Тема: ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Операционная система — это целый комплекс управляющих программ, выступающих в качестве интерфейса между компонентами персонального компьютера и обеспечивающих эффективное использование ресурсов ЭВМ. Операционная система обеспечивает взаимосвязь и управление всеми элементами компьютера и выполняемыми программами. Загрузка операционной системы производится при включении компьютера.

Управление операционной системой осуществляется с помощью специальной системы команд, задаваемых пользователем. Без операционной системы компьютер вообще не может функционировать и представляет собой не более чем совокупность электронных устройств.

Операционная система может размещаться в постоянной памяти компьютера или загружается в оперативную память с диска при включении компьютера. Операционные системы, загружаемые с дисков, называются дисковыми операционными системами (DOS -Disk Operating System). К ним относятся MS DOS, Windows, Unix, OS/2.

В любой операционной системе можно выделить 4 основные части: ядро, файловую структуру, интерпретатор команд пользователя и утилиты. Ядро — это основная, определяющая часть операционной системы, которая управляет аппаратными средствами и выполнением программ. Файловая структура — это система хранения файлов на запоминающих устройствах. Интерпретатор команд или оболочка — это программа, организующая взаимодействие пользователя с компьютером. И, наконец, утилиты — это просто отдельные программы, которые, вообще говоря, ничем принципиально не отличаются от других программ, запускаемых пользователем, разве только своим основным назначением — они выполняют служебные функции.

Функции операционной системы в значительной степени зависят от режима работы компьютера, состава и конфигурации аппаратных средств. Основные функции следующие:

• обеспечение диалога между пользователем и компьютером;

• распределение ресурсов компьютера между пользователями;

• поддержка режима коллективного использования компьютера;

• обеспечение эффективного взаимодействия процессора и устройств ввода-вывода; поддержка файловой системы хранения информации на носителях;

• защита и восстановление информации и вычислительного процесса в случае ошибочных действий пользователя и в аварийных ситуациях.

К операционным системам нового поколения относятся: Windows XP; Windows NT; Windows 7; Windows Vista; операционные системы семейства 0S\2, UNIX, LINUX, MacOS.

Операционная система Unix создана в корпорации Bell Laboratory в 1971 году Денисом Ритчи и Кеном Томсоном, авторами и разработчиками языка программирования Си. Операционные системы семейства Windows разрабатываются фирмой Microsoft. Операционная система MacOS выпускается фирмой Apple для компьютеров типа Macintosh. Операционная система DOS выпускалась фирмой Microsoft с 1981 года.

Операционная система сложна и занимает большой объем памяти. Обычно в оперативной памяти ЭВМ находятся только те части операционной системы, с которыми в данный момент работают процессоры. Программы и их части, находящиеся в оперативной памяти, называются резидентными программами. Остальные программы располагаются во внешней памяти. С операционной системой взаимодействуют драйверы — это комплексы программ, выполняющие интерфейсные и управляющие функции.

Приложениями любой операционной системы являются программы, предназначенные для работы под управлением этой операционной системы.

Требования к операционной системе.

Совместимость — означает, что операционная система должна включать средства для выполнения приложений (программ), подготовленных для других операционных систем;

переносимость — означает обеспечение возможности переноса операционной системы с одной аппаратной платформы на другую;

надежность и отказоустойчивость предполагает защиту операционной системы от внутренних и внешних ошибок, сбоев и отказов;

безопасность — означает, что операционная система должна содержать средства защиты ресурсов одних пользователей от других, должна обеспечивать удобство внесения последующих изменений и дополнений;

производительность — означает, что операционная система должна обладать достаточным быстродействием. Операционная система Windows – это современная и наиболее совершенная операционная система, хранится во внешней памяти компьютера, постоянно развивается и совершенствуется.

Структура операционной системы:

1. Ядро – переводит команды с языка программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру.

2. Драйверы – программы, управляющие устройствами.

3. Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.

Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой.

В состав операционной системы входит специальная программа — командный процессор, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа на печать и т. д. Операционная система должна эти команды выполнить.

К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). В состав операционной системы входят драйверы устройств — специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Любому устройству соответствует свой драйвер.

Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.

Операционная система содержит также сервисные программы, или утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д.

Для удобства пользователя в операционной системе обычно имеется и справочная система. Она предназначена для оперативного получения необходимой информации о функционировании как операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Основу системного программного обеспечения составляют программы, входящие в операционные системы компьютеров.

Основные функции ОС:

— выполнение по запросу программ тех достаточно элементарных (низкоуровневых) действий, которые являются общими для большинства программ и часто встречаются почти во всех программах (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.);

— загрузка программ в оперативную память и их выполнение;

— стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода);

— управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти);

— управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жесткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе;

— обеспечение пользовательского интерфейса;

— сетевые операции, поддержка стека сетевых протоколов.

Дополнительные функции ОС:

— параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность);

— эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами;

— разграничение доступа различных процессов к ресурсам;

— организация надежных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основанная на разграничении доступа к ресурсам;

— взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация;

— защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений;

— многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа.

Запуск компьютера. При поступлении сигнала о запуске процессор обращается к специально выделенной ячейке памяти. В ОЗУ в этот момент ничего нет, если бы там была какая-либо программа, то она начала бы выполнятся.

Для того чтобы компьютер мог начать работу необходимо наличие специальной микросхемы – ПЗУ. Программы ПЗУ записываются на заводе и называются BIOS.

После включения компьютера процессор начинает считывать и выполнять микрокоманды, которые хранятся в микросхеме BIOS. Прежде всего начинает выполняться программа тестирования POST, которая проверяет работоспособность основных устройств компьютера. В случае неисправности выдаются определенные звуковые сигналы, а после инициализации видеоадаптера процесс тестирования отображается на экране монитора.

Затем BIOS начитает поиск программы-загрузчика операционной системы. Программа-загрузчик помещается в ОЗУ и начинается процесс загрузки файлов операционной системы.

Загрузка операционной системы. Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком диске, на CD). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в ОЗУ, поэтому файлы ОС необходимо загрузить в оперативную память.

Диск, на котором находятся файлы операционной системы и с которого происходит загрузка, называют системным. Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение «Non system disk» и компьютер «зависает», т. е. загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы для ввода команд, в противном случае загружается графический интерфейс операционной системы. В случае загрузки графического интерфейса операционной системы команды могут вводиться с помощью мыши.

24. Системное программное обеспечение. История развития. Семейство операционных систем Windows.

Систе́мное програ́ммное обеспе́чение(операционная система) — это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой — приложения пользователя.

Функции ОС:1)Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение, 2)Стандартизованный доступ к периферийным устройствам, 3)Управление оперативной памятью,4)Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (жёсткий диск),5)организованным в той или иной файловой системе, 6)Пользовательский интерфейс,7)Сетевые операции, поддержка стека протоколов.

Семейство операционных систем Windows

Windows XP 64-bit Edition (2006)

Windows Server 2003 (2003)

Windows Home Server (2007)

Windows Server 2008 (2008)

Windows Small Business Server (2008)

Windows Server 2008 R2 — (2009)

Windows Home Server 2011 — (2011)

С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, в эти годы появились первые алгоритмические языки, а следовательно и первые системные программы — компиляторы.

Следующий важный период развития вычислительных машин относится к 1965-1980 годам. Для этого периода характерно также создание семейств программно-совместимых машин.Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Такие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах, с большим и с малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. Операционные системы, построенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требованиям, оказались чрезвычайно сложными «монстрами». Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. В каждой новой версии операционной системы исправлялись одни ошибки и вносились другие. Важнейшим достижением ОС данного поколения явилась реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование — это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС.

В сетевых ОС пользователи должны быть осведомлены о наличии других компьютеров и должны делать логический вход в другой компьютер, чтобы воспользоваться его ресурсами, преимущественно файлами. Каждая машина в сети выполняет свою собственную локальную операционную систему,

Программное обеспечение эвм. Операционные системы

1. Назначение и основные функции операционных систем

2. Понятие файловой системы

3. Операционные системы для компьютеров типа IBM PC

3.1. Общие сведения о MS DOS

3.2. Оболочки операционных систем

3.3. Семейство операционных систем Windows

3.3.1. Отличие операционной системы Windows от других ОС

3.3.2. Основные преимущества Windows

3.3.3. Окно Windows

3.3.4. Панель задач

3.3.5. Запуск программ

3.3.6. Выполнение основных операций над объектами

3.3.7. Справочная система Windows

3.3.8. Персонализация Windows

3.3.9. Программы, включенные в состав Windows

Давно ушли в прошлое времена компьютеров первых поколений, когда аппаратные средства (часто называемые в нашей литературе жаргонным словом “железо” или американским термином “hardware”) были главным предметом вожделения специалистов. В те времена, в 50-60-е годы, вопрос о программных средствах стоял так: если есть — хорошо, нет — сами напишем, только дайте ЭВМ. Сегодня, прежде всего в силу экономических обстоятельств, т.е. поменявшегося соотношения стоимости в диаде “аппаратные средства / программные средства” (последние часто зовутся “software”), и высокой стоимости разработки удовлетворяющих современным требованиям, но отсутствующих по той или иной причине, программных средств, при приобретении компьютера чаще обращают внимание на наличие для него доступного (по факту и по цене) программного обеспечения. На гигантских международных выставках типа СЕВIT новинки программного обеспечения уже давно доминируют над новыми аппаратурными разработками. Полный комплект программного обеспечения, необходимого для организации, скажем, автоматизированного рабочего места (АРМ) инженера-проектировщика, научного работника (физика, химика, биолога и т.д.) по стоимости превосходит (порой в несколько раз) стоимость компьютера адекватного класса.

Всевозможные программные средства, которых, видимо, насчитывается уже сотни тысяч для компьютеров различных типов, можно разделить на несколько классов в зависимости от назначения:

• инструментальные программные средства, интегрированные пакеты;

Эти классы программных средств будут подробно рассмотрены. Здесь упоминаются десятки программных средств, о каждом из которых написано немало отдельных книг. Для более полного знакомства с этими программными средствами нужно обратиться к встроенной помощи, справочникам, многочисленным книгам.

Операционные системы

1. Назначение и основные функции операционных систем

Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.

Операционная система — это комплекс программ, обеспечивающих

• управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

•управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

• пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд — операций по обработке информации.

Такое определение операционной системы уже апеллирует к ее функциям, поэтому рассмотрим эти функции подробнее.

Операционные системы – наиболее машиннозависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или, как еще говорят, обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.

В той мере, в какой это необходимо для понимания функций операционных систем, аппаратную часть компьютера можно представлять себе состоящей из следующих элементов:

• центрального процессора, имеющего определенную архитектуру (структуру регистров, набор и форму представления команд, формат обрабатываемых данных и т.д.) и характеризующегося производительностью, т.е. количеством простейших операций, выполняемых в единицу времени, а также другими качествами;

• оперативной памяти, характеризующейся емкостью (объемом) и скоростью обмена данными (прежде всего с центральным процессором);

• периферийных устройств, среди которых имеются

• устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер и др.);

• устройства вывода (дисплей, принтер, графопостроитель и др.);

• внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и оптических дисков, устройства для работы с лентами и др.);

Все эти аппаратные устройства обобщенно называют ресурсами компьютера.

В сравнении с оперативной памятью внешние запоминающие устройства обладают практически неограниченной емкостью. Так, емкость встроенного накопителя персональных компьютеров — винчестера — обычно в 50-100 раз больше объема оперативной памяти. Для других устройств — накопителей на гибких магнитных дисках и оптических дисках — используются сменные носители информации, однако время доступа к информации на внешних запоминающих устройствах значительно больше, чем к информации в оперативной памяти (в тысячи раз). Медленнее, чем центральный процессор, работают и устройства ввода — вывода.

За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. Так, первые операционные системы были однопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройств компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства.

По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся однопользовательскими.

Такие операционные системы обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. Так, например, одно задание может выполнять ввод данных, другое — выполняться центральным процессором, третье — выводить данные, четвертое — стоять в очереди. Важнейшее техническое решение, обусловившее такие возможности, — появление у внешних устройств собственных процессоров (контроллеров).

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.

Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

Суть режима разделения времени состоит в следующем. 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. Если интервал мультиплексирования достаточно мал (

200 мс), ‘а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (

10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, так как они сравнимы со временем реакции человека.

Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Работа в фоновом режиме реального времени аналогична работе секретаря руководителя. Секретарь занимается текущими делами до тех пор, пока начальник не дал срочное поручение.

Помимо рассмотренных режимов организации вычислительного процесса, все большее распространение получаст схема, при которой ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления. Поскольку определяющим фактором являются реально поступающие от объекта управления данные, такой режим называют режимом реального времени, а его организация возлагается на специализированную операционную систему.

В настоящее время используется много типов различных операционных систем для ЭВМ различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих операционных систем можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как оперативная память и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ. Такие программы называют резидентными. К резидентным относят также и программы-драйверы, управляющие работой периферийных устройств. Важной частью ОС является командный процессор — программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС. Кроме того, к операционной системе следует относить богатый набор утилит — обычно небольших программ, обслуживающих различные устройства компьютера (например, утилита форматирования магнитных дисков, утилита восстановления необдуманно удаленных файлов и т.д.).