Операционные системы 3

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.

В функции операционной системы входит:

• осуществление диалога с пользователем;


• ввод-вывод и управление данными;


• планирование и организация процесса обработки программ;


• распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);


• запуск программ на выполнение;


• всевозможные вспомогательные операции обслуживания;


• передача информации между различными внутренними устройствами;


• программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).

Классификация ОС

Операционные системы можно разделить на группы (классифицировать) по следующим признакам:

1. По количеству пользователей: однопользовательская
   ОС (обслуживает только одного пользователя); многопользовательская
   (работает со многими пользователями)


2. По числу процессов: однозадачные
   (обрабатывают только одну задачу — уже не используются); многозадачные
   (располагает в оперативной памяти одновременно несколько задач, которые попеременно обрабатывает процессор)


3. По типу средств вычислительной техники: однопроцессорные, многопроцессорные
   (задачи могут выполняться на разнызх процессорах; серверы, как правило, многопроцессорные), сетевые
   (обеспечивают совместное использование ресурсов всеми выполняемыми в сети задачами).

о типу интерфейса (способа взаимодействия с пользователем) операционные системы делятся на 2 класса: ОС с интерфейсом командной строки
и ОС с графическим интерфейсом
.

Первые операционные системы (CP/M, MS-DOS, Unix) вели диалог с пользователем на экране текстового дисплея. Это был в полном смысле слова диалог, в ходе которого человек и компьютер по очереди обменивались сообщениями: человек вводил очередную команду, а компьютер, проверив ее, либо выполнял, либо отвергал по причине ошибки. Такие системы в литературе принято называть ОС с интерфейсом командной строки. Типичный пример возможного фрагмента сеанса работы приведен на следующем рисунке.

Пользователь последовательно набрал две команды вывода каталога дисков, причем первую компьютер выполнил нормально, и на экране появился требуемый список файлов, а вторую "отказался" делать, поскольку оператор ошибочно указал имя несуществующего диска.

Очевидно, что подобный способ общения не очень удобен для человека, поскольку требует постоянно держать в голове жесткий синтаксис всех допустимых команд и очень внимательно их вводить. Поэтому почти сразу же стали появляться сервисные системные программы, тем или иным способом облегчающие работу с ОС. Наиболее ярким примером таких программ-оболочек может служить широко известный Norton Commander (ср. FAR), который был настолько распространен, что многие пользователи искренне считали его частью операционной системы.

Развитие графических возможностей дисплеев привело к коренному изменению принципов взаимодействия человека и компьютера. Командная строка была безвозвратно вытеснена графическим интерфейсом
, когда объекты манипуляций в ОС изображаются в виде небольших рисунков, а необходимые действия тем или иным образом выбираются из предлагаемого машиной списка — так называемого меню. При подобном методе диалога набор текста полностью отсутствует и вполне достаточно всего нескольких клавиш.

Существенным дополнением к графическому способу ведения диалога явилось появление нового устройства ввода информации в компьютер — манипулятора "мышь", без которого сейчас просто невозможно представить современный компьютер. Примерами операционной системы c графическим интерфейсом служат довольно похожие ОС для компьютеров "Macintosh" (MAC OC) и "IBM PC" — OS/2 и Windows. Последняя система в нашей стране распространена необычайно широко.

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.

Состав ОС

Операционная система для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:

• программы управления вводом/выводом;


• программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для компьютера;


• процессор командного языка, который принимает, анализирует и выполняет команды, адресованные операционной системе.

Каждая операционная система имеет свой командный язык
, который позволяет пользователю выполнять те или иные действия:

• обращаться к каталогу


• выполнять разметку внешних носителей;


• запускать программы;


• ... другие действия.

Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор
операционной системы.

Для управления внешними устройствами компьютера используются специальные системные программы — драйверы
. Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода
(BIOS), которая обычно заносится в постоянное ЗУ компьютера.

<="" a="">

Порядок начальной загрузки ОС

В момент включения компьютера в ОЗУ нет осмысленной информации. Поэтому особый интерес представляет вопрос о том, как операционная система загружается. Процесс этот в заметно упрощенном виде выглядит так.

При включении компьютера (или при нажатии кнопки сброса) счетчик процессора аппаратно устанавливается на начальный адрес ПЗУ, и стартует выполнение программы начальной загрузки
. Прежде всего, ищется и тестируется установленное оборудование. Современные компьютеры в основном используют внешние устройства "plug and play"
(переводится —"включил и работай"), поэтому они способны сообщить процессору свои основные характеристики и условия работы. Опрос внешних устройств и проверка их работоспособности занимают достаточно длительное время, несмотря на высокое быстродействие компьютера.

В случае если все оборудование функционирует нормально, происходит переход к следующему этапу —поиску начального загрузчика операционной системы. Он может находиться на жестком диске, на дискете, на CD-ROM и даже быть получен с помощью сетевой платы. Поэтому компьютер опрашивает перечисленные устройства по очереди, в определенном порядке, до тех пор, пока не обнаружит требуемую информацию (в скобках заметим, что порядок поиска при наличии достаточных навыков и знаний может быть легко изменен).

Итак, загрузчик, представляющий собой не что иное, как программу дальнейшей загрузки, обнаружен и прочитан в память. Дальнейшие действия машины уже определяются тем, что введено извне. Поскольку начальный загрузчик очень мал, то он умеет очень немного —найти и прочесть первый файл ОС с фиксированным именем и передать ему управление. И только после этого будет загружена в ОЗУ остальная часть операционной системы и машина сможет, наконец, нормально общаться с пользователем.

Примечание. Несколько слов для тех, кого удивила сложность описанного процесса. Почему загрузка ОС такая многоступенчатая и почему, например, нельзя просто записать начальный загрузчик в то же самое ПЗУ? Технически это не представляет никакого труда, но все дело в том, что тогда мы сможем пользоваться только одной(!) операционной системой, а именно той, загрузчик для которой жестко "зашили" в ПЗУ.

Из истории Windows

История Windows (разработка фирмы Microsoft) берет свое начало в 1986 году, когда появилась первая версия системы, но популярность она завоевала далеко не сразу — в 1990 году, когда вышла версия Windows 3.0. Популярность новой версии Windows объяснялась несколькими причинами. Графический интерфейс позволяет работать с объектами вашего компьютера не с помощью команд, а с помощью наглядных и понятных действий над значками, обозначающими эти объекты. Возможность одновременной работы с несколькими программами значительно повысила удобство и эффективность работы. Кроме того, удобство и легкость написания программ для Windows привели к появлению все больше разнообразных программ, работающих под управлением Windows. Наконец, лучше была организована работа с разнообразным компьютерным оборудованием, что также определило популярность системы. Последующие версии Windows были направлены на повышение надежности, а также поддержку средств мультимедиа (версия 3.1) и работу в компьютерных сетях (версия 3.11).

Процесс развития операционных систем не стоит на месте, и в 1995 появилась система Windows 95, ставшая новым этапом в истории Windows: значительно изменился интерфейс, выросла скорость работы программ, в состав системы был включен браузер Internet Explorer.

Продолжением развития Windows 95 стала операционная система, появившаяся в 1998 году (Windows 98). При сохранившемся интерфейсе внутренняя структура была значительно переработана. Много внимания было уделено работе с Интернетом, а также поддержке современных протоколов передачи информации — стандартов, обеспечивающих обмен информацией между различными устройствами. Кроме того, особенностью Windows 98 является возможность работы с несколькими мониторами.

Следующим этапом в развитии Windows стало появление Windows 2000 и Windows Me (Millennium Edition — редакция тысячелетия). Система Windows 2000 разработана на основе Windows NT и унаследовала от нее высокую надежность и защищенность информации от постороннего вмешательства. Операционная система Windows Me стала наследницей Windows 98, но приобрела многие новые возможности. Прежде всего, это улучшенная работа со средствами мультимедиа, возможность записывать не только аудио, но и видеоинформацию, мощные средства восстановления информации после сбоев и многое другое.

ОС Windows XP

В октябре 2001 года вышла очередная версия ОС Windows — Windows XP, которая существует в нескольких вариантах, в том числе:

• Windows XP Professional Edition (разработана для предприятий и предпринимателей и содержит такие функции, как удалённый доступ к рабочему столу компьютера, шифрование файлов, центральное управление правами доступа и поддержка многопроцессорных систем


• Windows XP Home Edition — система для домашнего применения. Выпускается как недорогая «урезанная» версия Professional Editon

Некоторыми из наиболее заметных улучшений в Windows XP по сравнению с Windows 2000 являются:

• Новое оформление графического интерфейса, включая более округлые формы и плавные цвета; а также дополнительные функциональные улучшения (такие, как возможность представления папки в виде слайд-шоу в проводнике Windows).


• Возможность быстрого переключения пользователей, позволяющая временно прервать работу одного пользователя и выполнить вход в систему под именем другого пользователя, оставляя при этом приложения, запущенные первым пользователем, включёнными.


• Функция «удалённый помощник», позволяющая опытным пользователям и техническому персоналу подключаться к компьютеру с системой Windows XP по сети для разрешения проблем. При этом помогающий пользователь может видеть содержимое экрана, вести беседу и (с позволения удалённого пользователя) брать управление в свои руки. Программа восстановления системы, предназначенная для возвращения системы в определённое предшествующее состояние (эта функция является развитием аналогичной программы, включённой в Windows Me).


• Улучшенная совместимость со старыми программами и играми. С пециальный мастер совместимости позволяет эмулировать для отдельной программы поведение одной из предыдущих версий ОС (начиная с Windows 95).


• Возможность удалённого доступа к рабочей станции благодаря включению в систему миниатюрного сервера терминалов (только в издании Professional).


• Более развитые функции управления системой из командной строки. Поддержка проводником Windows цифровых фотоформатов (например, представление папки в виде слайд-шоу) и аудиофайлов (автоматическое отображение метаданных для аудиофайлов, например, тегов ID3 для MP3-файлов).

Всегда ли существовала ОС и может ли компьютер работать без нее? Как ни странно, ответ на оба вопроса отрицательный. Операционная система существовала не всегда, а возникла на стыке второго и третьего поколений. Как видно из приведенной таблицы, существенными причинами возникновения ОС являются появление сложных внешних устройств - в первую очередь магнитных дисков, и необходимость разделения ресурсов между задачами и пользователями. Что касается работы без ОС, то теоретически можно написать такую программу, которая будет сама загружаться и работать с внешними устройствами без всякого участия ОС. На практике это чересчур сложно и никогда не делается. Даже если компьютер целыми днями работает по единственной программе (кассовый аппарат в магазине или учет переводов в сберкассе), в нем все равно обычно используется операционная система.