Операционные системы

Оглавление

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

     Среди всех системных программ, с которыми приходится иметь дело пользователям компьютеров, особое место занимают операционные системы. Операционная система (ОС) управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и программ. Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для нее эти услуги. Таким образом, выбор ОС очень важен, так как она определяет, с какими программами вы сможете работать на своем компьютере. От выбора ОС зависят также производительность вашей работы, степень защиты ваших данных, необходимые аппаратные средства и т.д.

Операционная  система скрывает от пользователя все  сложные и ненужные подробности  работы компьютера и предоставляет ему удобный и понятный интерфейс для работы.

          Тема курсовой работы была мной выбрана не случайно, из вышесказанного можно судить, что именно ОС является главным элементом программного обеспечения, и поэтому я считаю тему «Операционные системы: виды, назначение, состав и основные функции» актуальной на сегодняшний день и интересной для освещения. В своей курсовой работе я намерен рассказать о назначении операционных систем, о составе и основных ее функциях. В практической части с помощью программы Microsoft Office Excel 2007 я решу и приведу решение задачи.

 

 

 

1.Теоретическая часть.

Операционные  системы: виды, назначение, состав и  основные функции

             Операцио́нная систе́ма, сокр. ОС (англ. operating system, OS) — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.

Рис.1. Схема  взаимодействия пользователя и компьютера с помощью операционной системы

1.1 Виды операционной системы:

       В средах микрокомпьютеров используются буквально тысячи операционных систем. Сложность каждой из них обычно зависит от сложности осуществления тех задач, на решение которых ориентируется микрокомпьютер.

         Операционная система, управляющая смесью горючего в моторе автомобиля, является достаточно простой, однако ОС для многопользовательских компьютерных систем, которая управляет несколькими терминалами, оказывается уже относительно сложной.

         Вся ОС для контроллера горючего помещается в одном единственном небольшом постоянно запоминающем устройстве (ПЗУ). Как только подается питание, устройство начинает управлять блоком, перезапускает систему и проверяет ее. В процессе нормальной работы ОС отображает состояние входных параметров датчика: ускорение, влажность и т.п., и регулирует клапаны подачи воздушно-горючей смеси согласно предварительно определенным значениям, хранящимся в ПЗУ.

        В больших многопользовательских системах ОС хранятся на дисках и имеют разделы, загружаемые при необходимости в Оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Упомянутая разновидность ОС должна управлять несколькими частями аппаратного оборудования, управлять файлами, созданными и используемыми многочисленными пользователями, обеспечивать безопасность информации каждого из пользователей и управлять передачей информации между различными станциями. Операционная система ответственна за то, чтобы каждая из станций была оснащена пользовательским интерфейсом, способным воспринимать команды и данные от пользователя. Этот интерфейс может быть интерпретатором команд или графическим интерфейсом пользователя.

         Сложные ОС обычно содержат несколько миллионов строк компьютерных инструкций. Именно из-за этой сложности ОС обычно создаются в виде набора модулей, каждый из которых реализует ту или иную функцию системы. Операционная система для контроллера горючей смеси чаще всего одномодульная. Тем не менее, многопользовательские ОС состоят из центрального модуля, называемого ядром (kernel), диспетчера задач, планировщика, диспетчера локальных файлов и набора модулей для выполнения других задач.

Двумя основными разновидностями  ОС являются:

1. Однозадачные системы
2. Многозадачные системы

        В однозадачной системе ОС имеет дело только с одной задачей. Такие ОС могут работать в режиме пакетной обработки или в интерактивном режиме. В пакетном режиме ОС выполняет одну программу вплоть до ее завершения. В интерактивном режиме работу программы можно изменить за счет ввода данных с внешних источников, например, с датчиков или интерфейсных устройств.

          В многозадачных системах ОС разработана так, что может выполнять одновременно несколько задач. Задача — это часть программы, выполняемая в текущий момент. Компьютерные программы состоят из нескольких задач, выполнять которые можно как по отдельности, так и в виде блока. Задачи, в свою очередь, могут состоять из нескольких потоков, выполнение которых может происходить независимо. Поток представляет собой раздел программы, на выполнение которого ОС распределяет время, обеспечивая тем самым параллельное выполнение нескольких потоков.

            Многозадачная система разбивает задачи, связанные с процессом, на несколько потоков (threads). Обычно один поток может поддерживать видео вывод, другой — ввод от мыши, третий — отвечать за работу принтера.

          Многозадачный режим работы можно организовать в виде одного из следующих вариантов:

1. Многопользовательский
2. Многозадачный
3. Многопроцессорный

             В многопользовательских (multiuser) и многозадачных (multitasking) режимах возможность одновременного выполнения операций обеспечивается переключением между различными задачами в заранее установленном порядке. Многопользовательская система переключается между различными пользователями, которые находятся в разных местах, тогда как многозадачные системы переключаются между различными приложениями, расположенными в одном месте.

         В обоих случаях каждый раз при переключении необходимо сохранять информацию, относящуюся к первой задаче, и загружать данные, связанные с новой задачей. Работу функции переключения отслеживает модуль ОС, ответственный за планирование выполнения процессов.

         В многопроцессорной (multiprocessor) операционной системе задания распределяются между несколькими микропроцессорами. Подобный способ выполнения операций обычно называют параллельной обработкой.

        Хотя в простых микрокомпьютерах вся ОС хранится в ПЗУ, все же в большинстве микрокомпьютеров для загрузки ОС в ОЗУ запускается процесс инициализации (начальной загрузки). Он содержит предписания, согласно которым ОС загружается в память небольшой программой, называемой                        

       Bootstrap Loader (Начальный загрузчик ОС). Операционную систему можно загрузить из ПЗУ, жесткого диска или другого компьютера. Термин начальная загрузка отражает тот факт, что ОС инициализирует сама себя с помощью своих внутренних резервов самозагрузки; в случае загрузки с диска более мощных файлов ОС необходимо существенно усилить встроенные вычислительные средства. В персональных компьютерах операция инициализации является одной из функций ПЗУ BIOS. BIOS (англ. basic input/output system — «базовая система ввода-вывода») — реализованная в виде микропрограмм часть системного программного обеспечения, которая предназначается для предоставления операционной системе API для доступа к аппаратуре компьютера и подключенным к нему устройствам.

1.2 Назначение ОС

 

        Назначение ОС - организация вычислительного процесса в вычислительной системе, рациональное распределение вычислительных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса ( Интерфейс - совокупность аппаратуры и программных средств, необходимых для подключения периферийных устройств к персональной электронной вычислительной машине (ПЭВМ)) между пользователем и Вычислительной системой (ВС) , т.е. ОС предоставляет пользователю виртуальную ВС. Это означает, что ОС в значительной степени формирует у пользователя представление о возможностях ВС, удобстве работы с ней, ее пропускной способности. Различные ОС на одних и тех же технических средствах могут предоставить пользователю различные возможности для организации вычислительного процесса или автоматизированной обработки данных.  
 
    В программном обеспечении ВС операционная система занимает основное положение, поскольку осуществляет планирование и контроль всего вычислительного процесса. Любая из компонент программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС.

1.3 Функции операционной системы:

• связь с пользователем в реальном времени для подготовки устройств к работе, переопределение конфигурации и изменения состояния системы;
• выполнение операций ввода-вывода; в частности, в состав операционной системы входят программы обработки прерываний от устройств ввода-вывода, обработки запросов к устройствам ввода-вывода и распределения этих запросов между устройствами;
• управление памятью, связанное с распределением оперативной памяти между прикладными программами;
• управление файлами: основными задачами при этом являются обеспечение защиты, управление выборкой и сохранение секретности хранимой информации;
• обработка исключительных условий во время выполнения задачи;
• появление арифметической или машинной ошибки, прерываний, связанных с неправильной адресацией или выполнением привилегированных команд;
• вспомогательные функции, обеспечивающие организацию сетей,     использование служебных программ и языков высокого уровня.

 

1.4 Состав операционной системы

          Важнейшим достоинством большинства ОС является модульность. Это свойство позволяет объединить в каждом модуле определенные логически связанные группы функций. Если возникает необходимость в замене или расширении такой группы функций, это можно сделать путем замены или модификации лишь одного модуля, а не всей системы.

         Большинство ОС состоит из следующих основных модулей: базовая система ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System); загрузчик операционной системы (Boot Record); ядро ОС; драйверы устройств; командный процессор; внешние команды (файлы).

        Базовая система ввода-вывода (BIOS) – это набор микропрограмм, реализующих основные низкоуровневые (элементарные) операции ввода-вывода. Они хранятся в ПЗУ компьютера и записываются туда при изготовлении материнской платы. Данная система, по сути, «встроена» в компьютер и является одновременно его аппаратной частью и частью операционной системы.

       Первая функция BIOS – автоматическое тестирование основных компонентов компьютера при его включении. При обнаружении ошибки на экран выводится соответствующее сообщение и / или выдается звуковой сигнал.

           Далее BIOS осуществляет вызов блока начальной загрузки операционной системы, находящейся на диске (эта операция выполняется сразу по окончании тестирования). Загрузив в ОЗУ этот блок, BIOS передает ему управление, а он в свою очередь загружает другие модули ОС.

        Еще одна важная функция BIOS – обслуживание прерываний. При возникновении определенных событий (нажатие клавиши на клавиатуре, щелчок мыши, ошибка в программе и т.д.) вызывается одна из стандартных подпрограмм BIOS по обработке возникшей ситуации.

         Загрузчик операционной системы – это короткая программа, находящаяся в первом секторе любого загрузочного диска (дискеты или диска с операционной системой). Функция этой программы заключается в считывании в память основных дисковых файлов ОС и передаче им дальнейшего управления ЭВМ.

         Ядро ОС реализует основные высокоуровневые услуги, загружается в ОЗУ и остается в ней постоянно. В ядре ОС выделяют несколько подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение той или иной задачи:

- файловая система  (отвечает за размещение информации  на устройствах хранения);

- система управления памятью (размещает программы в памяти);

- система управления  программами (осуществляет запуск  и выполнение программ);

- система связи с  драйверами устройств (отвечает  за взаимодействие с внешними  устройствами);