одна из первых операционных систем для персональных компьютеров. Она разработана в 1975 году и использовалась на компьютерах «Ямаха» и «Корвет» (процессор Z80), IBM PC/XT (процессор 8086).

MSX-DOS. Операционная система MSX-DOS была разработана для 8-разрядных (процессор Z80) компьютеров стандарта MSX в середине 80-х годов. Использовалась на недорогих компьютерах типа «Ямаха».

MS-DOS (Microsoft Disk Operation System — Дисковая операционная система Microsoft). Операционная система MS-DOS была разработана в начале 80-х годов для работы на компьютерах IBM PC/XT, созданных на базе процессора 8086 фирмы Intel. MS-DOS была наиболее распространенной операционной системой с интерфейсом командной строки, которая устанавливалась на компьютерах, созданных на базе процессоров 80286, 80386, 80486, Pentium. Последней версией была MS-DOS 6.22.

Microsoft Windows (Windows 95, Windows NT, Windows98,  Windows 2000,  Windows ХР, Windows Vesta). Многозадачная операционная система с графическим интерфейсом Windows пришла на смену MS-DOS. В настоящее время более 90% персональных компьютеров реализованы на платформе Intel & Windows, т. е. в них установлен Intel-совместимый процессор (Pentium) и инсталлирована операционная система Windows.

К основным достоинствам современных операционных систем Windows следует отнести технологию «подключи и работай», многозадачность и графический интерфейс.

Технология «подключи и работай» (Plug-and-Play) позволяет даже начинающему пользователю подключить к компьютеру новое устройство (например, принтер) и продолжить работу. Windows сама установит необходимый драйвер и выделит ресурсы.

Многозадачность предоставляет пользователю возможность загрузить в оперативную память сразу несколько приложений (например, текстовый редактор Word, электронные таблицы Excel, браузер Internet Explorer и др.). Переход от работы в одном приложении в другое происходит очень быстро и просто, посредством перехода от одного открытого «окна» Windows к другому.

Графический интерфейс реализован с использованием технологии Drag-and-Drop. Это позволяет выполнять практически любые операции с помощью мыши.

OS/2 (Operation System). Операционная система OS/2 была разработана корпорацией IBM в конце 80-х годов для компьютеров PS/2 (Personal system/2). Большого распространения не получила.

Apple System (Операционная система фирмы Apple). Различные версии этой системы устанавливаются на компьютерах фирмы Apple (Macintosh, PowerPC и др.). В этой операционной системе в конце 80-х годов впервые был использован многооконный графический интерфейс и управление с помощью манипулятора типа мышь.

UNIX. На высокопроизводительных компьютерах, которые иногда называют «рабочие станции», широко распространена операционная система UNIX. Начало разработок этой системы относится к 1969 году, и к настоящему времени уже известно более 20 различных версий. В настоящее время до статочно большое количество сервере работают под управлением этой систем)

 

Операционные  системы можно классифицировать по нескольким признакам.

• По назначению выделяют системы общего назначения и специализированные операционные системы. Последние используются в специализированной вычислительной технике, например, бытовой технике, автомобилях, спецвычислителях военного применения.
• По количеству одновременно работающих пользователей, операционные системы можно разделить на однопользовательские и многопользовательские.
• По количеству одновременно работающих программ операционные системы делят на однозадачные и многозадачные.

Операционные системы обладают рядом характеристик, позволяющих эффективно использовать ресурсы вычислительной системы.                                 

- Переносимость. Новшества в аппаратном обеспечении возникают быстро и часто непредсказуемо. Если операционная система написана на переносимом языке - это позволяет быстрее переходить от одной архитектуры компьютеров к другой, то есть использовать всю операционную систему целиком на машине с другим процессором или конфигурацией при минимальных изменениях исходного текста. Хотя операционные системы часто делят на «переносимые» и «непереносимые», строго говоря, переносимость в той или иной степени свойственна всем им. Вопрос не в том, можно ли перенести программу, поскольку, как правило, в конечном счете, это можно сделать, а в том, насколько сложно это сделать. Поэтому большинство современных операционных систем пишутся на языках высокого уровня, обладающих высокой переносимостью.

- Расширяемость и возможность исправлений. Код операционной системы должен быть написан так, чтобы его удобно было дополнять и модифицировать при изменении требований к системе, поскольку операционные системы обязательно изменяются с течением времени. В каждой операционной системе есть ошибки. Время от времени они обнаруживаются и исправляются. Необходимость регулярных изменений операционных систем накладывает определенные требования на их устройство. Очевидно, что эти системы должны иметь модульную конструкцию с четко определенным взаимодействием модулей. Система представляет собой набор отдельных компонентов, взаимодействующих друг с другом только посредством функциональных интерфейсов. Новые компоненты добавляются к исполнительной системе как новые модули, обращающиеся интерфейсам других компонентов. При этом очень важную роль играет хорошая и полная документированность. Изменения в операционные системы обычно вносятся постепенно, это может быть, например, добавление поддержки новых аппаратных устройств, таких как компакт-диски, способности работать с другим типом сети, поддержки новых программных технологий, таких как графические интерфейсы пользователя.

- Мультипроцессорная обработка. Необходимо, чтобы приложения могли использовать преимущества множества разновидностей компьютеров, известных в настоящее время. Например, компьютеры с несколькими процессорами появляются на рынке регулярно, но лишь немногие из существующих операционных систем могут в полной мере использовать их возможности. Современная операционная система должна позволять запуск одного и того же приложения, как на однопроцессорных, так и на многопроцессорных вычислительных машинах. В предельном случае несколько приложений выполнялось бы одновременно с максимальной скоростью, а приложения, требующие большого объема вычислений, могли бы повысить свою производительность, распределяя работу между несколькими процессорами

- Распределенные вычисления. В связи с тем, что в 80-е годы 20-го века персональные компьютеры стали более доступными, характер вычислении необратимо изменился. Там, где раньше одна большая вычислительная машина обслуживала все предприятие или организацию, теперь появились персональные компьютеры для рядовых служащих. Улучшенные возможности работы в сети позволили малым компьютерам связываться друг с другом, зачастую совместно используя аппаратные или вычислительные ресурсы в форме файл-серверов, серверов печати и серверов вычислений. Учитывая эти изменения, разработчики операционных систем встраивают функции поддержки сети непосредственно в систему, тем самым, обеспечивая приложениям возможность распределять работу между несколькими вычислительными системами.

- Надежность и устойчивость. Система должна защищать себя как от внутренних сбоев, так и от внешнего вторжения. Она должна всегда вести себя предсказуемо, и у приложений не должно быть возможности повредить операционную систему или нарушить ее функционирование.

- Совместимость. Несмотря на то, что новые версии операционной системы призваны расширять существующие технологии, ее пользовательский интерфейс, а также API (Application Programming Interface – интерфейс программирования приложений) должны быть совместимы с предыдущими версиями.

- Производительность. Система должна отвечать, всем требованиям, но при этом быть максимально быстрой и обеспечивать минимальное время отклика на каждой аппаратной платформе.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

 

1. Каково назначение ОС?

2. Из каких модулей состоит  ОС?

3. Какие модули ОС при работе компьютера должны обязательно находиться в оперативной памяти?

4. Почему память RОМ энергонезависима и какова ее роль при загрузке ОС?

5. Как происходит процесс загрузки  ОС?

6. Каковы возможности MS-DOS?

7. Операционная система относится  к: