Функции операционных систем персональных компьютеров (изучение функций операционных систем персональных компьютеров)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день известно огромное количество разнообразных видов операционных систем, которые различаются областью использования, аппаратной платформой, методами реализации и другими аспектами. Закономерен тот факт, что разнообразие операционных систем порождает их существенные функциональные различия. Кроме того, даже одна–единственная операционная система может включать в себя такой элемент, который еще вчера отсутствовал, что также сильно затрудняет определение выполняемых функций той или иной операционной системой. С этим связана необходимость грамотного и эффективного выделения функций операционных систем и определения некоторой классификации.

Под операционной системой большинство актуальных исследований выделяют комплекс взаимосвязанных системных программ. Назначением такого комплекса выделяют организацию взаимодействия пользователей с компьютером (в данном случае – персональным) и реализация всех других программ, установленных и функционирующих на персональном компьютере.

Известно, что мы живем в век информационных технологий, где умение оперативно искать, обрабатывать и усваивать информацию ценится все больше с каждым днем и является одним из ключевых навыков для успешного вхождения человека в современное информационное общество. Операционные системы, работающие сегодня на персональных компьютерах, созданы именно с целью упрощения процессов работы с информацией. Следовательно, чем более функциональна и эргономична операционная система, тем более комфортным и, как следствие, более эффективным, является использование персонального компьютера.

Таким образом, определяется цель исследования – изучение функций операционных систем персональных компьютеров.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

• рассмотреть историю появления и развития операционных систем;
• изучить понятие операционной системы;
• привести классификацию операционных систем;
• охарактеризовать функции операционных систем персональных компьютеров;
• подвести итоги по выполненной работе.

Объект исследования – операционные системы персональных компьютеров, а предмет исследования – функции операционных систем. В качестве основной теоретической базы выступают работы современных исследователей проблемы, таких как Новиков Ю.В., Партыка Т.Л., Фролов А, В и др.

Структура работы включает две главы, четыре параграфа, а также такие элементы как введение, заключение, список использованных источников (17 наименований). Общий объем работы составляет 31 страницу.

Основные понятия операционных систем

История операционных систем

Начало созданию операционных систем для микроЭВМ положила ОС СР/М. Она была разработана в 1974 году, после чего была установлена на многих 8–разрядных машинах. В рамках этой операционной системы было создано программное обеспечение значительного объема, включающее трансляторы с языков Бейсик, Паскаль, Си, Фортран, Кобол, Лисп, Ада и многих других, текстовые (Текстовые процессоры – это наиболее широко используемый вид прикладных программ. Они позволяют подготавливать документы гораздо быстрее и удобнее, чем с помощью пишущей машинки. Текстовые процессоры позволяют использовать различные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносят слова на новую строку, позволяют делать сноски, включать рисунки, автоматически нумеруют страницы и сноски и т.д) и табличные процессоры, системы управления базами данных, графические пакеты ( Система управления базами данных (СУБД) – позволяет управлять большими информационными массивами – базами данных), символьные отладчики и другие проблемно ориентированные программы.

Успех системы в значительной степени был обусловлен ее предельной простотой и компактностью, возможностью быстрой настройки на различные конфигурации ПЭВМ. Первая версия системы занимала всего 4 К, что было весьма важно в условиях ограниченности объемов памяти ПЭВМ того времени.

Операционные системы типа DOS

ОС типа DOS стала доминирующей с появлением 16–разрядных ПЭВМ, использующих 16–разрядные микропроцессоры типа 8088 и 8086. С точки зрения долголетия ни одна операционная система для микрокомпьютеров не может даже приблизиться к DOS. С момента появления в 1981 году DOS распространилась настолько широко, что завоевала право считаться самой популярной в мире ОС. Несмотря на некоторые свои недостатки и на то, что большая ее часть основывается на разработках 70–х годов, DOS продолжает

существовать и распространяться и поныне. Хорошо это или плохо, она, вероятно, будет доминировать на рынке операционных систем в течение ближайшего времени. В настоящее время для DOS разработан огромный фонд программного обеспечения. Имеются трансляторы (Транслятор – программа, автоматически преобразующая программу на языке программирования в последовательность инструкций. Разновидности трансляторов – компилятор, интерпретатор) для практически всех популярных языков высокого уровня, включая Бейсик, Паскаль, Фортран, Си, Модула–2, Лисп, Лого, АПЛ, Форт, Ада, Кобол, ПЛ–1, Пролог, Смолток и др.; причем для большинства языков существует несколько вариантов трансляторов. Имеются инструментальные средства для разработки программ в машинных кодах – ассемблеры, символьные отладчики и др. Эти инструментальные средства сопровождаются редакторами, компоновщиками и другими сервисными системами, необходимыми для разработки сложных программ. Кроме системного программного обеспечения для DOS создано множество прикладных программ

Стандарт MSX

Этот стандарт определял не только ОС, но и характеристики аппаратных средств для школьных ПЭВМ. Согласно стандарту MSX машина должна была иметь оперативную память объемом не менее 16 К, постоянную память объемом 32 К с встроенным интерпретатором языка Бейсик, цветной графический дисплей с разрешающей способностью 256х192 точек и 16 цветами, трехканальный звуковой генератор на 8 октав, параллельный порт для подключения принтера и контроллер для управления внешним накопителем, подключаемым снаружи.

Операционная система такой машины должна была обладать следующими свойствами: требуемая память – не более 16 К, совместимость с СР/М на уровне системных вызовов, совместимость с DOS по форматам файлов на внешних накопителях на основе гибких магнитных дисков, поддержка трансляторов языков Бейсик, Си, Фортран и Лисп. Таким образом, эта операционная система, получившая название MSX–DOS, учитывала

необходимость поддержки обширного программного обеспечения, разработанного для СР/М, и одновременно ориентировалась на новые в то время разработки, связанные с DOS.

Операционные системы, основанные на графическом интерфейсе

Помимо широко распространенных машин, проектируемых в соответствии со сложившимися стандартами, часто создаются машины, в которых особо выделяется какое–либо свойство. Так, наибольшее внимание в начале и середине 80–х годов привлекли своими графическими возможностями машины Macintosh и Amiga. В первой из них дисплей был монохромным, во второй – цветным, но обе отличались высокой разрешающей способностью и скоростью вывода графической информации на дисплей.

Операционные системы для этих машин были спроектированы так, чтобы максимально использовать возможности работы с графикой. В них используется многооконный интерфейс и манипулятор «мышь». Для выбора той или иной операции или рабочего объекта на экран выводится несколько условных графических символов (пиктограмм), среди которых пользователь делает выбор с помощью «мыши»

Пи – система

В начальный период развития персональных компьютеров была создана операционная система USCD p–system. Основу этой системы составляла так называемая П–машина – программа, эмулирующая гипотетическую универсальную вычислительную машину. П–машина имитирует работу процессора, памяти и внешних устройств, выполняя специальные команды, называемые П–кодом. Программные компоненты Пи–системы (в том числе компиляторы) составлены на П–коде, прикладные программы также компилируются в П–код. Таким образом, главной отличительной чертой системы являлась минимальная зависимость от особенностей аппаратуры ПЭВМ. Именно это обеспечило переносимость Пи–системы на различные типы машин. Компактность П–кода и удобно реализованный механизм подкачки

позволял выполнять сравнительно большие программы на ПЭВМ, имеющих небольшую оперативную память.

Однако принципиальной особенностью данной системы являлся преимущественно интерпретационный режим исполнения прикладных программ, что влекло интенсивные обмены информацией между оперативной памятью и внешними накопителями. В результате происходило существенное замедление работы.

Операционные системы семейства UNIX

Система UNIX приобрела популярность в связи с ее успешным использованием на мини–ЭВМ. Этот успех послужил толчком к тому, чтобы создать подобную систему и для персональных компьютеров. Как правило, различные версии ОС, относящихся к этому семейству, имеют свои названия, но в основных чертах повторяют особенности UNIX.

UNIX – операционная система, которая позволяет осуществить выполнение работ в многопользовательском и многозадачном режиме. Поначалу она предназначалась для больших ЭВМ, чтобы заменить MULTICS. UNIX является очень мощным средством в руках программиста, но требует очень большого объёма ОЗУ и пространства диска. Несмотря на попытки стандартизировать эту операционную систему, существует большое количество различных его версий, главным образом потому, что она была распространена в виде программы на языке Си, которую пользователи стали модифицировать для своих собственных нужд.

Главной отличительной чертой этой системы является ее модульность и обширный набор системных программ, которые позволяли создать благоприятную обстановку для пользователей–программистов. Система UNIX органически сочетается с языком Си, на котором написано более 90% ее собственных модулей. Командный язык системы практически совпадает с языком Си, что позволяло очень легко комбинировать различные программы при создании больших прикладных систем

UNIX имеет «оболочку», с которой пользователь непосредственно взаимодействует, и «ядро», которое, собственно, и управляет действиями компьютера. Компьютер выводит в качестве приглашения для ввода команд долларовый знак. Из–за продолжительности пользования этой операционной системы количество команд весьма велико. В добавление к командам по управлению файлами, которые присутствуют в любой операционной системе, UNIX имеет, по крайней мере, один текстовый редактор, а также форматер текста и компилятор языка Си, что позволяет, по мере надобности, модифицировать «оболочку».

От UNIX многие другие операционные системы переняли такие функции, как переназначение, канал и фильтр; однако UNIX имеет несомненно преимущество в том, что она с самого начала разрабатывалась как многопользовательская и многозадачная операционная система. Имена файлов могут иметь 14 знаков, причём в именах файлов различаются заглавные и строчные буквы. Первоначальный набор команд операционной системы расширился до 143 в версии 7.0; в версии System III добавилась ещё 71 команда, ещё 25 – в Berkeley 4.1 и следующие 114 в Berkeley 4.2. Из–за такого обилия команд UNIX не относится к самым удобным для пользователя языкам. Работа облегчается, если применять графический пользовательский интерфейс, но поскольку такое количество команд и без того занимает значительный объём памяти, этот интерфейс требует ещё большего объёма памяти и пространства диска.

Понятие операционной системы

Для того, чтобы понять роль операционной системы необходимо рассмотреть общую картину функционирования компьютерной системы.

Рисунок 1. Компоненты компьютерной системы

На нижнем уровне иерархии компьютерной системы находится аппаратура (hardware) компьютера, основные части которой – центральный процессор (CPU), выполняющий команды (инструкции) компьютера; память, хранящая данные и программы, и устройства ввода– вывода, или внешние устройства, обеспечивающие ввод информации в компьютер и вывод результатов работы программ в форме, воспринимаемой пользователем–человеком или другими программами. Часто на программистском сленге аппаратуру называют «железом».

Уровнем выше располагается операционная система – основной предмет нашего курса; системное программное обеспечение, управляющее использованием аппаратуры компьютера различными программами и пользователями.

Далее – прикладное программное обеспечение – программы, предназначенные для решения различных классов задач. К ним относятся системы управления базами данных (СУБД); графические библиотеки, игровые программы, офисные программы. Прикладное программное обеспечение образует следующий, более высокий уровень, по сравнению с операционной системой, и позволяет решать на компьютере различные прикладные и повседневные задачи.

Рисунок 2. Общая картина функционирования компьютерной систем

Верхний уровень – пользователи – люди и другие компьютеры. Отнесение пользователя–человека к компонентам компьютерной системы – вовсе не шут–ка, а реальность: любой пользователь фактически становится частью вычисли–тельной системы в процессе своей работы на компьютере, так как должен подчиняться определенным строгим правилам, нарушение которых приведет к ошибкам или невозможности использования компьютера, и выполнять большой объем типовых рутинных действий – почти как сам компьютер.

Существуют две группы определений операционной системы: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который связан с вопросом, в каких случаях требуется операционная система.

Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры, содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игровые приставки – также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры – могут обходиться без операционной системы, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт–диске. Основные компоненты компьютера, управляемые операционной системой, представлены на рисунке 3

Рисунок 3. Компоненты персонального компьютера

Операционные системы нужны, если:

• вычислительная система используется для различных задач, причём программы, решающие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев операционная система отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные системы, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;
• различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция – тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, операционные системы предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);
• между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;
• необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);
• оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды – оболочка и наборы утилит – они могут являться частью операционной системы

Таким образом, современные универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как:

• использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),
• многопользовательские (с разделением полномочий),
• многозадачные (с разделением времени).

Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой операционной системе. В составе операционной системы различают три группы компонентов:

• ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевая подсистема, файловая система;
• системные библиотеки;
• оболочка с утилитами.

Большинство программ, как системных (входящих в операционную систему), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что система (точнее, её ядро) управляет оборудованием.

В определении состава операционной системы значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав операционной системы включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков)

Классификация и функции операционных систем

Классификация операционных систем

Существует несколько схем классификации операционных систем. В данном исследовании сообразно рассмотреть несколько классификаций, основанных на принципах работы с пользователем.

По количеству одновременно работающих пользователей:

• • • 1. Однопользовательские ОС позволяют работать на компьютере только одному человеку.
      2. Многопользовательские ОС поддерживают одновременную работу на ЭМВ нескольких пользователей за различными терминалами.

По числу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы:

1. Однозадачные ОС поддерживают выполнение только одной программы в отдельный момент времени, то есть позволяют запустить одну программу в основном режиме.
2. Многозадачные ОС (мультизадачные) поддерживают параллельное выполнение нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы на некотором отрезке времени, то есть позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно, не мешая друг другу.

При многозадачном режиме, в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей, время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором, Параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

Современные ОС поддерживают многозадачность, создавая иллюзию одновременной работы нескольких программ на одном процессоре. На самом деле за фиксированный период времени процессор обрабатывает только один процесс, а процессорное время делится между программами, организуя тем самым параллельную работу. Это замечание не относится к многопроцессорным системам, в которых в действительности в один момент времени могут выполняться несколько задач.

Многозадачная ОС, решая проблемы распределения ресурсов и конкуренции, полностью реализует мультипрограммный (многозадачный) режим. Многозадачный режим, который воплощает в себе идею разделения времени, называется вытесняющим (preemptive). Каждой программе выделяется квант процессорного времени, по истечении которого управление передается другой программе. Говорят, что первая программа будет вытеснена. В вытесняющем режиме работают пользовательские программы большинства ОС.

По количеству поддерживаемых процессоров (однопроцессорные, многопроцессорные):

1. Однопроцессорные ОС
2. Многопроцессорные ОС поддерживают режим распределения ресурсов нескольких процессоров для решения той или иной задачи. При многопроцессорном режиме работы два или несколько соединенных и примерно равных по характеристикам процессора совместно выполняют один или несколько процессов (программ или наборов команд). Цель такого режима – увеличение быстродействия или вычислительных возможностей. Многопроцессорные ОС разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных ОС на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро, и задача может быть выполнена на любом процессоре, то есть обработка полностью децентрализована. При этом каждому из процессоров доступна вся память.В асимметричных ОС процессоры неравноправны. Обычно существует главный процессор (master) и подчиненные (slave), загрузку и характер работы которых определяет главный процессор.

По типу доступа пользователя к ЭВМ (с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени):

1. ОС пакетной обработки: в них из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет (набор) заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности.
2. ОС разделения времени обеспечивают одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом.
3. ОС реального времени обеспечивают определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя с управлением им какими–либо внешними по отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами. При таком режиме ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления.

По разрядности кода операционной системы: восьмиразрядные, шестнадцатиразрядные, тридцатидвухразрядные, шестидесяти четырехразрядные

Разрядность кода – это разрядность используемых аппаратных средств (например, использование 32–разрядных регистров для процессоров). Подразумевается, что разрядность ОС не может превышать разрядности процессора.

По типу интерфейса (командные (текстовые), объектно–ориентированные (как, правило, графические):

1. Пользовательский интерфейс – это программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или ЭВМ. Пользовательский интерфейс бывает командным и объектно–ориентированным.
2. Командный интерфейс предполагает ввод пользователем команд с клавиатуры при выполнении действий по управлению ресурсами компьютера. При этой технологии в качестве единственного способа ввода информации от человека к компьютеру служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью монитора. Эту комбинацию (монитор + клавиатура) стали называть консолью.

Команды набираются в командной строке. Командная строка представляет собой строку приглашения. Команда заканчивается нажатием клавиши Enter. После этого осуществляется переход в начало следующей строки. Именно с этой позиции компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Затем процесс повторяется.

1. Объектно–ориентированный интерфейс – это управление ресурсами вычислительной системы посредством осуществления операций над объектами, представляющими файлы, каталоги (папки), дисководы, программы, документы и т.д.

Разновидностью объектно–ориентированного интерфейса является графический WIMP – интерфейс (Window – окно, Image – образ, Menu – меню, Pointer – указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью команд, а с помощью графических образов – меню, окон, других элементов. Хотя и в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается «опосредованно», через графические образы. Этот вид интерфейса реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и «чистый» WIMP–интерфейс, пример графический WIMP–интерфейс ОС Windows.

1. Кроме названных основных видов интерфейса можно выделить еще один – SILK – интерфейс (Speech – речь, Image – образ, Language – язык, Knowlege – знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный «разговор» человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму.

По типу использования ресурсов (сетевые, не сетевые): Сетевые ОС: Novell NetWare, Windows 2008 Server.

1. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных, и предоставляют мощные средства разграничения доступа к данным в рамках обеспечения их целостности и сохранности, а также множество сервисных возможностей по использованию сетевых ресурсов.

По особенностям методов построения: монолитное ядро или микроядерный подход.

При описании операционной системы часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу.

Способы построения ядра системы – монолитное ядро или микроядерный подход. Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС – серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой – ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы

Функции операционных систем

1. Обеспечение интерфейса пользователя

Операционная система представляет комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его систему В105 (базовая система ввода–вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Основная функция всех операционных систем – посредническая. Она заключаются в обеспечении нескольких видов интерфейса:

• интерфейса между пользователем и программно–аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);
• интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно–программный интерфейс);
• интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Даже для одной аппаратной платформы, например такой, как IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях: внутренние и внешние. Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций. Внешние различия определяются наличием и доступностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.

2. Обеспечение автоматического запуска

Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых операционных систем 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 операционные системы характерны для специализированных вычислительных систем, в частности для компьютеризированных устройств автоматического управления. 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 (его можно изменять аппаратно с использованием логических микросхем), с которого начинается запись программы инициализации операционной системы.

3. Организация файловой системы

Все современные дисковые операционные системы 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. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов (FAT–таблицах). Поскольку нарушение FAT–таблицы приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске, к ней предъявляются особые требования надежности, и она существует в двух экземплярах, идентичность которых регулярно контролируется средствами операционной системы.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. Поскольку размер FAT–таблицы ограничен, то для дисков, размер которых превышает 32 Мбайт, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору не представляется возможным. В связи с этим 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.

Операционные системы MS DOS, OS/2, Windows 95 и Windows NT реализуют 16–разрядные поля в таблицах размещения файлов. Такая файловая система называется FAT 16. Она позволяет разместить в FAT–таблицах не более 65 536 записей (2¹⁶) о местоположении единиц хранения данных и, соответственно, для дисков объемом от 1 до 2 Гбайт длина кластера составляет 32 Кбайт (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку любой файл (даже очень маленький) полностью оккупирует весь кластер, которому соответствует только одна адресная запись в таблице размещения файлов. Даже если файл достаточно велик и располагается в нескольких кластерах, все равно в его конце образуется некий остаток, нерационально расходующий целый кластер.

Для современных жестких дисков потери, связанные с неэффективностью файловой системы, весьма значительны и могут составлять от 25% до 40% полной емкости диска, в зависимости от среднего размера хранящихся файлов. С дисками же размером более 2 Гбайт файловая система FAT 16 вообще работать не может.

В настоящее время только операционная система Windows 98 обеспечивает более совершенную организацию файловой системы – FAT32 с 32–разрядными полями в таблице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гбайт эта система обеспечивает размер кластера 4 Кбайт (8 секторов).

4. Обслуживание файловой структуры

Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры – людям так удобнее, а все необходимые преобразования берет на себя операционная система. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:

• создание файлов и присвоение им имен;
• создание каталогов (папок) и присвоение им имен;
• переименование файлов и каталогов (папок);
• копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками)одного диска;
• удаление файлов и каталогов (папок);
• навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);
• управление атрибутами файлов.

4.1. Создание и именование файлов

4.2. Создание каталогов (папок)

4.3. Копирование и перемещение файлов

4.4. Удаление файлов и каталогов (папок)

4.5. Навигация по файловой структуре

4.6. Управление атрибутами файлов

5. Управление установкой, исполнением и удалением приложений

Работа с приложениями составляет наиболее важную часть работы операционной системы. Это очевидно, если вспомнить, что основная функция операционной системы состоит в обеспечении интерфейса приложений с аппаратными и программными средствами вычислительной системы, а также с пользователем. С точки зрения управления исполнением приложений, различают однозадачные и многозадачные операционные системы.

Однозадачные операционные системы (например, MS DOS) передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения (полная многозадачность), ни его приостановки и запуска другого приложения (вытесняющая многозадачность). В тоже время параллельно с однозадачными операционными системами возможна работа специальных программ, называемых резидентными. Такие программы не опираются на операционную систему, а непосредственно работают с процессором, используя его систему прерываний.

Большинство современных графических операционных систем – многозадачные. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между задачами и обеспечивают:

• возможность одновременной или поочередной работы нескольких приложений;
• возможность обмена данными между приложениями;
• возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями.

6. Обеспечение взаимодействия с аппаратным обеспечением

Средства аппаратного обеспечения вычислительной техники отличаются гигантским многообразием. Существуют сотни различных моделей видеоадаптеров, звуковых карт, мониторов, принтеров, сканеров и прочего оборудования. Ни один разработчик программного обеспечения не в состоянии предусмотреть все варианты взаимодействия своей программы, например, с печатающим устройством.

Гибкость аппаратных и программных конфигураций вычислительных систем поддерживается за счет того, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления – драйверы. Драйверы имеют точки входа для взаимодействия с прикладными программами, а диспетчеризация обращений прикладных программ к драйверам устройств – это одна из функций операционной системы. Строго говоря, выпуская устройство, например модем, его разработчик прикладывает к нему несколько драйверов, предназначенных для основных операционных систем, как–то: Windows 95/98, Windows NT, MS DOS и т. п.

В операционных системах MS DOS драйверы устройств загружаются как. резидентные программы, напрямую работающие с процессором и другими устройствами материнской платы. Здесь участие операционной системы сводится лишь к тому, чтобы предоставить пользователю возможность загрузки драйвера – далее он сам перехватывает прерывания, используемые для обращения к устройству, и управляет его взаимодействием с вызывающей программой. Загрузка драйверов устройств может быть ручной (после первоначальной загрузки компьютера пользователь сам выдает команды на загрузку драйверов) или автоматической, когда команды на загрузку и настройку драйверов включаются в состав файлов, автоматически читаемых при загрузке компьютера. В MS DOS такие файлы называются файлами конфигурации; их всего два – это файлы autoexec.bat и config.sys. В них прежде всего включают команды загрузки драйвера мыши, дисковода CD–ROM, звуковой карты, расширенной памяти (оперативная память, лежащая за пределами 1 Мбайт, рассматривается в MS DOS как дополнительное устройство и требует специального драйвера), а также прочих устройств.

В таких операционных системах, как Windows 95/98 и Windows NT, операционная система берет на себя все функции по установке драйверов устройств и передаче им управления от приложений. Во многих случаях операционная система даже не нуждается в драйверах, полученных от разработчика устройства, а использует драйверы из собственной базы данных.

Наиболее современные операционные системы Windows 95/98 позволяют управлять не только установкой и регистрацией программных драйверов устройств, но и процессом аппаратно–логического подключения. Каждое подключенное устройство может использовать до трех аппаратных ресурсов устройств материнской платы: адресов внешних портов процессора, прерываний процессора и каналов прямого доступа к памяти. Если устройство подключается к материнской плате через шину PCI, то есть техническая возможность организовать между ним и материнской платой обратную связь. Это позволяет операционной системе анализировать требования устройств о выделении им ресурсов и гибко реагировать на них, исключая захват одних и тех же ресурсов разными устройствами. Такой принцип динамического распределения ресурсов операционной системой получил название plug–and–play, а устройства, удовлетворяющие этому принципу, называются самоустанавливающимися.

Если же устройство подключается к устаревшей шине ISA и не является самоустанавливающимся, то в этом случае операционная система не может динамически выделять ему ресурсы, но, тем не менее, при распределении ресурсов для самоустанавливающихся устройств, она учитывает ресурсы, захваченные им.

7. Обслуживание компьютера

Предоставление основных средств обслуживания компьютера – одна из функций операционной системы. Обычно она решается внешним образом – включением в базовый состав операционной системы первоочередных служебных приложений.

8. Прочие функции операционных систем

Кроме основных (базовых) функций операционные системы могут предоставлять различные дополнительные функции. Конкретный выбор операционной системы определяется совокупностью предоставляемых функций и конкретными требованиями к рабочему месту.

Прочие функции операционных систем могут включать следующие:

• возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального программного обеспечения;
• обеспечение доступа к основным службам Интернета средствами, интегрированными в состав операционной системы;
• возможность создания системными средствами сервера Интернета, его обслуживание и управление, в том числе дистанционное посредством удаленного соединения;
• наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесения изменений;
• возможность оформления рабочей среды операционной системы, в том числе и средствами, относящимися к категории мультимедиа;
• возможность обеспечения комфортной поочередной работы различных пользователей на одном персональном компьютере с сохранением персональных настроек рабочей среды каждого из них;
• возможность автоматического исполнения операций обслуживания компьютера и операционной системы по заданному расписанию или под управлением удаленного сервера;
• возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения, слуха и другими.

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

• чтение, редактирование и печать текстовых документов;
• создание и редактирование простейших рисунков;
• выполнение арифметических и математических расчетов;
• ведение дневников и служебных блокнотов;
• создание, передача и прием сообщений электронной почты;
• создание и редактирование факсимильных сообщений;
• воспроизведение и редактирование звукозаписи;
• воспроизведение видеозаписи;
• разработка и воспроизведение комплексных электронных документов, включающих текст, графику, звукозапись и видеозапись.

На этом возможности операционных систем не исчерпываются. По мере развития аппаратных средств вычислительной техники и средств связи функции операционных систем непрерывно расширяются, а средства их исполнения совершенствуются.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы была достигнута цель исследования – изучены функции операционных систем персональных компьютеров.

Для достижения денной цели были выполнены поставленные задачи, а именно:

• рассмотрена история появления и развития операционных систем;
• изучено понятие операционной системы;
• приведена классификация операционных систем;
• охарактеризованы функции операционных систем персональных компьютеров.

Операционная система – неотъемлемый и один из определяющих элементов персональных компьютеров. В результате анализа ее функций можно сказать, что она оказывает решающее значение на то, насколько успешным будет взаимодействие пользователя с компьютером. Это же касается и других современных гаджетов – планшетов, смартфонов и т.д.

Как было замечено ранее, мы живем в век информационных технологий. Помимо всего прочего, это подразумевает постоянное развитие и совершенствование существующих технологий и техники, а также открытие все новых и новых средств и методов обработки и хранения информации. В связи с этим нельзя утверждать, что проблема была изучена полностью – с развитием новейших технологий и операционных систем появятся и новые объекты для актуальных времени исследований.

Кроме того, необходимо отметить, что при работе над исследованием были подкреплены ранее полученные и освоены новые теоретические знания в области операционных систем, которые в будущем пригодятся не только для успешного изучения дисциплины и дисциплин, смежных с ней, но и могут быть применены в повседневной практической жизни

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Андреев, А. Г. и др. Microsoft Windows XP. Руководство администра-тора / под общ. ред. А. Н.Чекмарева. – СПб.: БХВ–Петербург, 2016. – 848 с.: ил.

2. Дьяконов, В. Ю. Системное программирование: уч. пособие для вузов / В. Ю. Дьяконов, В. А. Китов, И. А. Калиничев. Под ред. А. Л. Горелика. М.: Русская редакция, 2016,221с.

3. Калверт, Ч. Программирование в Windows. Освой самостоятельно / Ч. Калверт. М.: Восточная Книжная Компания, 2016. – 848 с.: ил.

4. Керниган, Б. В. Unix – универсальная среда программирования / Б. В. Керниган. М.: Финансы и статистика, 2018, 304с.

5. Макин, Дж.К. Развертывание и настройка Windows Server / Дж. К. Макин, А. Десаи. – М.:Русская Редакция, 2019. – 640 с.

6. Новиков, Ю. В. Основы локальных сетей: курс лекций: учеб. пособие: для студентов вузов, обучающихся по специальностям в обл. информ. техноло-гий / Ю. В. Новиков, С. В. Кондратенко. – М.: Интернет – Ун–т Информ. Тех-нологий, 2017. – 360 с.

7. Олифер В. Г. Сетевые операционные системы / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – СПб.:Питер, 2018. – 672 с.

8. Партыка, Т. Л. Операционные системы, среды в и оболочки: учеб. по-собие / Т. Л. Партыка, И. И. Попов.– М. : Форум, 2019.

9. Петерсен, Р. Linux: руководство по операционной системе / Р. Петер-сен. Киев: Издательская группа BHV, 2017, 688с.

10. Петроченков, А. А. Компьютер и периферия / А. А. Петроченков. М.: ВИНИТИ, 2017, 238с.

11. Попов И. И. Введение в сетевые информационные ресурсы и техноло-гии: Учебное пособие / И. И. Попов, Н. В. Максимов, П. Б. Храмцов. М.: РГГУ, 2019, 203с.

12. Робачевский, А. М. Операционная система Unix / А. М. Робачевский. СПб.: BHV Санкт–Петербург, 2016, 528с.

13. Таненбаум, Э.Операционные системы: Справочник / Э. Таненбаум. М.: Форум, 2018, 386с.

14. Титаренко, С. П. Управление процессами в современных операцион-ных системах ЭВМ: учебное пособие / С. П. Титаренко. М.: Финансы и стати-стика, 2018, 214с.

15. Фролов, А. В. Локальные сети персональных компьютеров. Монтаж сети, установка программного обеспечения / А. В. Фролов, Г. В. Фролов. – М.: Диалог–МИФИ, 1994.–169с.

16. Ханикат, Дж. Знакомство с Microsoft Windows Server 2003 / Дж. Ха-никат. – М.: Издательско–торговый дом «Русская редакция», 2013. – 464 с.

17. Шиндер, Т. В. ISA Server 2004 / Т. В. Шиндер, Д. Л. Шиндер. – М.: Издательско–торговый дом «Русская Редакция»: СПб.: БХВ–Петербург, 2016. – 1088 с