Концепция и характеристики операционных систем Windows.

Современные ОС Windows — высокопроизводительные, многозадачные и многопотоковые 64-разрядные операционные системы с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями, работающие в защищенном режиме, поддерживающие 16-разрядные приложения без всякой их модификации.

ОС Windows — это интегрированная среда, обеспечивающая обмен текстовой, графической, звуковой и видеоинформацией между отдельными программами.

Основными характеристиками ОС Windows являются:

· вытесняющая многозадачность и многопоточность;

· графический пользовательский интерфейс;

· подключение новых периферийных устройств по технологии Plug and Play$

· наличие коммуникационных программных средств (поддержки компьютерных сетей);

· наличие средств мультимедиа;

· интеграция с глобальной сетью Интернет;

2.1.1.1 Базовая архитектура системы. 32-разрядная архитектура.

Windows NT – второй представитель нового поколения мощных 32-битовых многопотоковых операционных систем. Первой такой ОС была Windows – 95. 32-разрядная ОС способна непосредственно обрабатывать 32-разрядные числа (а не 16-разрядные, как ее предшественники DOS, Windows 3.1, 3.11 и другие) и, что более важно оперировать с 32-разрядными адресами.

Сравнение с пропускной способностью дороги, у которой 8, 16, 32, 64 полосы.

Микропроцессоры ПК, начиная с Intel-386 (далее Intel-486, Intel Pro) стали 32-разрядными, т.е. способными управляться с 32-разрядными кодами, в том числе с 32-разрядными адресами. Так как Windows-3.1,11 не могли работать с 32 разрядами, то возможности этих микропроцессоров использовались неполностью.

Начиная с Windows – 95, отпадает необходимость в сегментной модели памяти. Windows NT также поддерживает плоскую (flat) модель памяти, в рамках которой память никак не структурируется. Ее придется структурировать, только если программные продукты превысят размер 4 Гбайта, так как именно такое адресное пространство обеспечивается 32-разрядным адресом.

Итак, Windows – 95 и Windows NT преодолевают 2 основных ограничения прежних ОС (DOS, Windows 3.1):

1) выполнение операций только над 16-разрядными двоичными числами;

2) использование сегментной модели памяти.

Комментарий.

Непосредственная поддержка операций только над 16-разрядными числами не означает невозможность обработки чисел большей разрядности, скажем 32-разрядных. Но работа с ними требует их дробления на части, выполнения необходимых действий над отдельными частями и последующего объединения частичных результатов в окончательный. Такая техника существенно замедляет обработку данных. При этом на времени исполнения программ сказывается не только необходимость обрабатывать длинные коды чисел по частям, но и потребность в многократном считывании таких кодов из памяти.

Суть сегментной модели памяти заключается в том, что основная память на логическом уровне представлена в видесовокупности сегментов различного, но не превосходящего некоторую величину размера. 16-разрядным кодом можно адресовать только 64 Кбайта памяти, а этого явно недостаточно.

Windows NT – интегрированная среда.

Интегрированная ОС – операционная система, ядро которой загружается в момент включения ПК, и активизируется графический интерфейс.

Вытесняющая многозадачность и многопоточность.

Вытесняющая многозадачность – свойство ОС, самостоятельно в зависимости от внутренней ситуации передавать или забирать управление у того или иного приложения.

Многозадачность увеличивает загрузку микоропроцессора. Даже если работает 1 пользователь, то при выполнении медленных операций ввода-вывода, например, микропроцессор вынужден простаивать. В такие отрезки времени он может выполнять другие задачи.

В Windows 3.х приложения работали в режиме кооперативной многозадачности, т.е. последовательно. Каждое приложение периодически самостоятельно проверяет очередь сообщений, чтобы при необходимости передать управление другому приложению. ОС при этом пассивно наблюдает за этим процессом, не вмешиваясь в него. Приложения, редко проверяющие очередь сообщений, забирают себе практически все процессорное время.

Комментарий. В Windows NT для 32-битовых приложений используется механизм вытесняющей многозадачности, основанный на многопоточности.

Многопоточность – свойство ОС выполнять операции одновременно над потоками нескольких 32-битовых приложений, называемых процессами.

Процесс состоит из потоков.

Поток – это некоторая часть процесса, которой может быть выделено процессорное время для одновременного выполнения наряду с другими потоками того или иного процесса.

32-битовые приложения Windows NT способны порождать или инициировать несколько потоков внутри данного процесса. Каждый процесс состоит как минимум из одного потока. Многопоточное приложение значительно эффективнее в работе, быстрее реагирует на действия пользователя и выполняет многие операции в фоновом режиме.

Распределение времени между приложениями в Windows NT осуществляет ядро операционной системы, а поддержка вытесняющей многозадачности обеспечивает плавное переключение между одновременно выполняемыми процессами и не позволяет одному приложению занять все системные ресурсы.

Технология Plug and Play (включи и работай).

Начиная с Windows 95, в ОС этого семейства широко используется технология Plug and Play,обеспечивающая новые возможности интеграции программных продуктов и аппаратных средств. Они ориентированы на поддержку любого типа устройств, включая мониторы, видеоплаты, принтеры, звуковые карты, модемы, приводы CD-ROM/

Кроме того настройка и конфигурирование ОС, которые можно определить как изменение и уточнение режимов ее работы, а также порядка ее работы для:

1) обеспечения функционирования ОС на ПК с конкретным набором аппаратных средств;

2) адаптации ОС к потребностям пользователя и приложений;

3) повышения эффективности функционирования ОС и производительности ПК в целом.

К радости неквалифицированных пользователей настраивать Windows, начиная с 95-ой версии гораздо проще. Здесь нет необходимости вручную готовить какие-либо файлы конфигурации (CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT не нужны). Некоторые функции унифицированы и вынесены в одно место

Настройка\Панель управления\Свойства системы\Общие …\Быстродействие

Настройка\Панель управления\Устройства

В функциях настройки Windows, начиная с 95-ой, впечатляет, прежде всего то, что она способна распознать конкретное технические средства ПК, после чего учесть в работе их особенности и произвести автонастройку самих устройств. Это и есть результат технологии Plug and Play.

Комментарий.

Технология Plug and Play –это набор спецификаций, предложенных хорошо известными фирмамиMicrosoft, Compaq, Intel,иPhoenix Technologies с целью автоматизации процесса настройки подключаемых к ПК периферийных устройств. Начиная с Windows 95, пользователю для подключения нового устройства, поддерживающего технологию Plug and Play,достаточно его просто вставить в систему. Перераспределение и настройка системных ресурсов далее происходит автоматически. Например, ПК легко превращается в мультимедийную систему, простым присоединением звуковой платы и привода CD-ROM и последующим запуском Windows 95, 98 или NT.

Раньше этот процесс был очень трудоемким, требовал сложных манипуляций с коммутационными перемычками с целью бесконфликтного задания адресов портов ввода-вывода, номеров линий запроса прерывания, каналов прямого доступа к памяти (DMA) и зон адресного пространства. Теперь же все это не требуется – система справляется с настройкой устройств самостоятельно, одновременно подстраивая и себя – в частности, обеспечивая загрузку требуемых драйверов.

Категория: драйвер = драйвер устройства (device driver) + драйвер ресурсов (например, драйвер расширенной памяти HIMEM.SYS).

Windows 95, 98, NT и последующие версии также поддерживают динамическое реконфигурирование – замену периферийных устройств, выполняемых на платах PC Card,непосредственно в процессе работы без выключения питания (“горячее подключение”). Другой пример динамического изменения конфигурации системы: если в процессе работы от станции отключился портативный компьютер, Windows в этом компьютере автоматически изменяет конфигурацию, настраиваясь на монитор низкого рарешения, отсутствие сетевой платы и большого жесткого диска.

Технология Plug and Play,позволяет также работать с устройствами, не подчиняющимися спецификацииPlug and Play,упрощая их настройку и управление оборудованием.

Для корректного обращения с системными ресурсами ОС Windows отслеживает все устройства и выделяемые им ресурсы. Диспетчер устройств Windows позволяет пользователю получать информацию обо всех найденных системой устройствах, изменять при необходимости их конфигурацию. Кроме этого

Информатика — Операционная система (ОС) — Основные задачи ОС — Интерфейс пользователя — Хараткеристики, оболочки

Информатика — Операционная система (ОС) — Основные задачи ОС — Интерфейс пользователя — Характеристики, оболочки

Операционная система (ОС) — это совокупность программных средств, обеспечивающих управление аппаратными ресурсами компьютера, поддержка выполнения программ, взаимодействие программ с аппаратной частью, другими программами и пользователем.

ОС является базовым ПО, без которого ЭВМ не может работать. Поэтому любой тип ЭВМ комплектуется ОС. Обычно имеется несколько разновидностей ОС, ориентированных на один и тот же тип ЭВМ. Основная часть ОС ядро загружается в оперативную память при включении компьютера и находится там постоянно в течение всего периода работы ЭВМ (т. е. резидентно).

Прикладные программы могут работать только в среде какой-либо операционной системы. Для каждой разновидности ОС разрабатывается свой набор прикладных программ (приложений).

Ситуация, когда программа, разработанная для одной операционной системы может выполняться в среде другой ОС непосредственно, встречается нечасто. Чаще программные продукты, ориентированные на какую-то конкретную ОС не могут функционировать в среде другой ОС (программная несовместимость).

Основное назначение операционной системы — это связь между программными продуктами и непосредственно «железом» компьютера. Операционная система делает программы в определенной степени независимыми от конкретной модификации машины и установленного на ней оборудования. Она также позволяет «сказать» пользователю, что он хочет от компьютера.

В операционной системе приняты некоторые соглашения и ограничения, действующие для того, чтобы она смогла «понять» желания пользователя. Диалог с операционной системой чем-то похож на разговор с глупым, непонятливым, но исполнительным слугой. Она понимает тебя только тогда, когда ты ей скажешь, где что лежит и что с этим надо делать, причем, если сказать это неточно, то она может сделать совсем другое или отказаться делать что-либо вообще.

Основные задачи ОС

1. поддержка работы программ; обеспечение их взаимодействия с аппаратной частью и друг с другом;

2. распределение ресурсов (процессорного времени, оперативной памяти, дискового пространства и т.п.); организация файловой системы (системы хранения данных на внешних носителях информации); учет использования ресурсов, управление видеосистемой;

3. обработка ошибочных ситуаций; защита информации;

4. поддержка возможности для пользователя управлять машиной с помощью специальных команд (обработка командного языка в процедурной среде) или воздействием на определённые объекты (кнопки и др. в объектно-ориентированной среде);

5. поддержка сети.

Интерфейс пользователя

Кроме управления ресурсами и поддержки работы программ ОС представляет пользователю возможность управлять компьютером в режиме диалога. Это происходит при помощи интерфейса пользователя.
Интерфейс пользователя — составляющая программного продукта, обеспечивающая диалоговое взаимодействие между программой и пользователем.

Простейшая разновидность ИП — интерфейс командной строки. Он предполагает управление компьютером посредством ввода команд с клавиатуры.

Ярким примером служит коммандная строка в MS-DOS:

C:\USERS\DIPLOM\> copy head.htm C:\USERS\BAKALAVR

1 файл скопирован

Более удобный вид ИП — текстовый оконный интерфейс. Он не требует набора команд на клавиатуре, а сводит управление к нажатию отдельных клавиш или кнопок мыши при выборе управляющих действий в меню и диалоговых окнах.

Примером может служить инструментальная оболочка Borland Pascal:

Наиболее современным является графический оконный интерфейс, соединяющий в себе развитые диалоговые средства оконного интерфейса (системы меню, диалоговые окна, панели инструментов, пиктограммы и др.) с большими изобразительными возможностями графического режима.

Примером может служить окно папки «Мой компьютер»:

—-

Характеристики ОС

1. разрядность ( для ПЭВМ 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные ОС);

2. число программ, одновременно выполняемых под управлением ОС (одно — и многозадачные ОС).
Многозадачные ОС поддерживают параллельное выполнение нескольких программ, работающих в рамках одной вычислительной системы, в один момент времени. Многозадачность бывает корпоративная и вытесняющая.
При наличии корпоративной многозадачности приложения совместно используют процессор, периодически передавая его друг другу. Если какое-то приложение откажется освободить процессор, система ничего не сможет с этим поделать.
Если используется вытесняющая многозадачность, то операционная система полностью контролирует все приложения и распределяет между ними процессорное время, тем самым сильно понижая вероятность «зависания» системы при ошибках в работе программ.
Однозадачные ОС поддерживают режим выполнения только одной программы в отдельный момент времени;

3. многопоточность — это технология, позволяющая приложением должным образом осуществлять многозадачное выполнение своих процессов. Процесс — любая задача или деятельность, инициируемая программой. Одна программа может выполнять несколько процессов одновременно;

4. тип пользовательского интерфейса: интерфейс командной строки, текстовый оконный интерфейс, графический оконный интерфейс пользователя (ИКС, ТИП, ГИП);

5. требование к аппаратным ресурсам;

7. надежность (устойчивость в работе, защищенность данных от несанкционированного доступа );

8. обеспеченность прикладными программами;

9. наличие сетевых возможностей ( сетевые, локальные ОС);
Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных, и предоставляют мощные средства разграничения доступа к данным при обеспечении их целостности и сохранности, а также множество сервисных возможностей по использованию сетевых ресурсов;

10. количество поддерживаемых процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные;
Многопроцессорные ОС, в отличие от однопроцессорных, поддерживают использование нескольких процессоров для решения одной задачи;

11. открытость операционной системы, заключается в том, что компоненты ОС доступны в исходных кодах для любого пользователя.

12. способ использования оперативной памяти;
Различают два способа работы с памятью: линейный адресный — ОС работает со всей системной памятью, как с единым непрерывным пространством; сегментарный — ОС работает с небольшим объёмом доступной без специальных средств оперативной памяти.

Наиболее распространенные ОС для ЭВМ

Основными характеристиками операционных систем являются:

Первый представитель этого семейства — система MS- DOS (Microsoft Disk Operating System-дисковая операционная система фирмы Microsoft)была выпущена в 1981 году в связи с появлением IBM PC.
Операционные системы семейства DOS являются однозадачными 16 разрядными и обладают следующими особенностями:

Интерфейс командной строки
Модульность структуры, упрощающая перенос системы на другие типы ЭВМ
Небольшой объём доступной без специальных средств оперативной памяти(640 Кбайт)
Низкие аппаратные требования, большой объём прикладных программ.

Существенным недостатком операционных систем семейства DOS является отсутствие средств защиты от несанкционированного доступа к ресурсам ПК и ОС, а также низкая надёжность, отсутствие сетевых возможностей. В настоящее время MS DOS входит в состав OC Windows 95.

НАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ MS-DOS

Сама операционная система MS-DOS (да и любая другая операционная систем тоже) состоит из нескольких частей:

Загрузчик операционной системы — это небольшая программа, хранящаяся в первом секторе любой системной дискеты (дискеты с записанной на ней операционной системой) или винчестера, которая загружает в память два системных файла io.sys и msdos.sys. Именно загрузчику операционной системы передает управление BIOS при начальном старте машины.

Файлы io.sys и msdos.sys при работе постоянно находятся в памяти компьютера: io.sys осуществляет дополнение базовой системы ввода-вывода в зависимости от потребностей данной версии операционной системы, a msdos.sys реализует все стандартные функции данной версии. Помимо этого, msdos.sys загружает в память командный процессор.

Командный процессор (файл command.com) обслуживает работу системы с пользователем. Он сам выполняет часть команд операционной системы (эти команды называются внутренними), а при вызове внешних команд или выполнении других программ передает им управление, по окончанию их работы снова берет управление на себя и выгружает отработавшую программу из памяти.
Внешние команды операционной системы представляют из себя отдельные программы, выполняющие какие-либо сервисные функции.

Драйверы устройств — это специальные резидентные программы, их основное назначение — расширение возможностей отдельных устройств компьютера (например, памяти), подключение дополнительного оборудования (скажем, мыши) и обеспечение нормальной работы нестандартных устройств.

Рассмотрим теперь принципы организации хранения информации в компьютере.

Оболочки операционных систем

Оболочкой ОС называют надстройку над операционной системой, существенно облегчающую работу пользователя и предоставляющую ему ряд дополнительных сервисных услуг.

Оболочки операционных систем обеспечивают:

* создание, переименование, копирование, пересылку, удаление и быстрый поиск файла в текущем каталоге диска или на всех дисках компьютера;
* просмотр, создание и сравнение каталогов;
* просмотр, создание и редактирование текстовых файлов;
* архивацию, обновление и разархивацию архивных файлов и просмотр архивов;
* синхронизацию каталогов, расщепление и слияние файлов;
* поддержку связи двух компьютеров через последовательный или параллельный порты;
* форматирование и копирование дискет, смену метки дискеты и метки тома для жестких дисков, а также чистку дисков от ненужных файлов;
* запуск программ.

Наибольшую популярность среди пользователей получила оболочка Norton Commander (NC). Этот программный продукт позволяет видеть файлы и каталоги на двух постоянно отображаемых панелях нескольких типов и удобно манипулировать файлами с помощью функциональных клавиш и мыши.

Оболочка DOS Navigator полностью копирует исходную идею NC, но имеет дополнительные функции. Она поддерживает работу с большим количеством архиваторов, позволяет выделять файлы различных типов цветом, имеет более удобные средства для межкомпьютерной связи через модем.

Графические оболочки для Windows — Dash Board for Windows, Dash Board for Windows 95, DeskBar 95 for Windows 95 — позволяют пользователю быстро создавать меню запуска программ и вызова документов, а также контролировать использование системных ресурсов.

Оболочки Shez и RAR предназначены для управления сжатием (архивированием) и распаковкой файлов в среде MS-DOS. Оболочки WinRAR и WinZiр предназначены для управления сжатием (архивированием) и распаковкой файлов в графической среде. Оболочки NDOS, Norton Desktop for Windows предназначены для управления файлами.