Операционная система — совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействием между собой и пользователем. В большинстве вычислительных систем операционные системы являются основной частью системного программного обеспечения.
Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны. Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера — на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.
Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Она скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между ними. В результате этого люди освобождаются от очень трудоёмкой работы по организации взаимодействия с аппаратурой компьютера.
ОС #1-3. Общие сведения об операционных системах
Операционная система, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, с другой стороны, предназначена для эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.
Основные функции операционных систем:
• Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение.
• Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
• Управление оперативной памятью (распределение между процессами, виртуальная память).
• Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, компакт-диск и т. д.), организованным в той или иной файловой системе.
• Сетевые операции, поддержка стека протоколов.
•Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
•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.
• Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).
В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами. В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают четыре основных класса операционных систем:
• однопользовательские однозадачные, которые поддерживают одну клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей;
• однопользовательские однозадачные с фоновой печатью, которые позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу, ориентированную, как правило, на вывод информации на печать. Это ускоряет работу при выдаче больших объёмов информации на печать;
Основные функции операционных систем. Классификация операционных систем
• однопользовательские многозадачные, которые обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач. Например, к одному компьютеру можно подключить несколько принтеров, каждый из которых будет работать на «свою» задачу;
• многопользовательские многозадачные, позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти операционные системы очень сложны и требуют значительных машинных ресурсов.
Наиболее распространенными операционными системами являются:
• Mac OS – операционная система корпорации Apple.
• OS/2 — операционная система фирмы IBM.
• Windows — операционная система корпорации Microsoft.
• Linux — общее название Unix-подобных операционных систем на основе одноимённого ядра и собранных для него библиотек и системных программ, разработанных в рамках проекта GNU.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Раздел 2. Системное программное обеспечение эвм
Тема 3. Операционные системы персонального компьютера
3.1. Классификация видов программного обеспечения
Под программным обеспечением ЭВМ понимается совокупность программ, процедур и правил вместе со связанной с этими компонентами документацией, позволяющих использовать вычислительную технику для решения различных задач. Программное обеспечение призвано обеспечить работоспособность ЭВМ, облегчить взаимодействие пользователя с ЭВМ, расширить ресурсы вычислительной системы, повысить эффективность их использования, повысить производительность и качество труда пользователя.
Программное обеспечение подразделяется на три группы (рисунок 3.1.).
Рисунок 3.1. Классификация программного обеспечения
Системное программное обеспечение — минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера. К нему также относится сервисное программное обеспечение — программы и программные комплексы, которые расширяют возможности базового программного обеспечения и организуют более удобную среду работы пользователя.
В системное (базовое) программное обеспечение входят операционные системы; операционные оболочки (текстовые и графические); сетевая операционная система.
Современным операционным системам присущи следующие функциональные особенности: многозадачность, многопоточность, виртуальная память, многопроцессорная обработка.
Многозадачность (механизм, позволяющий выполнять на компьютере несколько задач), т.е. способность самостоятельно, в зависимости от ситуации, передавать или забирать управление у того или иного приложения, что не позволяет одному приложению занимать все аппаратные ресурсы.
Многопоточность. Для более эффективного использования ресурсов компьютера задачи делятся на отдельные потоки, каждому из которых также назначается приоритет и выделяется интервал процессорного времени.
Виртуальная память. В оперативной памяти применяется разделение ее адресного пространства на отдельные непересекающиеся области и выделение таких областей каждому запущенному приложению. Таким образом, каждая отдельная программа работает в отведенном ей сегменте памяти, не конфликтуя с другими программами. Из-за ограниченности оперативной памяти, механизм виртуальной памяти выделяет часть памяти на внешних устройствах (жестком диске), что в дальнейшем рассматривается системой как продолжение оперативной памяти. Возникает так называемый файл подкачки.
Симметричная многопроцессорная обработка (Symmetric MultiProcessing, SMP) – это способность операционной системы работать с компьютером, в котором установлены два и более процессора
Сервисное программное обеспечение — расширение базового программного обеспечения компьютера, набор дополнительно устанавливаемых программ, которые классифицируют по функциональному признаку следующим образом:
- программы диагностики работоспособности компьютера;
- антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;
- программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физическом уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;
- программы архивирования данных, обеспечивающие процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;
- программы обслуживания сети.
- Средства для создания приложений- совокупность языков и систем программирования, а также различные программные комплексы для отладки и поддержки создаваемых программ;
- СASE-технология (Computer-Aided System Engineering), представляющая методы анализа, проектирования и создания программных систем и предназначенная дли автоматизации процессов разработки и реализации информационных систем.
- система многопользовательская и многозадачная, благодаря чему каждый пользователь может одновременно выполнять несколько процессов;
- архитектура машины скрыта от пользователя, что облегчает процесс написания программ для различных конфигураций аппаратных средств;
- система написана на языке высокого уровня, благодаря чему ее легко читать, понимать, изменять и переносить на другие машины;
- наличие довольно простого пользовательского интерфейса, в котором имеется возможность предоставлять все необходимые пользователю услуги;
- наличие элементарных средств, позволяющих создавать сложные программы из более простых;
- наличие иерархической файловой системы, легкой в сопровождении и эффективной в работе;
- обеспечение согласования форматов в файлах, работа с последовательным потоком байтов, благодаря чему облегчается чтение программ;
- наличие простого, последовательного интерфейса с периферийными устройствами.
Источник: studfile.net
ГЛАВА 1. Основные функции операционных систем
Операционные системы являются основой программного обеспечения вычислительных машин. Операционная система (ОС) — это комплекс управляющих и обрабатывающих программ, который, с одной стороны, выступает как интерфейс между пользователем и аппаратными компонентами вычислительных машин и вычислительных систем, а с другой стороны предназначен для эффективного управления вычислительными процессами, а также наиболее рационального распределения и использования вычислительных ресурсов.
Для более полного понимания роли ОС рассмотрим основные составные компоненты любой вычислительной системы. Во-первых, это аппаратное обеспечение (в англоязычных странах принято называть словом hardware): процессор, память, монитор, дисковые устройства и т.д. Во-вторых, вычислительная система состоит из программного обеспечения. Все программное обеспечение принято делить на две части: прикладное и системное. К прикладному программному обеспечению, как правило, относятся разнообразные банковские и прочие бизнес-программы, игры, текстовые процессоры и т. п. Под системным программным обеспечением обычно понимают программы, способствующие функционированию и разработке прикладных программ.
ГЛАВА 1. Основные функции операционных систем
Операционная система (ОС) должна выполнять следующие функции:
— обеспечивать загрузку пользовательских программ и их выполнение (за исключением операционных систем, прошиваемых в ПЗУ);
Программы пользователя выполняются на компьютере под управлением системного программного обеспечения, реализованного в виде операционной системы (ОС). ОС выполняет достаточно много функций, из которых наиболее важными для системного программиста являются:
1) управление файлами. ОС поддерживает структуру файлов и папок (файловая система) на дисках компьютера. Это физический уровень хранения информации. Прикладные программы создают, изменяют информацию в файлах, но ОС управляет их размещением в дисковой памяти;
2) ввод/вывод информации. Прикладные программы запрашивают ввод исходных данных у системы и предоставляют результаты обработки системе с помощью прерываний. Низкоуровневые операции ввода/вывода (канальные программы) ОС выполняет без вмешательства программиста;
3) загрузка программ. Когда пользователь или прикладная программа запрашивают выполнение другой программы, загрузчик (ОС) выполняет последовательность шагов, описываемую ниже, для получения доступа к программе на диске, размещения ее в оперативной памяти и начала выполнения;
4) управление памятью. Когда загрузчик размещает программу в оперативной памяти, он выделяет достаточный объем памяти для кода программы и ее данных. Программы могут обрабатывать данные в первоначально зарезервированной области, могут освобождать ненужную память или запрашивать дополнительную память. Конкретные физические адреса оперативной памяти определяются ОС без вмешательства программиста;
5) обработка прерываний. ОС позволяет прикладным программам получать доступ к внешним устройствам посредством прерываний – специальных команд, включаемых в прикладную программу.
— обеспечивать управление памятью. Эта функция обеспечивает получение программой памяти и управление системными ресурсами;
Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Распределению подлежит вся оперативная память, не занятая операционной системой. Обычно ОС располагается в самых младших адресах, однако может занимать и самые старшие адреса. Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.
Существует пять требований к управлению памятью:
- Перемещение;
- Защита;
- Совместное использование;
- Логическая организация;
- Физическая организация.
В многозадачной системе доступная память разделяется множеством процессов. Эти процессы могут многократно выгружаться и вновь загружаться в основную память. Требование, чтобы выгруженная из памяти программа была вновь загружена в то место, в котором она находилась до выгрузки, является слишком большим ограничением.
Желательно, чтобы программа была перемещена в другую область памяти. В связи с этим возникает необходимость в создании определенных требований к адресации. Процессор и программное обеспечение должны быть способны перевести ссылки в коде программы в реальные физические адреса, соответствующие текущему расположению программы в основной памяти.
Требование защиты также связано с возможностью выполнения одновременно нескольких процессов. Каждый процесс должен быть защищен от нежелательного воздействия других процессов. Поэтому код одного процесса не должен иметь возможности без разрешения обращаться к данным другого процесса. Требования защиты памяти должны быть удовлетворены на уровне аппаратного обеспечения, а не на уровне операционной системы, так как операционная система не в состоянии предвидеть все обращения к памяти, которые выполнит программа.
Механизм защиты должен быть гибким и обеспечивать возможность нескольким процессам обращаться к одной и той же области оперативной памяти. Процессам может потребоваться, например, совместный доступ к одним и тем же структурам данных. Система управления памятью должна обеспечивать управляемый доступ к разделяемым областям памяти.
Большинство программ организовано в виде модулей. Если ОС и аппаратное обеспечение компьютера могут эффективно работать с пользовательскими программами и данными, представленными в виде модулей, это обеспечивает ряд преимуществ.
Память компьютера разделяется, как минимум, на два уровня: основная и вторичная. Вторичная память медленнее и дешевле основной и обычно энергонезависима. Следовательно, вторичная память большой емкости может служить для долговременного хранения программ и данных, а основная память меньшей емкости – для хранения программ и данных, использующихся в текущий момент. В такой структуре основная проблема – организация потоков информации между основной и вторичной памятью. Эта задачу должна выполнять операционная система.
— обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти (жесткие диски, магнитные ленты, оптические диски и т.п.). В этом случае ОС структурирует пользовательские данные в виде файловых систем;
Структуры данных
Общее. В теории информатики определены следующие три основных типа структур данных – линейная, табличная, иерархическая. Пример книга: последовательность листов – линейная структура. Части, разделы, главы, параграфы – иерархия. Оглавление – таблица – связывает – иерархическую с линейной.
У структурированных данных появляется новый атрибут — Адрес. И так:
1. Линейные структуры (списки, вектора). Обычные списки. Адрес каждого элемента однозначно определяется его номером. Если все элементы списка имеют равную длину – вектора данных.
2. Табличные структуры (таблицы, матрицы). Отличие таблицы от списка – каждый элемент – определяется адресом, состоящим не из одного, а нескольких параметров. Самый распространенный пример – матрица — адрес – два параметра – номер строки и номер столбца. Многомерные таблицы.
3. Иерархические структуры. Используются для представления нерегулярных данных. Адрес – определяется маршрутом – от вершины дерева. Файловая система – компьютера. (Маршрут может превысить – величину данных, дихотомия – всегда два разветвления – влево и вправо).
Упорядочение структур данных. Основной способ – сортировка! При добавлении нового элемента в упорядоченную структуру – возможно изменения адреса у существующих. Для иерархических структур – индексация – каждому элементу уникальный номер – который далее используется в сортировке и поиске.
Файл — это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Три параметра:
· последовательность произвольного числа байтов;
· уникальное собственное имя (фактически – адрес);
· данные одного типа – тип файла.
Структура файлов. Файл представляет совокупность блоков данных, размещенных на внешнем носителе. Для произведения обмена с магнитным диском на уровне аппаратуры нужно указать номер цилиндра, номер поверхности, номер блока на соответствующей дорожке и число байтов, которое нужно записать или прочитать от начала этого блока. Поэтому во всех файловых системах явно или неявно выделяется некоторый базовый уровень, обеспечивающий работу с файлами, представляющими набор прямо адресуемых в адресном пространстве блоков.
Именование файлов. Все современные файловые системы поддерживают многоуровневое именование файлов за счет поддержания во внешней памяти дополнительных файлов со специальной структурой — каталогов. Каждый каталог содержит имена каталогов и/или файлов, содержащихся в данном каталоге. Таким образом, полное имя файла состоит из списка имен каталогов плюс имя файла в каталоге, непосредственно содержащем данный файл. Разница между способами именования файлов в разных файловых системах состоит в том, с чего начинается эта цепочка имен. (Unix, DOS-Windows)
Источник: poisk-ru.ru