Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Функции операционных систем персональных компьютеров (Основы современных операционных систем)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Все многообразие программ, используемых на современном компьютере, называется программным обеспечением - ПО.

Программы, составляющие ПО, можно разделить на три группы: системное ПО, системы программирования, прикладное ПО. Ядром системного ПО является операционная система (ОС).

Основная причина необходимости ОС состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управление его ресурсами - то операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

Операционная система скрывает от пользователя эти сложные и ненужные подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Она выполняет различные вспомогательные действия, например, копирование и печать файлов.

ОС осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.

Операционная система (ОС) – комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой – предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений.

Актуальность темы курсовой работы обусловлена потребностью улучшения операционных систем для повышения качества работы пользователя с ЭВМ, делая её, более простой, и освобождая его от обязанностей распределять ресурсы и управлять ими.

Целью данной работы является изучение функций операционных систем

Задачи работы:

- рассмотреть основы современных операционных систем;

- привести перечень операционных систем для ПК 2020;

- показать необходимость операционной системы компьютера;

- дать характеристику функций операционной системы.

Объектом изучения является операционная система ПК.

Предметом изучения являются функции операционных систем ПК.

Теоретической значимостью является то, что настоящее исследование может выступать, в качестве руководства, при эксплуатации корпоративного сервера.

ГЛАВА 1. БАЗОВЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

1.1. Основы современных операционных систем

Trustworthy Computing (TWC) Initiative

Инициатива под таким названием (инициатива надежных и безопасных вычислений) объявлена в 2002 г. в историческом электронном письме основоположника корпорации Microsoft Билла Гейтса всем сотрудникам компании. Основная суть инициативы TWC заключается в том, что безопасности необходимо уделять особое внимание при разработке программной системы, начиная с самых ранних этапов. Однако этим инициатива TWC не исчерпывается – смысл и цели ее гораздо шире и охватывают также экономические, юридические аспекты и "человеческий фактор"[3].

Основные принципы инициативы TWC:

Безопасность (Security) – реализация и использование в любой программной системе действенных мер защиты от внешних атак; использование специальных методов разработки программ, направленных на достижение этой цели.

Сохранение конфиденциальности информации (Privacy) – использование программным обеспечением частной и корпоративной информации только с явного согласия пользователя и только для понятных ему законных целей; защита конфиденциальной информации от взлома в результате атаки.

Надежность (Reliability) – предсказуемость поведения программных систем, которые должны обеспечивать в заданном окружении ожидаемое правильное поведение программы [6].

Сама корпорация Microsoft с 2002 г. полностью реорганизовала бизнес-процессы разработки программного обеспечения, используя новую схему жизненного цикла для разработки безопасных программ – SDLC (Security Development Life Cycle).Принципы TWC воплощены во всех новых версиях продуктов Microsoft: Internet Explorer 7 и 8, Windows Vista и др.

Microsoft своей инициативой TWC призвала все остальные компании и индивидуальных разработчиков следовать предложенным ею принципам, хотя изначально отношение к инициативе TWC в мире было достаточно осторожным и даже скептическим.

Microsoft финансировала работы по обеспечению TWC и обучение TWC в университетах.

Следует отметить, что обучение TWC в университетах в мире только начато. Наибольшее внимание этим вопросам в первую очередьуделяют университеты военного подчинения и назначения.

Новая схема жизненного цикла для разработки безопасных программ, разработанная и применяемая компанией Microsoft, носит название Security Development Life Cycle (SDLC).Основная идея SDLC – учитывать требования безопасности в течение всего жизненного цикла разработки программ, начиная с самых ранних этапов. Схема SDLC приведена на Рис 1.

Схема Security Development Life Cycle (SDLC).

Рис. 1. Схема Security Development Life Cycle (SDLC).

На схеме приведены традиционные этапы жизненного цикла и стрелками показаны дополнения к ней, которые вносятся SDLC. В течение всего цикла разработки ПО, начиная с самых ранних этапов (требования, спецификации, проектирование), необходимо постоянно предусматривать меры надежности и безопасности ПО, чтобы впоследствии не пришлось их встраивать в систему в "авральном порядке", что значительно увеличит затраты.

Необходимо заранее анализировать и моделировать возможные угрозы и атаки на ПО и разрабатывать меры их отражения.

Необходимы инструменты количественной оценки рисков, с точки зрения надежности и безопасности.

Необходимы специальные виды тестирования ПО – security testing, fuzzy testing (fuzzing) – тестирование подсистемы безопасности и тестирование на граничные или близкие к граничным значения параметров, имитирующее действия хакеров по подбору и взлому IP-адресов и других компонент компьютерной системы [11].

Необходимы эксперты по безопасности ПО (security buddies),участвующие в разработке в течение всего цикла.

Компания Microsoft предложила ряд простых схем для оценки и разработки безопасного программного обеспечения , для оценки угроз и атак и оценки последствий атаки, которые мы и рассмотрим.

Схема (формула) SD3C определяет основные принципы разработки безопасного программного обеспечения:

Secure in Design – применение принципов безопасного проектирования; учет возможных атак; реализация способов их отражения;

Secure by Default – включение установок безопасности по умолчанию;

Secure in Deployment – безопасное развертывание и инсталляция программного обеспечения;

Communication – постоянное взаимодействие группы сопровождения продукта с пользователями, быстрый выпуск новых версий продукта с исправленными ошибками безопасности; рекомендации по настройке безопасности.

Центральной частью программного обеспечения ЭВМ является операционная система, в состав которой входят программные средства организации и планирования вычислительного процесса, управления вводом-выводом и данными, подлежащими хранению и обработке, а также средства подготовки и отладки программ пользователей. В ряде случаев используются и другие программные средства, расширяющие функции и возможности операционной системы, например средства обеспечения телеобработки данных, машинной графики и др.

Кроме операционной системы в состав программного обеспечения ЭВМ входят также комплексы программ технического обслуживания ЭВМ и пакеты различных прикладных программ. Программное обеспечение ЭВМ находится в состоянии постоянного развития и совершенствования, что повышает эффективность использования ЭВМ, существенно расширяет их возможности и сферу применения [8].

Благодаря этому в последние годы стало возможным создание, например, многопроцессорных вычислительных систем, многомашинных комплексов и сетей ЭВМ, систем коллективного использования и других перспективных вычислительных систем.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА (ОС) – совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем. Если говорить об операционной системе ПЭВМ, то следует выделить две основные задачи, решаемые ею. Первая задача - организация связи, общения человека-пользователя с ПЭВМ в целом и с отдельными ее устройствами - устройствами печати, внешней памяти и т.д., в частности выполнение по требованию пользователя именно тех операций над программой в целом, о которых шла речь выше. Общение с ПЭВМ обеспечивается с помощью команд.

Каждая команда представляет собой краткое предписание, определяющее, какую операцию и над каким объектом (программой, файлом) ОС должна выполнить. ОС воспринимает команду, вводимую пользователем, расшифровывает ее и выполняет требуемые операции, весьма сложные и многочисленные, обеспечивающие получение результатов.

Тем самым пользователь освобождается от утомительной, рутинной работы. Вторая задача - организация взаимодействия всех блоков ПЭВМ в процессе выполнения программы, и в частности: размещение в ОЗУ данных и результатов решения задачи; при использовании в программе файлов данных размещение их на диске в соответствии с требованием программы и т.д.; - своевременное включение в работу различных блоков и устройств ПЭВМ по требованию программы и пр.

Таким образом, при выполнении программы ОС играет роль диспетчера вычислительного процесса. Как мы уже сказали, эффективность операционной системы основана на том, в какой степени она способствует работе по созданию программы, и на том, насколько эффективно с ее помощью выполняется распределение ресурсов вычислительной системы.

1.2. Перечень операционных систем для ПК 2020

Стремительное развитие технологий — наибольшее чудо нашего времени. Человеческая жизнь становится все проще, быстрее и интереснее, и за это нужно поблагодарить компьютеры в любом из их проявлений. Они прошли внушительный эволюционный путь, который превратил громоздкие настольные коробки в более компактные и удобные ноутбуки и смартфоны. В сети то и дело обсуждают их характеристики, но часто забывают про то, что заставляет их работать, — операционные системы. В этой статье собраны самые популярные из их настольных вариантов с уточнением особенностей и возможностей [10].

1. Windows

Начиная с Windows 95 и заканчивая Windows 10 — именно операционная система Microsoft считается самой популярной и наиболее знакомой простым пользователям из разных уголков мира. Программное обеспечение компании остается основой современных компьютеров. Его выбирают из-за простоты использования, быстрого запуска и возобновления работы. Последние версии операционной системы отличаются повышенной безопасностью и вниманием к конфиденциальности пользователей. С ней вы и ваши данные находятся под надежной защитой, и особенно переживать за свое личное пространство не приходится.

Особенности:

удобный пользовательский интерфейс с простой навигацией, меню «Пуск», в котором собраны ключевые настройки системы, а также установленные приложения;

простое одновременное использование нескольких рабочих пространств с открытыми окнами приложений;

специальный режим для использования на устройствах с сенсорным экраном;

технологии многофакторной аутентификации для повышения безопасности, распознавания отпечатков пальцев и лиц;

автоматическое уменьшение размера файлов для уменьшения места, используемого в хранилище.

Вывод: Windows считается одной из лучших операционных систем, потому что она развивается продолжительное время. У нее современная система безопасности, а также простой пользовательский интерфейс, который подходит для самых разнообразных устройств [11].

2. Ubuntu

Ubuntu — операционная система на базе Linux, которая поставляется со всеми необходимыми инструментами. Она отлично подходит для разнообразных общественных организаций, школ и домашнего использования. Операционная система поддерживается Canonical — глобальным разработчиком программного обеспечения, который сыскал славу на распространении Ubuntu. Она абсолютно бесплатная, и только это должно стать мотивирующим фактором для того, чтобы самостоятельно попробовать ее. Все-таки далеко не все готовы тратиться на программное обеспечение в любом возможном виде.

Особенности:

это операционная система с открытым исходным кодом, которую можно абсолютно бесплатно скачать, использовать без ограничений и свободно устанавливать любым пользователям;

в Ubuntu встроен брандмауэр, а также программное обеспечение для защиты от вирусов — это делает ее достаточно безопасной;

проект развивается уже несколько лет, за которые выходили регулярные обновления и необходимые исправления;

Ubuntu полностью переведена на 50 различных языков;

операционная система совместима со всеми новейшими ноутбуками, настольными компьютерами и устройствами с сенсорными экранами.

Вывод: Ubuntu — отличный вариант для тех, кто не хочет тратиться. Это свободная операционная система с открытым кодом, что делает ее достаточно привлекательной для самых разных пользователей. Она регулярно обновляется, отличается удобным интерфейсом и высоким уровнем безопасности [8].

3. macOS

Эксклюзивная операционная система Apple, у которой свой путь развития. Ее нельзя полноценно установить ни на одно другое устройство, кроме Mac. Она заточена под конкретное железо, которое использует производитель, и работает на нем максимально гладко. Для macOS подходит только программное обеспечение, которое создано конкретно для этой платформы. За операционную систему не нужно платить — ее стоимость уже вложена в цену далеко не самого дешевого аппаратного обеспечения. На WWDC 2020 Apple объявила о переводе macOS на процессоры собственного производства на базе архитектуры ARM.

Особенности:

ночная тема оформления интерфейса операционной системы, которая делает работу с ней в вечернее время суток более комфортной;

возможности для автоматического упорядочивания файлов по типу, дате изменения и другим параметрам;

тесная интеграция с другими устройствами Apple — к примеру, можно быстро вставить в документ фрагмент, который вы только что сфотографировали на iPhone;

фирменный магазин приложений с программным обеспечением;

максимальный уровень безопасности и конфиденциальности данных.

Вывод: Это — одна из наиболее привлекательных операционных систем в визуальном плане. Так как компания развивает программное и аппаратное обеспечение одновременно, она может добиться максимального уровня оптимизации. Эту систему могут полноценно использовать только владельцы Mac.

4. Fedora

Еще одна операционная система, в основу которой лег Linux. Она достаточно надежная и удобная, отлично работает как на настольных компьютерах, так и на ноутбуках. Fedora часто используют в общественных местах со свободным доступом случайных пользователей, а также для разработки [11].

Особенности:

удобный пользовательский интерфейс, который не отвлекает от работы;

полный набор инструментов с открытым исходным кодом;

использование продвинутых инструментов для виртуализации и запуска виртуальных машин;

использование контейнерных приложений.

Вывод: операционная система, которую чаще всего выбирают не для личного, а для корпоративного использования. Ее часто используют разработчики программного обеспечения, которые получают бесплатный доступ к полному набору инструментов для создания приложений.

5. Solaris

Операционная система на базе UNIX, которую в середине 90-х разрабатывала Sun Microsystems. В 2010 году, когда компанию выкупила Oracle, платформа получила название Oracle Solaris. Она хорошо известна своей масштабируемостью, а также целым набором других возможностей. К примеру, она поддерживает DTrace — фреймворк динамической трассировки, предназначенный для отладки ядра и приложений в реальном времени. Solaris работает с файловой системой ZFS, которая заточена под объемные массивы данных, а также инструментом резервного копирования Time Slider.

Особенности:

передовые возможности безопасности, гибкое управление правами пользователей, которое даст возможность защитить критически важные данные;

неоспоримые преимущества в производительности для веб-служб, баз данных и сервисов Java;

высокопроизводительная работа с сетью;

неограниченные возможности для управления файловой системой и базами данных;

полная совместимость для решения аппаратных и программных вопросов.

Вывод: Oracle Solaris считается одной из лучших среди бесплатных операционных систем с открытым исходным кодом. Она обеспечивает необходимую масштабируемость, функциональную совместимость, управление данными и безопасность, что высоко ценится в корпоративном секторе.

6. Free BSD

Бесплатная операционная система с открытым исходным кодом на базе UNIX. Она совместима с различными платформами, ориентирована на скорость и стабильность работы. Наиболее захватывающая часть истории платформы — ее создание общими силами сообщества в Калифорнийском университете [8].

Особенности:

расширенные возможности для работы в сети, совместимости и безопасности, которые отсутствуют в других операционных системах;

идеально подходит для услуг интернета и интрасети, может справляться с большими нагрузками и эффективно управлять памятью, чтобы поддерживать работу сразу нескольких пользователей;

усовершенствованная платформа для работы с высокопроизводительными системами на базе процессоров Intel;

простая и быстрая установка прямо из сети.

Вывод: надежная операционная система, построенная внушительным сообществом студентов. Она лучше всего подходит для работы в сети, отличается простотой установки и возможностью быстрого одновременного использования сразу несколькими пользователями.

7. Chrome OS

Очередная операционная система, которая разработана на базе ядра Linux. За ее создание отвечает компания Google, которая фактически построила программную платформу вокруг своего фирменного браузера Chrome. Она заточена под работу с веб-приложениями.

Особенности:

встроенные инструменты для автономной работы с мультимедийными файлами;

удаленный доступ к приложениям и виртуальному рабочему столу;

полная совместимость со всеми приложениями, разработанными для Android;

запуск приложений, которые созданы для Linux.

Вывод: неординарная операционная система, которая отлично работает, но все еще не имеет четкого направления для развития. На данный момент она отлично подходит для недорогих компьютеров, общественного использования, мультимедийного контента. Но ее будущее все еще под вопросом.

8. CentOS

Очередная бесплатная операционная система, развитием которой занимается сообщество. Она пользуется спросом у программистов.

Особенности:

обширный потенциал для разработчиков, желающих создавать софт и тестировать его;

расширенные возможности для работы в сети, совместимости и безопасности, которые сейчас отсутствуют во многих других системах;

инструменты совместимости для решения аппаратных и программных проблем;

инструменты для тонкой настройки безопасности, управления процессами, настройки доступа к данным.

Вывод: операционную систему чаще всего выбирают разработчики программного обеспечения — для личного и домашнего использования она все же подходит не настолько хорошо. Платформа бесплатно предоставляет создателям приложений все необходимые инструменты для разработки [9].

9. Debian

Еще одна бесплатная операционная система с открытым кодом, созданная на базе Linux. Она отличается максимальной легкостью для аппаратного обеспечения, простотой установки, удобным интерфейсом, а также десятками тысяч предварительно скомпилированных приложений в удобном формате.

Особенности:

высокая скорость работы вне зависимости от «железа»;

встроенный брандмауэр для защиты данных;

максимально простая установка;

расширенные возможности для работы с сетью.

Вывод: от других операционных систем Debian отличается куда меньшей универсальностью, поэтому устанавливать ее нужно лишь в том случае, если у вас есть представление по поводу ее возможностей. Тем не менее, она абсолютно бесплатна, поэтому ничего не мешает попробовать.

10. Deepin

Операционная система с открытым исходным кодом, которая основана на стабильной ветке Debian. Она отличается инструментом Deepin Desktop Environment, на базе которого создан удобный пользовательский интерфейс. Ее хвалят за эстетичный и привлекательный внешний вид.

Особенности:

удобство, надежность и привлекательный интерфейс;

расширенные возможности безопасности;

простая установка;

внушительный набор встроенного программного обеспечения, который включает установщик шрифтов, файловый менеджер, скриншотер, диктофон, просмотрщик изображений и плеер для фильмов.

Вывод: бесплатная операционная система, которая исправляет большинство недостатков Debian. У нее внушительное число модификаций, которые постепенно набирают популярность. Есть вероятность, что в будущем именно эта платформа сможет в полной мере конкурировать с macOS и Windows

Для домашнего использования лучше всего подходят Windows и macOS. Первая лучше для игр, а вторая отличается эксклюзивным программным обеспечением и продвинутой работой в экосистеме. Тем не менее, когда речь заходит про скорость работы, в лидеры уверенно выбивается Linux, которому не нужны аппаратные мощности. Чтобы работать на оптимальном уровне, ему даже производительный процессор не понадобится. Операционные системы на базе Linux часто используются в корпоративном секреторе — им отдают работы с массивами информации и базами данных.

Внимания также могут заслуживать менее популярные системы, которые не попали в подборку. Syllable — бесплатная альтернатива домашним платформам. ReactOS — когда-то клон Windows 95, а сегодня отдельная полноценная операционная система.

ГЛАВА 2. ФУНКЦИИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

2.1. Необходимость операционной системы компьютера

Современная операционная система - сложный комплекс программных средств, предоставляющих пользователю не только стандартизированный ввод-вывод информации и управление программами, но и упрощающий работу с компьютером. Программный интерфейс операционных систем позволяет уменьшить размер конкретной программы, упростить ее работу со всеми компонентами вычислительной системы.

Непосредственно компьютер способен выполнить только тот набор команд, который предписан центральному процессору. Чтобы решать конкретные задачи по обработке информации, необходимо выполнить длинную, определенным образом упорядоченную, последовательность команд, т.е. составить программу [12].

Например, для организации обмена данными с диском требуется использовать более десятка команд с указанием множества его параметров: номера блока на диске, номера сектора на дорожке и т.п., а по завершении операции предусмотреть в программе анализ результата выполненной операции.

Учитывая, что контроллер диска способен распознавать более 20 различных вариантов завершения операции, составление такой программы представляется весьма сложной и трудоемкой задачей. Такой же сложной выглядит и работа пользователя с диском, поскольку ему для чтения/записи файла потребовалось бы задавать числовые адреса дорожек и секторов.

Операционная система (ОС) избавляет программистов и пользователей не только от необходимости напрямую работать с аппаратурой дискового накопителя, предоставляя им простой файловый интерфейс, но и берет на себя все другие рутинные операции, связанные с управлением другими аппаратными устройствами.

С помощью ОС компьютер, способный выполнять лишь действия, определяемые системой команд, превращается в виртуальную машину, выполняющую широкий набор гораздо более сложных функций. Виртуальная машина также управляется командами, однако они относятся к более высокому уровню: для открытия файла с известным именем достаточно командой запустить некоторую прикладную программу. Такую машину легче программировать, с ней легче работать, чем непосредственно с аппаратурой реального компьютера или реальной сети [13].

Операционную систему можно представить как средство управления ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффективного их использования. К числу основных ресурсов современных вычислительных систем относятся процессоры, основная память, дисковые накопители, принтеры, таймеры, наборы данных, сетевые и другие устройства. Ресурсы распределяются между процессами. Процесс (или задача) является базовым понятием большинства современных ОС и часто кратко определяется как выполняемая программа.

Если программа представляет собой статический объект (в виде файла с кодами и данными), то процесс – динамический объект, который возникает в ОС после того, как пользователь или она сама запускает программу на выполнение.

Управление ресурсами включает решение таких задач, как определение, какому процессу, когда и в каком количестве следует выделить данный ресурс; отслеживание состояния и учет использования ресурса; снабжение оперативной информацией о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена. Управление ресурсами составляет важную часть функций любой (и особенно мультипрограммной) ОС, которые реализуются с помощью подсистем управления ресурсами.

Операционные системы ЭВМ развиваются и модифицируются в общем контексте развития технических и программных средств. Постоянной средой этого развития является сосуществование по меньшей мере 3 уровней организации информационно-вычислительных процессов – аппаратурного, программного, информационного. Они образуют некоторые слои, страты информационных технологий, которые взаимозаменяемы в определенных пределах.

В рамках программного обеспечения следуют в свою очередь известные подслои – операционные системы, средства разработки приложений, собственно приложения [8].

Необходимо отметить то не всегда очевидное обстоятельство, что перечисленные слои технических и программных средств сложились в результате длительной (по масштабам информатики!) эволюции. Они приспособились друг к другу и взаимодействуют так же, как живые организмы в земной биосфере.

Если не учитывать вероятность «технологических революций» (отказ от фон-неймановских машин, например), то основные направления развития информационных технологий следует ожидать в «диффузии» процессов обработки информации между различными слоями (аппаратурный, программный, информационный) и подслоями программного слоя (операционная система, СУБД и пр.).

2.2 Характеристика функций операционной системы

Операционные системы, под управлением которых работает прикладное программное обеспечение, реализуют следующий набор функций

1. Обеспечьте пользовательский интерфейс. По реализации пользовательского интерфейса различают неграфические и графические операционные системы. В неграфических операционных системах реализован интерфейс командной строки, в котором клавиатура является основным устройством управления. Команды управления вводятся в поле командной строки, где их можно редактировать. Выполнение команды начинается после ее утверждения, например, нажатием Enter. Для компьютеров платформы IBM PC интерфейс командной строки предоставляется семейством операционных систем, обычно известных как MS-DOS (версии от MS-DOS 1.0 до MS-DOS 6.2).

Графические операционные системы реализуют более сложный тип интерфейса, в котором мышь или подходящее устройство позиционирования может использоваться в качестве элемента управления в дополнение к клавиатуре. Работа с графической операционной системой основана на взаимодействии активных и пассивных элементов управления на экране.

Активным элементом управления является указатель мыши - графический объект, движение которого на экране синхронизировано с движением мыши. Графические элементы управления приложения (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и т. д.) Действуют как пассивные элементы. Характер взаимодействия между активными и пассивными элементами управления зависит от пользователя. Включает приемы наведения курсора на элемент управления, нажатия и т. д.

2. Обеспечить автоматический запуск. Все операционные системы имеют автоматический запуск. Для дисковых операционных систем запись программного кода создается в специальной (системной) области диска. К этому коду могут получить доступ программы базовой системы ввода / вывода (BIOS). Закончив свою работу, они дают команду на загрузку и выполнение содержимого системной области диска. [8].

Недисковые операционные системы используются в специализированных вычислительных системах (например, в компьютеризированных устройствах автоматического управления). Программное обеспечение таких систем содержится в микросхемах ПЗУ и условно может считаться аналогом операционной системы, которая запускается аппаратно автоматически. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ (он может быть изменен аппаратно с помощью логических микросхем), с которого программа инициализации операционной системы начинает запись.

3. Организация файловой системы. Все современные операционные системы для жестких дисков обеспечивают создание файловой системы, которая может использоваться для хранения данных на жестких дисках и доступа к ним. Организация файловой системы табличная. Поверхность жесткого диска считается трехмерной матрицей, размерами которой являются количество поверхностей, цилиндров и секторов.

Под цилиндром понимаются все дорожки, принадлежащие разным поверхностям и расположенные на одинаковом расстоянии от оси вращения. Данные о расположении файла на диске хранятся в системной области диска в таблицах FAT - таблицах размещения файлов. Нарушение таблицы FAT делает невозможным использование данных, записанных на диск. Поэтому к столу предъявляются особые требования надежности и у него есть дубликат. Идентичность таблиц регулярно проверяется операционной системой.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор размером 512 байт. Поскольку размер таблицы FAT ограничен, невозможно обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору для дисков размером более 32 МБ. В связи с этим условно группы секторов объединяются в кластеры - наименьшие единицы адресации данных, размер которых не фиксирован и зависит от емкости диска. [9].

Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и Windows NT реализуют 16-разрядные поля в таблицах размещения файлов. Такая файловая система называется FAT16. Она позволяет разместить в FAT-таблицах не более 65536 записей (216). Размер кластера для дисков объемом от 1 до 2 Гб составляет 32 Кб (64 сектора), что не является рациональным расходом рабочего пространства, поскольку файл (даже очень маленький) полностью занимает весь кластер и ему соответствует только одна адресная запись в FAT-таблице. Если файл большой и располагается в нескольких кластерах, то в последнем кластере все равно остается часть свободного пространства, что приводит к его нерациональному использованию.

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 Гб файловая система FAT16 работать не может. Более совершенную организацию файловой системы обеспечивает операционная система с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов - FAT32. Для дисков размером до 8 Гб эта система обеспечивает размер кластера 4 Кб (8 секторов).

4. Обслуживание файловой системы. Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной форме, они представляются пользователю в иерархической структуре. Все необходимые преобразования выполняет операционная система. Функция обслуживания файловой системы включает следующие операции:

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.

5. Управление установкой, выполнением и удалением приложений. С точки зрения управления выполнением приложений, различают однозадачные и многозадачные операционные системы. Однозадачные операционные системы (например, MS-DOS) передают все ресурсы компьютерной системы исполняемому приложению и не допускают параллельное выполнение другого приложения (полная многозадачность) или его приостановка и запуск другого приложения (превентивная многозадачность).

Параллельно с однозадачными операционными системами могут работать только специальные резидентные программы, которые не зависят от операционной системы, а работают напрямую с процессором, используя его систему прерываний. [11].

Большинство современных графических операционных систем является многозадачными. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между задачами и обеспечивают возможность:

одновременной или поочередной работы нескольких приложений;

обмена данными между приложениями;

совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями.

Надежность компьютерной системы во многом зависит от того, как операционная система управляет приложениями. Операционная система должна обеспечивать возможность прерывания работы приложений по запросу пользователя и удаления невыполненной задачи, не влияя на работу других приложений.

В этом случае требование надежности операционной системы может вступить в противоречие с требованием ее универсальности. Например, в более общих операционных системах семейства Windows 95 и Windows 98 могут возникать общесистемные сбои из-за приложений, которые не строго следуют своим спецификациям.

Операционные системы семейств Windows NT и OS / 2 обладают повышенной стабильностью и не дают сбоев при сбое приложений, но они обладают меньшей универсальностью и, следовательно, доступный им пул приложений ограничен. Проблема надежности операционной системы стоит перед программистами особенно остро. В процессе отладки программ возможно множество сбоев из-за несовершенного кода.

6. Обеспечение взаимодействия с оборудованием. Оборудование сильно различается, поэтому ни один разработчик не может предоставить все варианты того, как его программа взаимодействует с оборудованием.

Гибкость аппаратных и программных конфигураций компьютерных систем поддерживается разработкой разработчиком оборудования специального программного обеспечения для управления аппаратным обеспечением - драйверов, предназначенных для основных операционных систем. У драйверов есть точки входа для взаимодействия с прикладными программами, и отправка вызовов из прикладных программ в драйверы устройств является одной из функций операционной системы. [13].

В операционной системе MS-DOS драйверы устройств загружались как программы TSR, которые работают напрямую с процессором и другими устройствами на материнской плате.

Использование операционной системы ограничивалось предоставлением пользователю возможности загрузить драйвер. Затем драйвер перехватил прерывания, которые использовались для доступа к устройству, и контролировал его взаимодействие с вызывающей программой. Было два способа загрузить драйверы устройств. Ручная загрузка производилась после первого запуска компьютера, когда пользователь сам давал команды для загрузки драйверов.

Автоматическая загрузка реализовалась с помощью команд на загрузку и настройку драйверов, включенных в состав файлов, автоматически читаемых при загрузке компьютера. Например, в MS-DOS такие файлы назывались файлами конфигурации: autoexec. bat и config. sys. В эти файлы включали команды загрузки драйвера мыши, дисковода CD-ROM, звуковой карты, расширенной памяти и пр.

Современные операционные системы поддерживают все функции по установке драйверов устройств и передаче им управления приложениями. Во многих случаях операционной системе не нужны драйверы разработчика устройств, поскольку она использует драйверы из собственной базы данных.

Каждое подключенное устройство может использовать до трех аппаратных ресурсов материнской платы: порты внешнего процессора, прерывания процессора и каналы DMA. Если устройство подключено к материнской плате по шине PCI, технически возможно организовать обратную связь между ним и материнской платой.

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 при распределении ресурсов для самоустанавливающихся устройств она учитывает ресурсы, захваченные им.

Обслуживание компьютера. Предоставление операционной системой основных средств обслуживания компьютера обычно реализуется за счет включения в ее базовый состав служебных приложений [9].

Средства проверки дисков. Надежность работы дисков определяет надежность работы компьютера и безопасность хранения данных. Средства проверки дисков реализуются в двух категориях: средства логической проверки - проверки целостности файловой структуры; средства физической диагностики поверхности. Логические ошибки, как правило, устраняются средствами операционной системы, а физические дефекты поверхности только локализуются, операционная система принимает во внимание факт повреждения магнитного слоя в определенных секторах и исключает их из работы.

Средства "сжатия" дисков. Некоторые операционные системы предоставляют служебные средства для программного сжатия дисков путем записи данных на диск в уплотненном виде посредством специального драйвера (резидентного для MS-DOS или работающего в фоновом режиме для Windows).

Средства управления виртуальной памятью. Ранние операционные системы ограничивали возможность использования приложений по объему необходимой для их работы оперативной памяти. Например, без специальных драйверов (менеджеров оперативной памяти) операционная система MS-DOS ограничивала предельный размер исполняемых программ до 640 Кб. Современные операционные системы не только обеспечивают непосредственный доступ ко всему полю оперативной памяти, установленной в компьютере, но и позволяют ее расширить за счет создания виртуальной памяти на жестком диске.

Инструменты кэширования дисков. Взаимодействие процессора с дисками происходит медленнее, чем операции с ОЗУ, поэтому операционная система хранит данные, считанные с диска, в ОЗУ. Если процессору или программному коду требуется доступ к ранее считанным данным, он может найти их в области ОЗУ, называемой дисковым кешем.

В ранних операционных системах функции кэширования диска возлагались на внешнее программное средство, подключаемое через файлы конфигурации. В современных операционных системах эту функцию включают в ядро системы, и она работает автоматически, без участия пользователя, хотя определенная возможность настройки размера кэша за ним сохраняется.

Средства резервного копирования данных. Ценность данных, размещенных на компьютере, принято измерять совокупностью затрат, которые может понести владелец в случае их утраты. Важным средством защиты данных является регулярное резервное копирование на внешний носитель. В связи с особой важностью этой задачи операционные системы обычно содержат базовые средства для выполнения резервного копирования.

Прочие функции операционных систем. Кроме основных (базовых) функций, операционные системы могут предоставлять различные дополнительные функции:

возможность поддержки функционирования 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 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 по заданному расписанию или под управлением удаленного сервера;

возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения, слуха и другими [13].

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

· чтения, редактирования и печати текстовых документов;

· создания и редактирования простейших рисунков;

· выполнения арифметических и математических расчетов;

· ведения дневников и служебных блокнотов;

· создания, передачи и приема сообщений электронной почты;

· создания и редактирования факсимильных сообщений;

· воспроизведения и редактирования звукозаписи;

· воспроизведения видеозаписи;

· разработки и воспроизведения комплексных электронных документов, включающих текст, графику, звукозапись и видеозапись.

Конкретный выбор операционной системы определяется совокупностью предоставляемых функций и конкретными требованиями к рабочему месту. По мере развития аппаратных средств вычислительной техники и средств связи, функции операционных систем непрерывно расширяются, а средства их исполнения совершенствуются.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как известно, процесс проникновения информационных технологий практически во все сферы человеческой деятельности продолжает развиваться и углубляться.

Помимо уже привычных и широко распространенных персональных компьютеров, общее число которых достигло многих сотен миллионов, становится все больше и встроенных средств вычислительной техники. Пользователей всей этой разнообразной вычислительной техники становится все больше, причем наблюдается развитие двух вроде бы противоположных тенденций. С одной стороны, информационные технологии все усложняются, и для их применения, и тем более дальнейшего развития, требуется иметь очень глубокие познания.

С другой стороны, упрощаются интерфейсы взаимодействия пользователей с компьютерами. Компьютеры и информационные системы становятся все более дружественными и понятными даже для человека, не являющегося специалистом в области информатики и вычислительной техники. Это стало возможным, прежде всего потому, что пользователи и их программы взаимодействуют с вычислительной техникой посредством специального (системного) программного обеспечения – через операционную систему.

Операционная система (ОС) – самое важное программное обеспечение, которое работает на компьютере. Она управляет компьютерной памятью, процессами и всем прикладным программным обеспечением (программами) и оборудованием. Она также позволяет вам общаться с компьютером, не зная, «компьютерного языка»..

Когда операционная система запущена, она управляет всем программным и аппаратным обеспечением на компьютере. В процессе работы компьютера, множество различных программ, работают одновременно, и все они должны иметь доступ к ресурсам компьютера (процессору, оперативной памяти, жёсткому диску). ОС координат всё это, чтобы убедиться, что каждая программа получает, что ей нужно. Без ОС, программное обеспечение не может общаться с оборудованием, а компьютер в таком случае бесполезен.

Основная причина необходимости ОС состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управление его ресурсами – то операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

Современные операционные системы выполняют три основные функции. Во-первых, они упрощают использование аппаратных средств компьютера, и делает работу с ним эффективной и удобной. Во-вторых, важным свойством операционных систем является унификация программного обеспечения. Раньше программы были машинно-зависимыми. То есть программа, написанная для одного компьютера, не могла работать на другом, пусть даже таком же компьютере, без корректировки.

С появлением операционных систем, программистам больше не надо переписывать приложения для каждого нового компьютера, так как все машинно-зависимые части программы были перенесены в код операционных систем. В-третьих, операционная система должна быть организована так, чтобы она допускала эффективную разработку, тестирование и внедрение новых приложений и системных функций, причем это не должно мешать нормальному функционированию вычислительной системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Агальцов, В.П. Информатика для экономистов: Учебник / В.П. Агальцов, В.М. Титов. - М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 448 c.
Балдин, К.В. Информатика для ВУЗов: Учебник / К.В. Балдин, В.Б. Уткин. - М.: Дашков и К, 2016. - 395 c.
Балдин, К.В. Информатика и информационные системы в экономике: Учебное пособие / К.В. Балдин. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 218 c.
Блиновская, Я.Ю. Введение в информатику: Учебное пособие / Я.Ю. Блиновская, Д.С. Задоя. - М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 112 c.
Бодров, О.А. Предметно-ориентированные экономические информационные системы: Учебник для вузов / О.А. Бодров. - М.: Гор. линия-Телеком, 2017. - 244 c.
Варфоломеева, А.О. Информационные системы предприятия: Учебное пособие / А.О. Варфоломеева, А.В. Коряковский, В.П. Романов. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2017. - 283 c.
Васильков, А.В. Информатика: Учебное пособие / А.В. Васильков, А.А. Васильков, И.А. Васильков. - М.: Форум, 2017. - 528 c.
Вдовин, В.М. Предметно-ориентированные экономические информационные системы: Учебное пособие / В.М. Вдовин. - М.: Дашков и К, 2013. - 388 c.
Велихов, А. С. Основы информатики и компьютерной техники: учебное пособие / А. С. Велихов. – Москва: СОЛОН-Пресс, 2017. – 539 с.
Гвоздева, В. А. Информатика, автоматизированные информационные технологии и системы: учебник / В. А. Гвоздева. – Москва: Форум: Инфра-М, 2016. – 541 с.
Горбенко, А.О. Информационные системы в экономике / А.О. Горбенко. - М.: БИНОМ. ЛЗ, 2016. - 292 c.
Гришин, А.В. Промышленные информационные системы и сети: практическое руководство / А.В. Гришин. - М.: Радио и связь, 2016. - 176 c.
Завгородний, В.И. Информатика для экономистов: Учебник для бакалавров / В.П. Поляков, Н.Н. Голубева, В.И. Завгородний; Под ред. В.П. Полякова. - М.: Юрайт, 2016. - 524 c.
Золотова, Е.В. Основы кадастра: Территориальные информационные системы: Учебник для вузов / Е.В. Золотова. - М.: Фонд «Мир», Акад. Проект, 2016. - 416 c.
Исаев, Г.Н. Информатика в экономике: Учебник для студентов вузов / Г.Н. Исаев. - М.: Омега-Л, 2017. - 462 c.