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

Общие сведения об операционных системах семейства Windows

Основные понятия

Операционная система (ОС) компьютера — это совокупность специальных программ, которые используются для организации диалога пользователя с компьютером, управления распределением и использованием оперативной и дисковой памяти, «дирижирования» работой всех аппаратных устройств компьютера: клавиатурой, монитором, дисками, принтерами и т.д.

Таким образом, основная функция операционных систем – посредническая между пользователем и аппаратной частью компьютера. Для общения с пользователем операционные системы имеют пользовательский интерфейс — набор диалоговых и визуальных средств, с помощью которых пользователь общается с ПК. Приложениями операционной системы называют программы, предназначенные для работы под управлением этой системы.

В 90-х годах 20 века достаточно активно использовались операционные системы MS DOS, PC DOS, DR DOS и другие. Однако, в связи с ростом возможностей вычислительной техники и потребностей пользователя выявились недостатки «старой» технологии DOS:

1) неразвитость пользовательского интерфейса, что требовало разработки специальных программных оболочек;

2) отсутствие стандартов в интерфейсе; что заставляло пользователя заново осваивать принципы взаимодействия с каждой новой программой;

3) однозадачность, т.е. возможность выполнять в данный момент только одно приложение;

4) зависимость прикладной программы от характеристик внешних устройств, т.е. не любое DOS-приложение могло работать с конкретным аппаратным устройством;

5) неэффективное использование оперативной памяти. Операционные системы ограничивали возможность использования приложений по объему необходимой для них оперативной памяти. Предельный размер приложения ограничивался 640 Кбайтами.

Появление операционной оболочки Windows 3.1, а затем и других операционных систем семейства Windows – это ответ на объективные потребности развивающейся технологии. Недостатки пользовательского интерфейса MS DOS побудили разработчиков операционных систем постепенно перейти к более современному и удобному графическому многооконному интерфейсу . При таком интерфейсе файлы и каталоги обозначаются красочными и наглядными рисунками – пиктограммами (иконками), помещаемыми в масштабируемые и перемещаемые окна (Windows).

Пиктограмма – это графическое представление объектов Windows, которое содержит название приложения и картинку, иллюстрирующую функции этого приложения. При желании картинку можно изменить.

Окно– это графически выделенная прямоугольная область экрана, принадлежащая какой-либо программе, с которой работает пользователь. Окна можно открывать и закрывать, передвигать по экрану и менять их размеры.

История развития ОС Windows

В конце 80-х годов подобный интерфейс был разработан и фирмой Microsoft для массовых ПК класса IBM PC. Он был реализован на базе последних версий MS DOS путем добавления к ним графической оболочки (надстройки) Windows 3.0. Этот интерфейс был назван GUI (Graphical User Interface — графический интерфейс пользователя).

Вскоре на смену Windows 3.0. пришли две версии популярных операционных оболочек класса Windows для массовых ПК. Windows 3.1. – графическая надстройка для ПК, ориентированных в основном на индивидуальное применение. Windows 3.11. for Workgroups — графическая надстройка для ПК, работающих в малых локальных сетях (Workgroups означает применение для рабочих групп – явное указание на возможность коллективного использования ПК с подобной настройкой в сетях).

В конце лета 1995 г., после почти трехлетних разработок, фирма Microsoft выпустила новейшую операционную систему Windows 95, которая отличалась тем, что она была реализована на основе объектно-ориентированного подхода. Особое внимание при разработке Windows 95 уделялось полному использованию 32-разрядных микропроцессоров и упрощению работы с системой.

В течение двух лет, последовавших со дня выпуска Windows 95, вышло еще несколько промежуточных версий этой операционной системы. Летом 1996 года появилась новая версия Windows под названием OSR2 (OEM Service Release), предназначенная только для поставки вместе с готовыми компьютерами (OEM). В OSR2 были исправлены многие ошибки Windows 95, добавлена поддержка нескольких новых устройств. А самое главное — новая версия Windows 95 внесла серьезные изменения в способ расположения файлов на жестком диске (файловую систему) — вместо устаревшей FAT16 пользователи OSR2 могли использовать систему FAT32, позволяющую сэкономить место на диске.

Когда велась разработка Windows 95, в компьютерном мире зародилось и стало стремительно развиваться новое явление – глобальная сеть Internet. Одной из главнейших задач стала реализация ее полной поддержки. Фирма Microsoft создала браузер Internet Explorer – специальную программу, предназначенную для поиска информации в Internet. В 1997 году фирма объявила о том, что ведет разработку новой операционной системы Windows 98, объединенной с новейшим браузером Microsоft Internet Explorer 4.0. В конце же 1999 года появилась версия нового комплекта Windows 98 — Windows 98 SE. От предыдущей версии Windows 98 SE отличалась тем, что в ее состав была включена последняя версия браузера Internet Explorer 5.0.

Очередной версией семейства Windows явилась Windows Millenium Edition (Windows Me). Она явилась всего лишь очередным обновлением Windows без каких-либо коренных изменений.

Одновременно с линией «домашних» операционных систем Windows 3.1/95/98/Me, фирма Microsoft разрабатывала и другие операционные системы, рассчитанные на корпоративных пользователей, на работу в локальных компьютерных сетях. Так появилась Windows NT. С самого начала она создавалась как сверхстабильная, надежная система, рассчитанная прежде всего на работу, а не на развлечения. Случаи ошибок при работе с Windows NT встречаются крайне редко. Данная ОС заботится о надежном разделении работающих под ее управлением программ. В отличие от Windows 95/98 она запрещает безоговорочный доступ к ресурсам компьютера любым программам, пытающимся работать с его оборудованием. Это позволяет системе избежать конфликтов, однако в результате под Windows NT отказываются работать любые программы, написанные под операционную систему MS-DOS. Кроме того, требования Windows NT в отношении ресурсов компьютера вдвое выше, чем Windows 98.

В конце 1998 года корпорация Microsoft объявила, что следующая версия Windows NT будет носить название Windows 2000. Новая операционная система должна будет продвигаться не только на корпоративном рынке, но и на рынке «домашних ПК». Windows 2000 полностью унаследовала все достоинства Windows NT в области обеспечения стабильности, мощи сетевых решений и т.д., но сохранились и минусы той же NT — высокая требовательность к ресурсам компьютера. Как и Windows NT, Windows 2000 выпущена в нескольких вариантах: серверном (Professional), для установки на главный, управляющий компьютер сети, и клиентском (Server) — для рабочих станций.

Последней версией на данный момент является Windows XP, выпущенная также в двух вариантах: Windows XP Professional и Windows XP Home (для персональных компьютеров). Windows XP Professional является оптимальным решением для предприятия любого размера. Данная версия операционной системы Windows сочетает в себе преимущества Windows 2000 Professional (например, средства безопасности, управляемость и надежность) с лучшими качествами Windows 98 и Windows ME (поддержка режима Plug and Play, простой пользовательский интерфейс и передовые службы поддержки). Windows XP Professional является наиболее подходящей операционной системой для настольных компьютеров, применяемых в корпоративной среде. Одним из основных преимуществ Windows XP Professional является повышение вычислительных возможностей предприятия.

Интерфейс Windows 2000

Особенности среды Windows

Интерфейс – это средства взаимодействия, связи, сопряжения, согласования. Этим термином в информатике обозначается довольно широкий круг понятий:

— физический (аппаратный) интерфейс (на уровне электронных компонентов);

— программный интерфейс (методы средства и взаимодействия с программными средствами);

— интерфейс пользователя – набор диалоговых и визуальных средств, с помощью которых пользователь общается с ПК.

Операционная система Windows 2000 являются объектно-ориентированной. Что означает это понятие? Объект – это конкретный опознаваемый предмет, единица или сущность (реальная или абстрактная), имеющая четко определенное функциональное назначение в конкретной предметной области. Объект в Windows это – папка, документ, ярлык и т.д. Объекты в Windows делят на:

1) основные объекты (папки, приложения, документы);

2) ярлыки — ссылки на различные приложения, документы и т.д. Ярлык часто называют «представителем» какого-либо объекта;

3) специальные объекты (Панель задач, Главное меню, Панель управления и т.д.).

Наиболее важными особенностями Windows 2000 являются:

1) многозадачность, т.е. возможность одновременно выполнять несколько приложений и легко переключаться с одного приложения на другое;

2) стандартный графический интерфейс пользователя, т.е. интерфейс, предлагающий одинаковые принципы работы с разными программами;

3) обмен данными между различными приложениями, т.е. возможность использовать в конкретном приложении объекты, данные, созданные средствами других приложений;

4) оптимальное управление памятью в десятки Мбайт, т.е. средства управления оперативной памятью Windows обеспечивают для приложений доступность всей оперативной памяти компьютера;

5) возможность без проблем подключать внешние устройства; после установки специальной программы–драйвера, обеспечивающего поддержку конкретного устройства, все Windows-приложения могут работать с этим устройством.

Основными новшествами операционной системы Windows 2000 являются следующие:

1) установка Windows 2000 заметно упрощена и стала визуально более наглядной. Повышена безопасность системы при крупных сбоях;

2) улучшена реализация режима Plug and Play (Вставил и Работай); в этом режиме система автоматически распознает все периферийные устройства, подключенные к ПК, и автоматически устанавливает нужные для их работы драйверы;

3) ориентация на Internet;

4) заметно улучшен пользовательский интерфейс графической оболочки;

5) имеется Активный Стол (Active Desktop) т.е. представление рабочего стола происходит не только в статическом виде, но и с динамическими объектами, которые могут автоматически обновляться;

6) введено множество новейших средств для оптимальной настройки системы под конкретные условия пользователя и максимальное быстродействие;

7) система прекрасно обслуживает как англоязычные приложения, так и приложения на большинстве европейских языков, включая русский;

8) корректная работа с ноутбук компьютером;

9) спящий режим, т.е. возможность отключить компьютер, сохраняя при этом раскрытыми нужные файлы и папки. При этом файлы можно не сохранять;

10) появление подсказок при зависании курсора на любом объекте;

11) развитые средства поиска — введен целый ряд визуальных усовершенствований, упрощающих использование средств поиска.

Рабочий стол и Панель задач

Рабочим столом (Desktop) называют всю поверхность экрана во время работы Windows. Естественно, что Рабочий стол — это метафора. Работая с Windows, пользователь использует экран компьютера как свой “рабочий стол” и может “разложить” на нем окна приложений и документов, пиктограммы и ярлыки (рисунок 1).

1-пиктограммы некоторых приложений; 2-Панель задач.

Рисунок 1 – Вид Рабочего стола Windows

Внизу Рабочего стола находится Панель задач, изображенная на рисунке 2. Панель задач — это объект, который отличает все версии Windows, начиная с Windows 95 от Windows 3.1. Она представляет собой узкую серую полоску, на которой могут находиться свернутые окна запущенных приложений, часы, переключатель языков, и другое. Кроме этого, на Панели задач находится командная кнопка «Пуск», с нажатия которой можно начинать работу с Windows.