Что относится к базовому программному обеспечению ранних компьютерных систем
Цель лекции:Ознакомить с сервисным программным обеспечение ПК.
Основные вопросы:
- Системное программное обеспечение.
- Базовое программное обеспечение: Понятие операционной системы.Программы оболочки;
- Сервисные программы.
Содержание:
Системное программное обеспечение – совокупностьпрограмм и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ. Системное программное обеспечение подразделяется на базовое и сервисное программное обеспечение.
Базовое программное обеспечение – минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера: к нему относятся операционные системы и операционные оболочки. Базовое ПО – самый низкий уровень программного обеспечения. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранится в специальных микросхемах, называемых ПЗУ. Программы и данные записываются в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.
В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые ПЗУ. В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять на специальных устройствах, называемых программаторами.
Операционная система-это комплекс программ, организующих управление работой компьютера и его взаимодействие с пользователем.
С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его систему BIOS (базовая система ввода-вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями операционная система принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.
Операционные системы для персонального компьютера различаются по нескольким параметрам:
- однозадачные и многозадачные;
- однопользовательские и многопользовательские.
Однозначные операционные системы обычно позволяют запустить одну программу в основном режиме и еще одну программу, вспомогательную, в так называемом фоновом режиме. Например, в основном режиме можно запустить редактор текстов, а в фоновом - программу печати.
Многозадачные системы позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно, не мешая друг другу.
Однопользовательские операционные системы позволяют работать на компьютере в каждый момент времени только одному человеку.
В многопользовательской системе работу можно организовать так, что каждый пользователь будет иметь доступ к информации общего доступа и, введя пароль, к личной информации, доступной только ему. Например, UNIX позволяет нескольким пользователям одновременно работать на одном компьютере с помощью так называемых терминалов, в роли которых могут выступать либо специализированные устройства (видеомонитор с клавиатурой), либо запущенная на ПК специальная программа. Терминал может находиться в нескольких метрах или в нескольких тысячах километров от компьютера. Терминал может быть связан с основным компьютером и через локальную сеть или мировую компьютерную сеть Internet.
Состав операционной системы. Структура ОС составляют следующие модули:
- базовый модуль (ядро ОС) – управляет работой программами и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными утройствами;
- командный процессор – расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;
- драйверы периферийных устройств – программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором;
- дополнительные сервисные программы (утилиты) – делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.
Главное назначение операционной системы – это управление ресурсами, а главные ресурсы, которыми она управляет – это аппаратура компьютера. Операционная система реализует множество различных функций, в том числе:
- определяет так называемый «интерфейс пользователя»;
- обеспечивает разделение аппаратных ресурсов между пользователями;
- дает возможность работать с общими данными в режиме коллективного пользования;
- планирует доступ пользователей к общим ресурсам;
- обеспечивает эффективное выполнение операций ввода-вывода;
- осуществляет восстановление информации и вычислительного процесса в случае ошибок.
Операционная система управляет следующими основными ресурсами: процессорами; памятью; устройствами ввода-вывода; данными.
Операционная система взаимодействует с: операторами ЭВМ; прикладными программистами; системными программистами; административным персоналом; программами; аппаратными средствами; пользователями.
Режим работы с компьютером. Все операционные системы способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем. В пакетном режиме операционная система автоматически исполняет заданную последовательность команд. Суть диалогового режима состоит в том, что операционная система находится в ожидании команды пользователя и получив ее, приступает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний процессора и прерываний BIOS (которые, в свою очередь, также основаны на использовании прерываний процессора). Опираясь на эти аппаратные прерывания, операционная система создает свой комплекс системных прерываний. Способность операционной системы прерывать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств, воспринимается как диалоговый режим работы.
Виды интерфейсов пользователя. По реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы. Неграфические операционные системы реализуют интерфейс командной строки. 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, например нажатием клавиши Enter. Для компьютеров платформы IBM PC интерфейс командной строки обеспечивается семейством операционных систем под общим названием MS DOS.
Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором в качестве органа управления кроме клавиатуры может использоваться мышь или адекватное устройство позиционирования. Работа графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь.
Обеспечение автоматического запуска. Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых ОС в специальной (системной) области диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска. Недисковые ОС характерны для специализированных вычислительных систем. Математическое обеспечение, содержащееся в микросхемах ПЗУ таких компьютеров, можно условно рассматривать как аналог операционной системы. ЕЕ автоматический запуск осуществляется аппаратно. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ, с которого начинается запись программы инициализации операционной системы.
Организация файловой системы. Все современные дисковые ОС обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы – табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Группы секторов условно объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, не фиксирован и зависит от емкости диска.
История развития ОС.В своем развитии ОС прошли через ряд поколений. Вычислительные машины нулевого поколения в 40-х годах не имели операционных систем. В 50-х годах в машинах первого поколения появились возможности пакетной обработки. В начале 60-х годов в системах второго поколения были впервые реализованы такие режимы вычислений, как мультипрограммирование, мультипроцессорный режим, разделение времени и режим реального времени, а так же концепция независимости программ от устройств ввода-вывода. Системы третьего поколения (середина 60-х, 70-х годов) были по преимуществу универсальными, они предусматривали работу во многих режимах. В настоящее время доминирующее положение занимают системы четвертого поколения, в том числе средства для вычислительных сетей, для ПК, операционные системы для виртуальных машин, системы без баз данных и системы распределенной обработки данных.
В настоящее время наиболее распространены несколько типов операционных систем: однозадачная однопользовательская система MS-DOS выпускается фирмой Microsoft с 1981 г.; она работает в текстовом режиме; известны также ее разновидности от других фирм-разработчиков: DR DOS, PC DOS;
OS/2 – разрабатывается фирмой IBM;
Unix – многозадачная многопользовательская система, создана корпорацией Bell Laboratory;
Mac OС – выпускается фирмой Apple для компьютеров типа Macintosh;
NetWare – сетевая операционная система, выпускается фирмой Novell;
Windows 95 / 98 / NT / 2000 / ХР / 2003 – разрабатывается фирмой Microsoft.
Как уже отмечалось, если операционная система не создает пользователю удобных условий работы, между ней и человеком возможно существование еще одного посредника- программы- оболочки:
Программы оболочки – программы предназначенны для создания пользователю удобных условий работы. Примеры: Norton Commander, DOS-Navigator, WINDOWS 3.1. Появление подобных программ связано с тем, что операционные системы старого образца (например, MS-DOS) несмотря на простоту и надежность не были снабжены средствами, создающими пользователю удобную среду для работы. В таких операционных системах общение человека с машиной производилось (и производится) при помощи команд, которые надо набирать с клавиатуры.
Например, в операционной системе MS-DOS для того, чтобы скопировать файл text.txt из каталога C:\ABCDE в каталог A:\DOC необходимо набрать с клавиатуры следующую команду:
copy C:\ABCDE\text.txt A:\DOC
Очевидно, такой способ общения (интерфейс) ненагляден, требует знания наизусть стандартного набора команд данной операционной системы, правил работы с ними и неудобен- требует набора текста с клавиатуры, причем безошибочного.
Программы -оболочки выполняют роль надстроек над такими операционными системами, давая пользователю возможность выполнять те же самые операции быстрее и нагляднее. В современных операционных системах (WINDOWS'95) предусматриваются свои средства, обеспечивающие удобство работы пользователям, и дополнительные программы-оболочки если и используются при работе, то в силу привычки к старым, проверенным и любимым программам.
Сервисное программное обеспечение – программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового ПО и организуют более удобную среду для пользователя. Сервисное По включает программы:
- диагностики работоспособности компьютера;
- обслуживания дисков и архивирования данных;
- антивирусные и т.д.
Сетевые системы – программы, обеспечивающие работу компьютерных сетей. Примеры: Novell Netware, LANtastic. Для одноранговых (децентрализованных) сетей сетевые системы включают в состав операционных систем. Примеры: WINDOWS NT, WINDOWS'95 (с оговорками). К этому же классу программ можно отнести интернетовские броузеры. Примеры: Netscape Navigator, MS Internet Explorer.
(Значительная часть сервисных программ входит в стандартный комплект поставки современных ОС. Кроме того, существует широкий набор сервисных программ (утилит), которые могут устанавливаться дополнительно, например, Norton Utilities, Norton AntiVirus, Antiviral Toolkit Pro (AVP – антивирус Касперского), антивирусный комплект Диалог Наука (Доктор Web) и др.)
От системного программного обеспечения зависят эксплуатационные показатели всей вычислительной системы в целом. Конкретные программы, отвечающие за взаимодействие с конкретными устройствами, называются драйверами устройств – они входят в состав ПО системного уровня.
Другой класс программ системного уровня отвечает за взаимодействие с пользователем. Именно благодаря им он получает возможность вводить данные в вычислительную систему, управлять ее работой и получать результат в удобной для себя форме. Эти программные средства называются средствами обеспечения пользовательского интерфейса.
программы для банковских сотрудников;
программы для маркетологов;
программы для сотрудников страховых компаний и т.д.
На рис. 12.2 представлена принципиальная схема конфигурации программного обеспечения компьютера.
Если рассматривать ОС как некий механизм, управляющий всеми частями вычислительной машины, то одной из основных задач ОС является управление вычислительными ресурсами . К вычислительным ресурсам относят процессорное время, оперативную и постоянную память, мультимедиа-компоненты, телекоммуникационное и периферийное оборудование.
Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач — планирование ресурса и отслеживание его состояния. Для решения задачи управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счете и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.
Второй основной задачей операционной системы является предоставление пользователю некоей абстрактной машины, с чьей помощью он может решать различные задачи . Под абстрактной машиной в данном случае понимается машина, которая состоит из стандартных блоков, каждый из которых управляется стандартным образом. К примеру, с точки зрения пользователя, современная вычислительная машина состоит из процессора, нескольких модулей оперативной памяти, дискового накопителя, аудио- и видеоадаптера, сетевой платы, блока питания и многих других устройств. На самом же деле каждое из перечисленных устройств, в зависимости от производителя, в рамках своей категории оборудования может функционировать по-разному, обладать различными функциональными возможностями и конструктивными особенностями. Поэтому, абстрагируя каждый класс оборудования и предоставляя унифицированный алгоритм управления этим классом оборудования, операционная система предоставляет конечному пользователю такую вычислительную машину, с которой можно работать, не задаваясь вопросами ее управления.
Исходя из такой постановки задач можно определить следующие функции операционной системы: эффективное управление вычислительными ресурсами для повышения эффективности работы вычислительной машины и обеспечение необходимого уровня прозрачности оборудования для пользователей.
Наиболее распространенными из классификаций операционных систем являются следующие две — по функциональным возможностям и по областям применения.
По функциональным возможностям выделяют:
однозадачные и многозадачные — многозадачные ОС делятся на ОС с вытесняющей и невытесняющей многозадачностью . При вытесняющей многозадачности контроль за работой программ лежит на операционной системе, в противном же случае ход вычислений контролируется каждой программой самостоятельно;
однопользовательские и многопользовательские ;
однопроцессорные и многопроцессорные — многопроцессорные ОС делятся на симметричные и асимметричные . Асимметричные многопроцессорные операционные системы отличаются от симметричных тем, что первая монополизирует для работы операционной системы один или более процессоров, в то время как вторая использует часть процессорного времени каждого процессора.
однонитевые и многонитевые операционные системы .
По областям применения выделяют операционные системы мейнфреймов, кластеров, серверов, рабочих станций, карманных компьютеров, мобильные и встраиваемые операционные системы. В зависимости от области применения различаются и функциональные возможности каждого класса операционных систем.
Свойства, которыми обладают операционные системы, делятся на две группы — машинно независимые и машинно зависимые.
Машинно независимые свойства характеризуют возможности операционной системы по управлению вычислительными ресурсами и особенности организации вычислительных процессов, а также способы организации файловых структур.
К машинно зависимым свойствам современных операционных систем относят многозадачность, возможность одновременной работы нескольких пользователей, возможность многопроцессорной обработки данных, возможность распараллеливания вычислений и многие другие.
Как уже упоминалось ранее, в рамках проблемы управления вычислительными ресурсами необходимо решать две задачи :
1) планирование ресурса — определение, кому, когда и в каком количестве необходимо выделить данный ресурс;
2) отслеживание состояния ресурса , то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов — какое количество ресурса уже распределено.
Вычислительные ресурсы можно разделить на две категории — выгружаемые и невыгружаемые ресурсы . Ресурс считается выгружаемым, если его можно во время работы процесса-владельца передать другому процессу без ущерба для процесса-владельца. Память является выгружаемым ресурсом. А вот устройство записи компакт-дисков является невыгружаемым ресурсом.
Задача управления ресурсами осложнена проблемой возможной взаимоблокировки процессов. Взаимоблокировка — ситуация, когда одни процессы блокируют доступ другим процессам к различным ресурсам. Она обусловлена тем, что в каждый конкретный момент времени один и тот же ресурс может быть использован только в рамках одной задачи. Это особенно заметно при использовании периферийного оборудования, к примеру в случае сканирования или печати документа или же при работе с файловой системой. Взаимоблокировка выгружаемых ресурсов разрешается путем перераспределения ресурсов между процессами. Взаимоблокировка невыгружаемых ресурсов может быть решена путем блокировки процесса до тех пор, пока не освободится запрошенный ресурс.
Одним из важнейших понятий операционных систем является понятие процесса.
Процесс — программа, которая в данный момент выполняется вычислительной машиной.
Каждому процессу выделяется отдельный, изолированный от других, сегмент памяти, который называется адресным пространством процесса . В адресном пространстве процесса, кроме самого процесса, также хранятся входные и выходные данные процесса. В многозадачной операционной системе все процессы выполняются по очереди таким образом, что в каждый момент времени выполняется только один процесс. Для обеспечения корректной работы процессов необходимо отслеживать состояние каждого процесса, чтобы возобновлять его выполнение с того момента, где в последний раз процесс был остановлен.
Кроме состояния процесса необходимо также отслеживать информацию об используемых им ресурсах. Вся информация о процессах хранится в таблице процессов — массиве структур данных , записями которого является информация по каждому процессу, запущенному в системе. Таблица процессов представляется обычно в виде дерева, потому что большинство процессов, выполняемых на машине, способно порождать дочерние процессы для решения вспомогательных задач, и для каждого процесса необходимо учитывать не только его собственное состояние, но и состояние всех связанных с ним процессов.
Сами программы и данные для их работы хранятся на различных носителях. Способ организации данных на носителе называется файловой системой . Файлом называется именованная область данных на носителе, хранящая некоторый массив информации. Под каждый файл на носителе выделяется некоторый объем пространства, который может быть занят только этим файлом. Файлы на носителях различаются по типам хранимых данных. Например, текстовые файлы, программы, аудиофайлы, видеофайлы, программные модули, служебные файлы и многие другие.
Для удобства хранения данных существует отдельный класс служебных файлов, называемых папками , или каталогами . Каталог представляет собой некий массив файлов, сгруппированных по какому-либо признаку. Каталог, как и любой другой файл, имеет собственное имя. Именем конечного файла при таком способе организации файловой структуры является полный путь до каталога, в котором хранится файл, плюс само имя файла. При таком подходе полное имя файла должно быть уникальным, также имя файла должно быть уникальным в пределах его каталога.
Другой категорией служебных файлов является ярлык , или ссылка . Ярлык хранит путь к файлу и при вызове открывает сам файл. Ярлыки используются для ускорения доступа к файлам.
Свойства файла в рамках конкретной файловой системы называются атрибутами файла . К атрибутам относят дату и время создания файла, тип файла, права доступа к файлу.
Устройства ввода-вывода делятся на две категории — блочные и символьные.
Блочные устройства — оперируют блоками данных, размер которых варьируется в зависимости от устройства. Каждый блок в блочном устройстве имеет собственный адрес. Примером блочного устройства может служить любой накопитель. Одним из наиболее важных свойств блочного устройства является возможность независимого доступа к блокам данных.
Символьные устройства — оперируют потоками данных, не имеющими структуры или адреса. Большинство устройств являются символьными.
Устройство ввода-вывода обычно состоит из двух частей — само устройство и его контроллер. Контроллер осуществляет управление работой устройства на физическом уровне. Контроллер выполняется в виде набора микросхем и либо совмещен с устройством, либо установлен на системной плате. Если контроллер установлен на системной плате, то обычно он позволяет работать с двумя и более устройствами данного типа. Примером такого контроллера может служить контроллер накопителей на жестких магнитных дисках, который позволяет работать одновременно с двумя НЖМД. Задачей контроллера является преобразование потока битов в блок байтов. Считываемые биты накапливаются в памяти контроллера, которая называется буфером данных, и затем в виде блоков байтов передаются в оперативную память. Каждый контроллер, помимо буфера, имеет также несколько регистров, посредством которых процессор может управлять работой контроллера.
Существует два альтернативных способа управления контроллерами устройств .
Первый способ заключается в том, что каждому регистру назначается уникальный номер порта ввода-вывода. При таком способе адресное пространство оперативной памяти не пересекается с адресным пространством устройств ввода-вывода.
Второй способ заключается в выделении каждому регистру отдельного сегмента оперативной памяти. Преимущество второго способа в том, что для программирования работы устройств не нужно прибегать к машинным языкам, а также в том, что при таком подходе для защиты от несанкционированного доступа к устройствам достаточно исключить часть адресного пространства устройств ввода-вывода из блока адресов памяти, доступных пользователям. Недостаток этого подхода в том, что для его реализации необходимо использование более сложной аппаратуры. Повышение сложности аппаратуры обуславливается тем фактором, что некоторые приемы, используемые для ускорения работы с памятью, могут привести к катастрофическим последствиям при использовании их с устройствами ввода-вывода.
Для ускорения обмена данными между процессором и устройствами используется механизм прямого доступа к памяти (DMA) . Контроллер DMA обеспечивает чтение данных с устройства в память и запись данных из памяти на устройство. В общих чертах механизм DMA работает следующим образом: когда процессу требуется прочитать или записать данные на устройство ввода-вывода, процессор программирует контроллер DMA на выполнение необходимой операции, сообщая ему, с каким устройством необходимо выполнить требуемую операцию и по какому адресу в памяти размещаются данные. До тех пор пока контроллер выполняет операцию, процессор может выполнять другие процессы. Когда контроллер DMA завершает порученную ему задачу, он посылает процессору сигнал о том, что операция завершена, после чего процессор приостанавливает выполнение текущей задачи и начинает выполнять тот процесс, который затребовал ввод-вывод данных.
Прерывание — это сигнал процессору о том, что ему необходимо прервать выполнение текущего процесса и вызвать обработчик прерывания.
Обработчик прерывания — это программа, которую процессор должен выполнить при возникновении прерывания. Обработчик прерывания является частью драйвера устройства. Драйвером устройства называют программу, которая обеспечивает взаимодействие устройства с операционной системой.
Виртуальной памятью называют такой метод работы с памятью, когда в памяти хранятся только те части программы, которые используются в конкретный момент времени. Все прочие части программы, равно как и данные, хранятся на диске. Этот способ организации памяти позволяет выполнять программы, чей суммарный объем вместе с данными может превышать объем доступной физической памяти. Большинство систем виртуальной памяти используют механизм страничной организации памяти. При работе с виртуальной памятью вся доступная память разбивается на страничные блоки фиксированного объема. При обращении к какой-либо ячейке памяти запрос сначала передается диспетчеру памяти, который преобразовывает виртуальный адрес в реальный, и передает полученный адрес на шину, который затем обрабатывается надлежащим образом.
Все программное обеспечение, имеющееся на компьютере, принято делить на 2 большие части — базовое программное обеспечение (его еще могут называть системным программным обеспечением) и прикладное программное обеспечение.
Базовое программное обеспечение — это набор программ, которые отвечают за взаимодействие с аппаратными средствами (компонентами, составляющими базовую конфигурацию вычислительной техники). В состав прикладного программного обеспечения входят различные программы, предназначенные для решения задач пользователя
Операционная система — это обязательная часть базового программного обеспечения компьютера. Обеспечивает эффективное функционирование компьютера, организует выполнение других программ, установленных на компьютере, а также взаимодействие пользователя и внешних устройств с компьютером.
Сервисные программы — это программы, которые дополняют и расширяют возможности операционной системы, предоставляя пользователю компьютера дополнительные возможности.
Инструментальные программы — это программы, которые предназначены для эффективной разработки и отладки программного обеспечения. Используются обычно высококвалифицированными пользователями — программистами.
Программы технического обслуживания компьютера — это программы, которые предназначены для диагностики, тестирования технических средств и поиска неисправностей в компьютере. Благодаря использованию этих программ повышается надежность и достоверность обработки информации на компьютере.
Одной из основных задач ОС является управление вычислительными ресурсами. К вычислительным ресурсам относят процессорное время, оперативную и постоянную память, мультимедиа-компоненты, телекоммуникационное и периферийное оборудование. Второй основной задачей операционной системы является предоставление пользователю некоей абстрактной машины, с чьей помощью он может решать различные задачи.
Наиболее распространенными классификациями операционных систем являются следующие: по функциональным возможностям и по областям применения. По функциональным возможностям выделяют ОС:
однозадачные и многозадачные. Многозадачные ОС делятся на ОС с вытесняющей и невытесняющей многозадачностью. При вытесняющей многозадачности контроль за работой программ лежит на операционной системе, в противном же случае ход вычислений контролируется каждой программой самостоятельно;
однопользовательские и многопользовательские;
однопроцессорные и многопроцессорные. Многопроцессорные ОС делятся на симметричные и асимметричные. Асимметричные многопроцессорные операционные системы отличаются от симметричных тем, что первая монополизирует для работы операционной системы один или более процессоров, в то время как вторая использует часть процессорного времени каждого процессора.
однонитевые и многонитевые.
по областям применения выделяют операционные системы мэйнфреймов, кластеров, серверов, рабочих станций, карманных компьютеров, мобильные и встраиваемые операционные системы. В зависимости от области применения различаются и функциональные возможности каждого класса операционных систем.
Свойства, которыми обладают операционные системы, делятся на две группы: машинно-независимые и машинно-зависимые. К машинно-независимым свойствам современных операционных систем относят: многозадачность, возможность одновременной работы нескольких пользователей, возможность многопроцессорной обработки данных, возможность распараллеливания вычислений и многие другие.
В рамках проблемы управления вычислительными ресурсами необходимо решать две задачи:
планирование ресурса — определение, кому, когда и в каком количестве необходимо выделить данный ресурс;
отслеживание состояния ресурса, то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов — какое количество ресурса уже распределено.
Процессом называют программу, которая в данный момент выполняется вычислительной машиной. Каждому процессу выделяется отдельный, изолированный от других, сегмент памяти, который называют адресным пространством процесса.
Способ организации данных на носителе называется файловой системой . Файлом называется именованная область данных на носителе, хранящая некоторый массив информации. Под каждый файл на носителе выделяется некоторый объем пространства, который может быть занят только этим файлом. Свойства файла в рамках конкретной файловой системы называются атрибутами файла. К атрибутам относят дату и время создания файла, тип файла, права доступа к файлу.
Устройства ввода-вывода делятся на две категории — блочные и символьные. Блочное устройство оперирует блоками данных, размер которых варьируется в зависимости от устройства. Символьные устройства оперируют потоками данных, не имеющими структуры или адреса. Большинство устройств являются символьными.
Прерывание — это сигнал процессору о том, что ему необходимо прервать выполнение текущего процесса и вызвать обработчик прерывания. Обработчик прерывания — это набор команд, которые процессор должен выполнить при возникновении прерывания. Обработчик прерывания обычно входит в состав драйвера устройства.
Драйвером устройства называют программу, которая обеспечивает взаимодействие устройства с операционной системой.
Виртуальной памятью называют такой метод работы с памятью, когда в памяти хранятся только те части программы, которые используются в конкретный момент времени. Все прочие части программы, равно как и данные, хранятся на диске.
В чем отличие базового программного обеспечения от прикладного?
Какие программы считаются сервисными?
Что такое операционная система?
Каковы функции операционной системы?
Как классифицируются операционные системы?
Как операционная система управляет вычислительными ресурсами?
Что такое файловая система? Какой вид файловой системы использует операционная система вашего компьютера?
Какая информация содержится в драйвере устройства?
Что такое виртуальная память?
Алехина Г.В., Годин И.М., Пронкин П.Г. Основы информатики: учеб. пособие. — М.: МФПА., 2009.
Программное обеспечение (ПО) распределено на несколько взаимодействующих между собой уровней. Каждый вышележащий уровень, опираясь на программное обеспечение нижележащих уровнен, повышает функциональность всей системы:
1. Базовое ПО в архитектуре компьютера занимает особое положение. С одной стороны, его можно рассматривать как составную часть аппаратных средств, с другой стороны, оно является одним из программных модулей операционной системы.
2. Операционная система (ОС) компьютеров. Задача таких программ – управление работой всех устройств компьютерной системы и организация взаимодействия отдельных процессов, протекающих в компьютера во время выполнения программ. Сюда относятся и программы, обеспечивающие отображение информации на дисплее в удобном для пользователя виде, диалоговые программы для общения на ограниченном естественном языке, а также системы трансляции, переводящие на машинный язык программы, написанные на языках программирования.
3. Служебные программы – это различные сервисные программы, используемые при работе или техническом обслуживании компьютера: диагностические программы, архиваторы, программы для борьбы с вирусами и другие вспомогательные программы. К ним примыкают программы, обеспечивающие работу компьютеров в сети. Они реализуют сетевые протоколы обмена информацией между машинами, работу с распределенными базами данных, телеобработку информации.
Вся совокупность программ, образующих ту программную среду, в которой работает компьютер и называется системным программным обеспечением. И чем богаче системное ПО, тем продуктивнее становится работа на компьютере.
Рассмотрим более подробно программы, входящие в системное программное обеспечение компьютера.
Базовое программное обеспечение
Базовое ПО, или BIOS, представляет собой программу, которая отвечает за управление всеми компонентами, установленными на материнской плате. Фактически BIOS является неотъемлемой составляющей системной платы и поэтому может быть отнесена к особом категории компьютерных компонентов, занимая промежуточное положение между аппаратурой и программным обеспечением.
Аббревиатура BIOS расшифровывается как Basic Input/Output System – базовая система ввода/вывода. Раньше в системе IBM PC основным назначением BIOS была поддержка функций ввода-вывода за счет предоставления ОС интерфейса для взаимодействия с аппаратурой. В последнее время ее назначение и функции значительно расширились.
Второй важной функцией BIOS является процедура тестирования (POST – Power On Self Test) всего установленного на материнской плате оборудования (за исключением дополнительных плат расширения), проводимая после каждого включения компьютера. В процедуру тестирования входят:
¾ проверка работоспособности системы управления электропитанием;
¾ инициализация системных ресурсов и регистров микросхем;
¾ тестирование оперативной памяти;
¾ инициализация контроллеров, определение и подключение жестких дисков.
В процессе инициализации и тестирования оборудования BIOS сравнивает данные системной конфигурации с информацией, хранящейся в CMOS – специальной энергозависимой памяти, расположенной на системной плате. Хранение данных в CMOS поддерживается специальной батарейкой, а информация обновляется всякий раз при изменении каких-либо настроек BIOS. Таким образом, именно эта память хранит последние сведения о системных компонентах, текущую дату и время, а также пароль на вход в BIOS или загрузку операционной системы (если он установлен). При выходе из строя, повреждении или удалении батарейки все данные в CMOS-памяти обнуляются.
Третьей важной функцией, которую BIOS выполняет со времен IBM PC, является начальная загрузка ОС. Современные BIOS позволяют загружать операционную систему не только с гибкого или жесткого диска, но и с приводов CD-ROM, ZIP, LS-120, SCSI-контроллеров. Определив тип устройства загрузки, BIOS приступает к поиску программы – загрузчика ОС на носителе или переадресует запрос на загрузку на BIOS другого устройства. Когда ответ получен, программа загрузки помешается в оперативную память, откуда и происходит загрузка системной конфигурации и драйверов устройств операционной системы.
С появлением процессоров Pentium BIOS стала выполнять еще одну функцию – управление потребляемой мощностью, а с появлением материнских плат форм-фактора (стандартизированный размер) ATX (Advanced Technology extended – расширенная продвинутая технология) – и функцию включения и выключения источника питания в соответствии со спецификацией ACPI (Advanced Configuration and Power Interface — продвинутый интерфейс конфигурирования и управления потребляемой мощностью). Существует также спецификация АРМ (Advanced Power Management — продвинутое управление потребляемой мощностью). Отличие их состоит в том, что ACPI выполняется в основном средствами ОС, а АРМ — средствами BIOS.
Фирм, занимающихся разработкой программного обеспечения для BIOS, очень мало. Из наиболее известных можно выделить три: Award Software (Award BIOS)? American Megatrends, Inc. (AMI BIOS) и Microid Research (MR BIOS). Но на подавляющем большинстве компьютеров сегодня применяются различные версии BIOS компании Award Software.
Физически BIOS находится в энергонезависимой перепрограммируемой флэш-памяти, которая вставляется в специальную колодку на материнской плате (на этой микросхеме есть яркая голографическая наклейка с логотипом фирмы – разработчика ПО для BIOS).
3.2.1. Назначение операционной системы
Место операционной системы в структуре аппаратно-программных средств (АПС) компьютера показано на рис. 1. Нижний уровень структуры составляют интегральные микросхемы, источники питания, дисководы и другие физические устройства.
Выше расположен уровень, на котором физические устройства рассматриваются с точки зрения функционально-логических связей. На этом уровне находятся внутренние регистры центрального процессора (ЦП) и арифметическо-логическое устройство (АЛУ). Операции над данными выполняются в соответствии с тактовой частотой ЦП. В некоторых машинах эти операции осуществляются под управлением специальных средств, называемых микропрограммами. В других – с помощью аппаратуры. Некоторые операции выполняются за один такт работы ЦП, другие требуют нескольких тактов. Все операции составляют систему команд машины, а все данные имеют абсолютные значения адресов, по которым они хранятся в памяти. Система команд компьютера образует машинный язык.
Машинный язык содержит от 50 до 300 команд, по которым осуществляются преобразование, модификация и перемещения данных между устройствами. Управление устройствами на этом уровне осуществляется с помощью загрузки определенных данных в специальные регистры устройств. Например, при программировании ввода/вывода диску можно дать команду чтения, записав в его регистры адрес места на диске, адрес в основной памяти, число байтов для чтения и направление действия (чтение или запись). В действительности Диску следует передавать большее количество параметров, а структура операции, возвращаемой диском, достаточно сложна. При этом очень важную роль играют временные соотношения.
Операционная система предназначена для того, чтобы скрыть от пользователя все эти сложности. Этот уровень АПС (см. рис. 1) избавляет его от необходимости непосредственного общения с аппаратурой, предоставляя вместо этого более удобную систему команд. Действие чтения файла в этом случае становится намного более простым, чем когда нужно заботиться о перемещении головок диска, ждать, пока они установятся на нужное место, и т. д.
Над ОС в структуре аппаратно-программных средств компьютера расположены остальные системные программы. Здесь находятся интерпретатор команд (оболочка), системы окон, компиляторы, редакторы и т. д. Очень важно понимать, что такие программы не являются частью ОС. Под операционной системой обычно понимается то программное обеспечение, которое запускается в режиме ядра и защищается от вмешательства пользователя с помощью аппаратных средств. А компиляторы и редакторы запускаются в пользовательском режиме. Если пользователю не нравится какой-либо компилятор, он может выбрать другой или написать свой собственный, но он не может написать свой собственный обработчик прерываний, являющийся частью операционной системы и защищенный аппаратно от попыток его модифицировать.
Во многих ОС есть программы, которые работают в пользовательском режиме. Они помогают операционной системе выполнять специализированные функции. Например, программы, позволяющие пользователям изменять свои пароли. Эти программы не являются частью ОС и запускаются не в режиме ядра, но выполняемые ими функции влияют на работу системы. Такие программы также защищаются от воздействия пользователя.
И, наконец, над системными программами (рис. 1) расположены прикладные программы. Обычно они покупаются или пишутся пользователем для решения собственных задач – обработки текста, работы с графикой, технических расчетов или создания системы управления базой данных.
Операционные системы выполняют две основные функции – расширение возможностей машины и управление ее ресурсами.
Как уже упоминалось, архитектура (система команд, организация памяти, ввод/вывод данных и структура шин) компьютера на уровне машинного языка неудобна для работы с программами, особенно при вводе/выводе данных. Так, процедура ввода/вывода данных с гибкого диска выполняется через микросхемы контроллера, используемого на большинстве ПК. Контроллер имеет 16 команд. Каждая задается передачей от 1 до 9 байт в регистр устройства. Это команды чтения и записи данных, перемещения головки диска, форматирования дорожек, инициализации, распознавания, установки в исходное положение и калибровки контроллера и приводов. Основные команды read и write (чтение и запись). Каждая из них требует 13 параметров, которые определяют адрес блока на диске, количество секторов на дорожке, физический режим записи, расстановку промежутков между секторами. Программист при работе с гибким диском должен также постоянно знать, включен двигатель или нет. Если двигатель выключен, его следует включить прежде, чем данные будут прочитаны или записаны. Двигатель не может оставаться включенным слишком долго, так как гибкий диск изнашивается. Поэтому программист вынужден выбирать между длинными задержками во время загрузки и изнашивающимися гибкими дисками.
Отсюда ясно, что обыкновенный пользователь не захочет сталкиваться с такими трудностями во время работы с дискетой или жестким диском, процедуры управления которым еще сложнее. Ему нужны простые высокоуровневые операции. В случае работы с дисками типичной операцией является выбор файла из списка файлов, содержащихся на диске. Каждый файл может быть открыт для чтения или записи, прочитан или записан, а потом закрыт. А детали этих операций должны быть скрыты от пользователя.
Программа, скрывающая истину об аппаратном обеспечении и представляющая простой список файлов, которые можно читать и записывать, называется операционной системой. Операционная система не только устраняет необходимость работы непосредственно с дисками и предоставляет простой, ориентированный на работу с файлами интерфейс, но и скрывает множество неприятной работы с прерываниями, счетчиками времени, организацией памяти и другими низкоуровневыми элементами. В каждом случае процедура, предлагаемая ОС, намного проще и удобнее в обращении, чем те действия, которые требует выполнить основное оборудование.
С точки зрения пользователя ОС выполняет функцию виртуальной машины, с которой проще и легче работать, чем непосредственно с аппаратным обеспечением, составляющим реальный компьютер. А для программ ОС предоставляет ряд возможностей, которые они могут использовать с помощью специальных команд, называемых системными вызовами.
Концепция, рассматривающая ОС прежде всего как удобный интерфейс пользователя, — это взгляд сверху вниз. Альтернативный взгляд снизу вверх дает представление об ОС как о механизме управления всеми частями компьютера. Современные компьютеры состоят из процессоров, памяти, дисков, сетевого оборудования, принтеров и огромного количества других устройств. В соответствии со вторым подходом работа ОС заключается в обеспечении организованного и контролируемого распределения процессоров, памяти и устройств ввода/вывода между различными программами, состязающимися за право их использовать.
Виды операционных систем
История развития ОС насчитывает уже много лет. Операционные системы появились и развивались в процессе совершенствования аппаратного обеспечения компьютеров, поэтому эти события исторически тесно связаны. Развитие компьютеров привело к появлению огромного количества различных ОС, из которых далеко не все широко известны.
На самом верхнем уровне находятся ОС для мэйнфреймов. Эти огромные машины еще можно встретить в больших организациях. Мэйнфреймы отличаются от персональных компьютеров по своим возможностям ввода/вывода. Довольно часто встречаются мэйнфреймы с тысячью дисков и терабайтами данных. Мэйнфреймы выступают в виде мощных web-серверов и серверов крупных предприятий и корпораций. Операционные системы для мэйнфреймов в основном ориентированы на обработку множества одновременных заданий, большинству из которых требуется огромное количество операций ввода-вывода. Обычно они выполняют три вида операций: пакетную обработку, обработку транзакций (групповые операции) и разделение времени. При пакетной обработке выполняются стандартные задания пользователей, работающих в интерактивном режиме. Системы обработки транзакций управляют очень большим количеством запросов, например бронирование авиабилетов. Каждый отдельный запрос невелик, но система должна отвечать на сотни и тысячи запросов в секунду. Системы, работающие в режиме разделения времени, позволяют множеству удаленных пользователей одновременно выполнять свои задания на одной машине, например, работать с большой базой данных. Все эти функции тесно связаны между собой, и операционная система мэйнфрейма выполняет их все. Примером операционной системы для мэйнфрейма является OS/390.
Уровнем ниже находятся серверные ОС. Серверы представляют собой или очень большие персональные компьютеры, или даже мэйнфреймы. Эти ОС одновременно обслуживают множество пользователей и позволяют им делить между собой программно-аппаратные ресурсы. Серверы также предоставляют возможность работы с печатающими устройствами, файлами или Internet. У Internet-провайдеров обычно работают несколько серверов для того, чтобы поддерживать одновременный доступ к сети множества клиентов. На серверах хранятся страницы web-сайтов и обрабатываются входящие запросы. UNIX и Windows 2000 являются типичными серверными ОС. Теперь для этой цели стала использоваться и операционная система Linux.
Для увеличения мощности компьютеров соединяют нескольких центральных процессоров в одной системе. Такие системы называются многопроцессорными. Для них требуются специальные операционные системы, но зачастую такие ОС представляют собой варианты серверных операционных систем со специальными возможностями связи.
Следующую категорию составляют ОС для персональных компьютеров. Их работа заключается в предоставлении удобного интерфейса для одного пользователя. Такие системы широко используются в повседневной работе. Основными ОС в этой категории являются Windows 98, Windows 2000, операционная система компьютера Macintosh и Linux.
Еще один вид ОС – это системы реального времени. Главным параметром таких систем является время. Например, в системах управления производством компьютеры, работающие в режиме реального времени, собирают данные о промышленном процессе и используют их для управления оборудованием. Такие процессы должны удовлетворять жестким временным требованиям. Если, например, по конвейеру передвигается автомобиль, то каждое действие должно быть осуществлено в строго определенный момент времени. Если сварочный робот сварит шов слишком рано или слишком поздно, то нанесет непоправимый вред изделию. Системы VxWorks и QNX являются операционными системами реального времени.
Встроенные операционные системыиспользуются в карманных компьютерах и бытовой технике. Карманный компьютер — это маленький компьютер, помещающийся в кармане и выполняющий небольшой набор функций, например, телефонной книжки и блокнота. Встроенные системы, управляющие работой устройств бытовой техники, не считаются компьютерами, но обладают теми же характеристиками, что и системы реального времени, и при этом имеют, особые размер, память и ограничения мощности, что выделяет их в отдельный класс. Примерами таких операционных систем являются PalmOS и Windows СЕ (Consumer Electronics – бытовая техника).
Самые маленькие операционные системы работают на смарт-картах, представляющих собой устройство размером с кредитную карту и содержащих центральный процессор. На такие операционные системы накладываются очень жесткие ограничения по мощности процессора и памяти. Некоторые из них могут управлять только одной операцией, например электронным платежом, но другие ОС выполняют более сложные функции.
Статьи к прочтению:
Операционные системы, урок 1: Что такое компьютер и операционная система
Похожие статьи:
Вопрос 1. Классы программных продуктов. Все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории: 1) прикладные…
Необходимость во внешних устройствах хранения данных возникает в двух случаях:
• когда на вычислительной системе обрабатывается больше данных, чем можно разместить на базовом жестком диске;
• когда данные имеют повышенную ценность и необходимо выполнять регулярное резервное копирование на внешнее устройство (копирование данных на жестком диске не является резервным и только создает иллюзию безопасности).
В настоящее время для внешнего хранения данных используют несколько типов устройств на основе магнитных или магнитооптических носителей, например, стриммеры – это накопители на магнитной ленте, ZIP-накопители, накопители JAZ (По своим характеристикам JAZ-носитель приближается к жестким дискам, но в отличие от них является сменным.).
Процесс функционирования любой вычислительной системы представляет собой пошаговое выполнение процессором определённой последовательности простых команд, называемой программой. Программа составляется в соответствии с алгоритмом решения конкретной задачи на языке, пригодном для автоматического выполнения процессором. Совокупность программ, разработанных для данной ЭВМ, называется программным обеспечением (ПО).
Программное обеспечение – совокупность программ, обрабатывающих данные и управляющих работой ЭВМ.
Данные – это информация, представленная в форме, пригодной для ее передачи и обработки с помощью компьютера.
Программа – упорядоченная последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных.
Команда – это элементарная инструкция, предписывающая компьютеру выполнить ту или иную операцию.
Программная обработка данных на компьютере реализуется следующим образом. После запуска программы, хранящейся во внешней долговременной памяти на выполнение, она загружается в оперативную память. Процессор последовательно считывает команды программы и выполняет их. Данные, полученные в процессе выполнения команды, записываются процессором в оперативную или во внешнюю память. Процессор может запрашивать данные с устройства ввода информации и пересылать данные на устройства вывода информации.
В зависимости от назначения все программное обеспечение (ПО) принято разделять на три основных класса (рис. 6.1):
а) системное программное обеспечение – совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ;
б) прикладное программное обеспечение (пакеты прикладных программ) – комплекс взаимосвязанных программ для решения задач в конкретной предметной области;
в) инструментальное программное обеспечение – совокупность программ и программных комплексов для разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов.
Рис. 6.1. Классификация программного обеспечения
Системное программное обеспечение предназначено для:
· обеспечения надежной и эффективной работы компьютера и вычислительной сети;
· создания операционной среды функционирования других программ;
· проведения диагностики и профилактики аппаратуры компьютера и вычислительных сетей;
· выполнения вспомогательных технологических операций (копирования, архивирования, восстановления файлов программ и баз данных и т. д.).
Системное программное обеспечениесостоит из базового ПО, которое, как правило, поставляется вместе с компьютером, и сервисного ПО, которое может быть приобретено дополнительно.
Базовое программное обеспечение – минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.
Сервисное программное обеспечение – программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового ПО и организуют более удобную среду работы пользователя.
Сервисное программное обеспечение включает программы:
· диагностики работоспособности компьютера;
· обслуживания дисков и архивирования данных;
· антивирусные и др.
Компонентами базового ПО являются операционные системы, драйверы и операционные оболочки.
Операционная система (ОС)— это совокупность программ для организации диалога пользователя и компьютера, для управления аппаратурой и ресурсами, для запуска программ и выполнения некоторых других функций.
Операционная система состоит из:
· ядра, обеспечивающего важнейшие функции ОС (распределение памяти, запуск процессов и др.);
· набора драйверов (модули, управляющие каким-то определенным периферийным устройством, например, драйвер принтера или драйвер сетевой карты);
· комплекта прикладных программ (например, простейший текстовый и графический редактор).
Основными функциями ОС являются:
· загрузка программ в оперативную память и управление ходом их выполнения;
· обеспечение операций по обмену данными между выполняющейся программой и внешними устройствами;
· обслуживание нестандартных ситуаций в ходе выполнения программы;
· удаление выполненной программы из оперативной памяти и освобождение места для загрузки новой программы;
· организация хранения и поиска программ и данных на внешних носителях;
· организация взаимодействия пользователя и операционной системы – прием и выполнение команд пользователя;
· выполнение различных вспомогательных (сервисных) функций, таких как форматирование дисковых устройств, копирование информации с одного дискового устройства на другое и некоторые другие.
В настоящее время наибольшее распространение имеют следующие операционные системы:
· MS DOS (Microsoft Disk Operation System) – выпускается фирмой Microsoft с 1981 г.; она работает в текстовом режиме; известны также ее разновидности от других фирм-разработчиков: DR DOS, PC DOS;
· OS/2 – разрабатывается фирмой IBM;
· Unix – создана корпорацией Bell Laboratory;
· МасОС – выпускается фирмой Apple для компьютеров типа Macintosh;
· NetWare – сетевая операционная система, выпускается фирмой Novell;
· Windows 95/98/NT/2000/XP/2003 – разрабатываются фирмой Microsoft.
Операционная система MS DOS в настоящее время установлена на подавляющем большинстве персональных компьютеров. Сравнение системы MS DOS с широко используемыми в настоящее время операционными системами, например Windows, позволяет отметить следующие недостатки MS DOS (и DOS-приложений):
· отсутствие стандартов в интерфейсе;
· однозадачный режим работы;
· неэффективное использование оперативной памяти;
· зависимость прикладных программ от характеристик внешних устройств;
· необходимость текстового ввода команд.
Изначально система MS DOS разрабатывалась в однозадачном текстовом режиме и предусматривала ввод команд в виде текста в командной строке, что вызывало затруднения у многих пользователей.
Многочисленные приложения, разработанные в системе MS DOS (DOS-приложения), имеют разнородный интерфейс без каких-либо стандартов. Использование каждой DOS-программы или приложения требует от пользователя первоначального (иногда непростого) освоения приемов работы с этой программой.
Появление операционной оболочки Norton Commander (NC) существенно упростило использование MS DOS.
Несмотря на отмеченные недостатки, операционная система MS DOS и DOS-приложения все еще применяются достаточно широко, особенно в тех случаях, когда отсутствует возможность работать на современной достаточно мощной вычислительной технике или нет необходимости использовать графический режим – в банках, на торговых терминалах и в ряде других областей.
Большинство приложений MS DOS, кроме тех, в которых использованы какие-либо экзотические методы управления памятью или другие ухищрения, нормально работает под управлением Windows. Однако эти приложения в общем случае не могут пользоваться преимуществами Windows и работают медленнее, чем непосредственно под управлением MS DOS.
Различают однозадачные, многозадачные и многопользовательские системы.
Однозадачными называются ОС, позволяющие выполнять только одну программу в каждый сеанс работы пользователя. Для запуска другой программы необходимо завершить или временно приостановить работу с предыдущей. Типичной однозадачной ОС является MS DOS.
Многозадачные ОС позволяют имитировать одновременное выполнение нескольких программ (задач), одна из которых называется активной, остальные – фоновыми. На самом деле, поскольку один процессор не может выполнять в один и тот же момент более одной команды, программы в такой системе выполняются не параллельно, а последовательно. Процессор выполняет небольшие фрагменты запущенных программ поочередно, переключаясь между ними несколько десятков раз в секунду. Время, отведенное для выполнения каждого фрагмента задачи, называется квантом. Поскольку каждая выполняющаяся программа занимает часть ресурсов системы, производительность программы в многозадачной системе обычно ниже, чем она была бы в однозадачной. Количество одновременно выполняющихся задач ограничивается объемом памяти и производительностью системы. Более существенно для пользователя, что для запуска новой программы нет необходимости завершать остальные и можно работать параллельно с несколькими программами (например, с текстовым ре-дактором и электронной таблицей). Многозадачными является большинство современных ОС для ПК, например, MS Windows различных версий, OS/2, Mac OS и др.
Многопользовательские ОС появились исторически раньше других типов ОС. Они были предназначены для работы на мини- и суперкомпьютерах одновременно большого числа программ различных пользователей. В настоящее время многопользовательские ОС широко используются на серверах в информационных сетях. К этому типу ОС относится большинство операционных систем, например, Unix, Linux, Solaris и их многочисленные аналоги.
Системы реального времени обеспечивают гарантированное время реакции на наступление внешнего события (например, появление сигнала от датчика). Такие системы могут использоваться для управления критически важным оборудованием (станками, технологическими процессами, средствами передвижения, военной и космической техникой, энергетическими установками). В персональных компьютерах системы реального времени не применяются, так как они требуют специального аппаратного обеспечения.
Для повышения производительности системы используют объединение нескольких процессоров. Операционные системы, обеспечивающие равномерную нагрузку каждого процессора при выполнении программ, называются многопроцессорными.
Операционная (файловая) оболочка — специальная программа, предназначенная для облегчения взаимодействия пользователя с операционной системой. Наиболее известными и популярными операционными оболочками в настоящее время являются:
· Norton Commander фирмы Symantic;
· Windows 3.11 – графическая оболочка фирмы Microsoft, которая кардинально изменила среду взаимодействия пользователя с компьютером, расширила набор основных и сервисных функций, обеспечила возможность использования интегрированных пакетов прикладных программ и т. п.
Для Windows 95 и последующих версий этой ОС разработаны несколько оболочек, аналогичных Norton Commander, например Windows Commander, DISCo Commander, созданная российской фирмой DISCo.
Драйверы – специальные программы, управляющие устройствами ввода-вывода и оперативной памятью, обеспечивающие подключение новых внешних устройств и нестандартное использование уже имеющихся (драйверы видеокарты, графического ускорителя, CD-ROM, клавиатуры, мыши, модема, сетевой карты и т.д.). Большинство ОС содержат в комплекте поставки многие драйверы, и программа установки ОС инсталлирует те драйверы, которые нужны для поддержки устройств и функций ОС, указанных пользователем. Драйверы для различных ОС часто появляются вместе с новыми устройствами или контроллерами.
Расширением базового ПО компьютера является набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ (утилитов), обеспечивающих обслуживание составных частей ПК и специальных задач. Чаще всего используются следующие типы программ-утилит:
• резервирования, позволяющие быстро скопировать нужную информацию, находящуюся на жестком диске компьютера, на дискеты, диски и другие носители;
• антивирусные программы – предназначены для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения;
• архиваторы (упаковщики), позволяющие за счет применения специальных методов «упаковки» информации сжимать информацию на дисках, т.е. создавать файлы меньшего размера, а также объединять несколько файлов в один архивный файл;
• русификаторы, приспосабливающие другие программы (обычно ОС) для работы с русскими буквами;
• для диагностики компьютера, проверяющие конфигурацию ПК с для выявления дефектов дисков и предотвращения потерь данных, хранящихся на дисках;
• программы для оптимизации дисков, обеспечивающие более быстрый доступ к информации на диске за счет оптимизации размещения данных на диске;
• программы ограничения доступа, позволяющие защитить хранящиеся на компьютере данные от нежелательных пользователей;
• программы удаления приложений, обеспечивающие корректное удаление комплексов программ.
Читайте также: