Функции операционных систем и персональных компьютеров

Содержание:

Введение

Операционная система в наибольшей степени определяет об­
лик вычислительной системы. Современные вычислительные
системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, различных ти­пов дисков, накопителей на магнитных лентах, принтеров, сете­вой коммуникационной аппаратуры и других устройств, требующих сложного механизма управления. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины так, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. В соответ­ствии с этим главной функцией ОС является распределение про­цессоров, памяти, других устройств и данных между вычислительными процессами, конкурирующими за эти ресурсы, а также обеспечение пользователю-программисту удобств посредством предоставления для него расширенной машины. ^[1]

В связи с этим является актуальной рассмотренная в теоретической части данной курсовой работе тема “Функции операционных систем персональных компьютеров”.

В практической части курсовой работы решена задача создания программы для ведения базы данных о продажах товаров в магазине, а также создания таблицы, отражающей результаты работы продавцов магазина за отчетный период, таблицы, хранящей сведения о продажах по датам, таблицы, отражающей количество проданного товара по номенклатуре товара.

Для решения данной задачи использовался MS Access XP и MS Excel XP.

При выполнении и оформлении курсовой работы использовался ПК с характеристиками:

• тип процессора - AMD Athlon 2200+;
• объем ОЗУ - 512 Мб;
• видеоадаптер и монитор - SVGA, 1024768.

- принтер HP LaserJet 1320.

1. Теоретическая часть

1.1. Введение

Использование большинства компьютеров на уровне машинного языка затруднительно, особенно это касается ввода-вывода. Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер возвращает 23 значения, отражающих наличие и типы ошибок, которые, очевидно, надо анализировать. Даже если не входить в курс реальных проблем программирования ввода-вывода, ясно, что среди программистов нашлось бы не много желающих непосредственно заниматься программированием этих операций.

При работе с диском программисту-пользователю достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Работа с файлом заключается в его открытии, выполнении чтения или записи, а затем в закрытии файла. Вопросы подобные таким, как следует ли при записи использовать усовершенствованную частотную модуляцию или в каком состоянии сейчас находится двигатель механизма перемещения считывающих головок, не должны волновать пользователя. Программа, которая скрывает от программиста все реалии аппаратуры и предоставляет возможность простого, удобного просмотра указанных файлов, чтения или записи - это, конечно, операционная система.

Таким образом, операционная система – совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

1.2. Основные понятия, используемые при изучении объекта

Точно также, как ОС ограждает программистов от аппаратуры дискового накопителя и предоставляет ему простой файловый интерфейс, операционная система берет на себя все малоприятные дела, связанные с обработкой прерываний, управлением таймерами и оперативной памятью, а также другие низкоуровневые проблемы. В каждом случае та абстрактная, воображаемая машина, с которой, благодаря операционной системе, теперь может иметь дело пользователь, гораздо проще и удобнее в обращении, чем реальная аппаратура, лежащая в основе этой абстрактной машины.

С этой точки зрения функцией ОС является предоставление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину.

Идея о том, что ОС прежде всего система, обеспечивающая удобный интерфейс пользователям, соответствует рассмотрению сверху вниз. Другой взгляд, снизу вверх, дает представление об ОС как о некотором механизме, управляющем всеми частями сложной системы. Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на магнитных лентах, сетевых коммуникационной аппаратуры, принтеров и других устройств. В соответствии со вторым подходом функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы.

1.3. Классификация и характеристика элементов объекта

1.3.1 Функции операционных систем

ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность системы.

Управление ресурсами предполагает решение ряда задач:

• планирование ресурса (какому процессу, когда и в каком количестве следует выделить конкретный ресурс);
• удовлетворение запросов на выделение ресурсов;

• отслеживание состояния и учёт использования каждого из ресурсов;

• разрешение конфликтов между процессами за обладание ресурсами.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счете и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.

Сложность организации эффективного совместного использования ресурсов несколькими процессами во многом объясняется случайным характером возникновения запросов на потребление этих ресурсов.

Часто группы близких по содержанию функций называют подсистемами (в рамках ОС). Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются:

• подсистема управления процессами. Планирует выполнение процессов (т.е. распределяет процессорное время между несколькими выполняемыми процессами), обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами и организует их взаимодействие (при необходимости);

• подсистема управления памятью. Отслеживает свободные и занятые области памяти, выделяет память процессам, защищает необходимые области памяти;
• подсистема управления файлами и внешними устройствами. Обеспечивает (ещё со времени появления ОС UNIX) поддержку унифицированного интерфейса по доступу к разнородным устройствам ввода-вывода на основе концепции файлового доступа. При этом обмен с любым внешним устройством выглядит как обмен с файлом, имеющим имя, и представляющим собой неструктурированную последовательность байтов;
• подсистема защиты данных и администрирования. Безопасность данных в системе обеспечивается средствами отказоустойчивости ОС, ориентированными на защиту от сбоев и отказов аппаратуры и ошибок программного обеспечения, а также средствами защиты от несанкционированного доступа. Администрирование задаёт права пользователей при обращении к различным ресурсам системы (файлам, каталогам, принтерам и др.). В состав ОС обычно входят утилиты, позволяющие выполнять регулярно операции резервного копирования для обеспечения быстрого восстановления необходимых данных;

• подсистема пользовательского интерфейса. За терминалом может работать программист, системный администратор или пользователь. Для любой категории работающих с компьютером наиболее удобен ввод команд через Windows-подобный графический интерфейс. Для программистов возможности ОС доступны также в виде набора функций, называемого интерфейсом практического программирования (Application Programming Interface - API). ОС с различной внутренней организацией, но с одинаковым набором функций API, обеспечивают возможность переноса приложений из одной операционной системы в другую. Вызов конкретных функций API из приложений осуществляется аналогично вызову программы.

В целом, современные ОС должны обладать следующими возможностями:

• поддерживать многооконный графический интерфейс пользователя, позволяющий одновременно отображать на экране состояние нескольких объектов (процессов);
• осуществлять мультипрограммную обработку данных с параллельным выполнением многих процессов;
• работать с виртуальной памятью, обеспечивая доступ практически к любому адресному пространству вне зависимости от физического расположения программ и данных;
• позволять вносить изменения в коды ОС с целью улучшения её функциональных возможностей (характерный пример - ОС UNIX) без нарушения целостности системы. Расширяемость обеспечивается за счёт модульной структуры ОС;
• обладать свойством переносимости на аппаратные платформы различных типов (т.е. на процессоры различных семейств);
• обладать совместимостью с другими популярными ОС, что позволяет выполнять приложения в различных операционных системах;
• характеризоваться высокой надёжностью и отказоустойчивостью. Это обеспечивает защиту как от внутренних, так и внешних ошибок, сбоев и отказов. Эти свойства определяются, в первую очередь, архитектурными решениями ОС и качеством её реализации;
• иметь средства защиты вычислительных ресурсов от несанкционированного доступа, что особенно важно для сетевых ОС;
• характеризоваться высокой производительностью, проявляющейся в быстродействии системы и малом времени реакции на события в системе;
• иметь средства поддержки служб сети Интернет и др.

1.3.2 Функции компонентов операционных систем

Современные ОС представляют собой хорошо структурированные модульные системы, способные к развитию, расширению и переносу на новые аппаратные платформы. Обычно в состав ОС входят исполняемые и объектные модули стандартных для данной ОС форматов, библиотеки разных типов, модули исходного текста программ (самой ОС), программные модули специального формата (например, загрузчик ОС, драйверы ввода-вывода), файлы конфигурации, файлы документации, модули справочной системы и др. Единой общепринятой архитектуры ОС не существует, но на практике выработаны универсальные подходы к структурированию ОС. Наиболее общим подходом является разделение всех её модулей на две группы:

• ядро, включающее в себя модули, выполняющие основные функции ОС;

• модули, выполняющие вспомогательные функции. ОС.

Без ядра (при нарушении его работоспособности) ОС не сможет выполнять ни одной из своих функций. Модули ядра управляют процессами, памятью, устройствами ввода-вывода и др. Они не доступны для пользовательских приложений. Другая часть функций ядра ориентирована на поддержку приложений, создавая для них так называемую прикладную программную среду. Приложения обращаются к ядру с соответствующими запросами (системными вызовами) для выполнения конкретных действий, например, по открытию и чтению файла, вывода данных на экран и др. Эти функции ядра и образуют интерфейс прикладного программирования API.

Функции ядра выполняются наиболее часто (поэтому они и собраны в ядре) и скорость их выполнения определяет производительность системы в целом. Для обеспечения высокой скорости работы ОС все функции ядра или большая их часть постоянно находятся в оперативной памяти, то есть являются резидентными.

Остальные модули ОС выполняют полезные, но менее обязательные функцию Их можно подразделить на следующие группы:

• утилиты - программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы, такие, например, как программы сжатия дисков, архивирования данных и т.п.;

• системные обрабатывающие программы — редакторы, средства настройки оборудования и др.;
• программы предоставления пользователю дополнительных услуг - специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор, игры и др.;

• библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например библиотека математических функций, функции ввода-вывода и др.

Модули ОС, выполняемые в виде утилит и системных обрабатывающих программ, обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, поэтому их называют транзитными. Такой подход позволяет более эффективно использовать оперативную память. Как и обычные приложения, эти модули при выполнении своих функций обращаются к функциям ядра с помощью системных вызовов.

1.3.3 Функции сетевых операционных систем

В зависимости от того, какой виртуальный образ создаёт операционная система, отображая реальную аппаратуру сети, различают сетевые ОС и распределённые ОС.

Сетевая ОС предоставляет пользователю виртуальную вычислительную систему, которая не полностью скрывает характер распределения аппаратуры в сети, т.е. она формирует для пользователя виртуальную сеть. При работе пользователь должен знать, где хранятся интересующие его файлы, а при запуске приложения - на каком компьютере оно выполняется. Для запуска приложения на другом компьютере пользователь должен выполнить логическое подключение к нему, либо реализовать процедуру удалённого выполнения с идентификацией этого компьютера. Развитие сетевых ОС предполагает усиление степени прозрачности сетевых ресурсов с целью облегчения доступа к ним.

В широком смысле под сетевой операционной системой понимается вся совокупность программных средств (включая ОС отдельных компьютеров), управляющих процессами в сети и объединенных общей архитектурой, определенными коммуникационными протоколами и механизмами взаимодействия вычислительных процессов для обмена сообщениями и совместного использования сетевых ресурсов. В узком смысле сетевая ОС представляет собой операционную систему, установленную на отдельный компьютер и позволяющую ему работать в составе сети.

Различные виды сетевых операционных систем гарантированно обеспечивают выполнение ряда базовых функций (при наличии соответствующих прав доступа):

• копирование файлов между различными компьютерами;
• обработку данных (чтение, редактирование, поиск и т.п.), находящихся на других компьютерах;
• запуск программ, размещенных на различных компьютерах сети;

• использование распределенных по сети внешних устройств. ^[2]

1.4. Заключение

Таким образом, в теоретической части данной курсовой работы были рассмотрены понятие и функции операционных систем персональных компьютеров, функции компонентов операционной системы, а также функции сетевых операционных систем.

2. Практическая часть

2.1 Общая характеристика задачи

В ходе выполнения практической части курсовой работы необходимо, основываясь на сведениях о продажах товаров в магазине, хранящихся в таблице данных МАГАЗИН (структура данных таблицы МАГАЗИН представлена в таблице 1) сформировать следующие таблицы:

- таблицу, отражающую результаты работы продавцов магазина за отчетный период (таблица 2);

- таблицу, хранящую сведения о продажах по датам (таблица 3);

- таблицу, отражающую количество проданного товара по номенклатуре товара (таблица 3).

Необходимо ввести текущее значение даты между таблицей и ее названием. По данным таблиц нужно построить гистограмму с заголовком, названием осей координат и легендой.

Таблица 1. Структура данных таблицы МАГАЗИН

Назначение поля	Имя поля	Тип данных	Кол-во дес. знаков
Наименование товара	Товар	текстовый
Единица измерения	Единица	текстовый
Цена за единицу товара	Цена	денежный	2
Количество проданного товара	Расход	числовой
Дата продажи	Дата	дата
Фамилия и инициалы продавца	Продавец	текстовый

Таблица 2. Сведения о продажах товаров по продавцам

Фамилия и инициалы продавца	Дата продажи	Сумма продажи

Таблица 3. Сведения о продажах товаров по датам месяца

Дата продажи	Сумма продажи	ФИО продавца

Таблица 4. Сведения о продажах товаров по номенклатуре товара

Наименование товара	Дата продажи	Сумма продажи	ФИО продавца

2.2 Описание алгоритма решения задачи

Для получения сведений о результатах работы продавцов магазина за отчетный период используем следующие поля таблицы МАГАЗИН:

- продавец;

- дата;

- цена;

- расход.

Поле “Продавец” используется для упорядочивания фамилий продавцов по возрастанию. Поле “Дата” необходимо для выборки данных за отчетный период. С помощью полей “Цена” и “Расход” рассчитывается сумма продажи.

Для получения сведений о продажах товаров по датам месяца также используем в качестве исходных данных поля “Продавец”, “Дата”, “Цена” и “Расход” таблицы МАГАЗИН.

Для создания таблицы, отражающей количество проданного товара по номенклатуре товара, используем вышеперечисленные поля с добавлением поля “Товар” таблицы МАГАЗИН.

Алгоритм решения задачи в виде неформализованного описания представлен на рис. 1. Соответствующая ему инфологической модель представлена на рис. 2.

Продавец

Дата

Сведения о результатах работы продавцов магазина за отчетный период

Цена

Расход

Сведения о продажах товаров по датам месяца

Сведения о количестве проданного товара по номенклатуре товара

Товар

Рисунок 1. Неформализованное описание алгоритма решения задачи

Dat

Cen

Kolich

Tov

Pr

Sv_Prod:Pr – упорядочение по возрастанию, Dat>Nd и Dat<Kd, Sum=Cen*Kolich, Cen, Kolich

Sv_Dat:Dat – упорядочение по возрастанию, Sum=Cen*Kolich, Pr, Cen, Kolich

Sv_Tov:Tov – упорядочение по возрастанию, Dat Sum=Cen*Kolich, Pr, Cen, Kolich

Рисунок 2. Инфологическая модель алгоритма решения задачи

На рисунке 2:

- Pr – продавец;

- Dat – дата;

- Cen – цена;

- Kolich – расход;

- Tov –товар;

- Sum – сумма продажи;

- Sv_Prod – сведения о результатах работы продавцов магазина за отчетный период;

- Sv_Dat – сведения о продажах товаров по датам месяца;

- Sv_Tov - сведения о количестве проданного товара по номенклатуре товара.

2.3 Выбор ППП

В качестве программного обеспечения данной курсовой работы было выбраны приложения пакета MS Office MS Access 2000 и MS Excel 2000.

Microsoft Access — это полнофункциональная реляционная СУБД. В ней пре­дусмотрены все необходимые средства для определения и обработки данных, а также для управления ими при работе с большими объемами информации.

Microsoft Access обладает развитой системой разработки приложений для Win­dows, позволяющей быстро создавать необходимые приложения для широкого спектра источников данных. Действительно, создание простого приложения в Microsoft Access не представляет никаких трудностей. Достаточно определить формы и отчеты, исходя из имеющихся данных, и связать их в приложение с помощью нескольких простых инструкций Visual Basic. При этом нет необхо­димости в написании программы в классическом значении этого термина.

Как новички, так и опытные разработчики приложений баз данных успеш­но работают в среде Microsoft Access.

Подобно всем хорошим системам управле­ния реляционными базами данных, Access позволяет легко объединять связанную информацию. Но кроме этого, Access является дополнени­ем к другим работающим с базами данных программным про­дуктам, поскольку Microsoft Access («access» по-английски означает «доступ») предоставляет широкие возможности для работы с данными из других источников, включая наиболее популярные СУБД для персональных компьютеров (напри­мер, dBASE и Paradox) и базы данных SQL, находящиеся на серверах, мини-ЭВМ или больших центральных ЭВМ. Пол­ностью поддерживая технологию ActiveX корпорации Micro­soft, Access может выступать в качестве клиента или сервера по отношению к другим приложениям, таким как Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint и Microsoft Outlook.

Access обеспечивает полный контроль над процес­сом определения данных, их обработкой и совместным использованием, а также существенно облегчает структуризацию и обработку больших объемов информации, хранящейся в многочисленных таблицах.

Access для обработки данных таблиц используется мощный язык SQL (Struc­tured Query Language — Структурированный язык запросов). Он позволяет определить подмножество данных из одной пли нескольких таблиц, необходи­мых для решения конкретной задачи. Но на самом деле совсем необязательно знать SQL, чтобы заставить Access решать нужные задачи. При любой обработке данных из нескольких таблиц Access использует однажды заданные связи между таблицами. Можно сконцентрировать усилия на решении информационных проблем, не затрачивая сил па построение сложной системы, которая отслеживает в вашей базе все связи между структурами данных. Access предоставляет простое и в то же время богатое возможностями средство графи­ческого построения запроса так называемый запрос по образцу, что обеспе­чивает задание данных, необходимых для решения некоторой задачи. ^[3]

Microsoft Excel предоставляет разработчику возможность использовать одновременно преимущества визуального программирования и электронной таблицы. Программа Excel – не просто электронная таблица. Это мощная библиотека, содержащая более сотни объектов для сложного анализа данных. Язык VBA позволяет разработчику построить из них информационную систему любой сложности. Поскольку диапазон применения объектов Excel широк, программист сумеет придать информационной системе необходимую гибкость. К услугам пользователей Excel новые инструменты для создания форм, усовершенствованные средства для редактирования и отладки программ, а также для просмотра объектов, и возможность создания нестандартных элементов управления. Excel поддерживает расширенный набор событий для рабочих книг, рабочих листов, диаграмм и самого приложения Excel. Поддержка OLE позволяет разработчику легко интегрировать объекты Excel в приложения, созданные средствами других программ. ^[4]

2.4. Проектирование форм выходных документов и графическое представление данных по задаче

В процессе выполнения практической части курсовой работы сначала в MS Access была создана и заполнена таблица “Магазин”. На рис. 3 и 4. представлен вид этой таблицы в режиме конструктора и при открытии.

Рисунок 3. Таблица “Магазин” в режиме конструктора в MS Access

Рисунок 4. Таблица “Магазин” при открытии в MS Access

Для сбора сведений о результатах работы продавцов магазина за отчетный период создадим запрос “Продаж_продавец”. Вид этого запроса в режиме конструктор и при открытии представлены соответственно на рис. 5 и 8, а вид окон запроса значений начальной и конечной даты – параметров этого запроса представлены на рис. 6 и 7.

Рисунок 5. Запрос “Продаж_продавец” в режиме конструктора

Рисунок 6. Окно запроса значения начальной даты при выполнении запроса “Продаж_продавец”

Рисунок 7. Окно запроса значения конечной даты при выполнении запроса “Продаж_продавец”

Рисунок 8. Запрос “Продаж_продавец” при открытии

Для сбора сведений о продажах товаров по датам месяца построим запрос “Продаж_дата”, вид которого в режиме конструктор и при открытии представлены на рис. 9 и 10.

Рисунок 9. Запрос “Продаж_дата” в режиме конструктора

Рисунок 10. Запрос “Продаж_дата” при открытии

Для получения сведений о количестве проданного товара по номенклатуре товара построим запрос “Продаж_товар”, вид которого в режиме конструктор и при открытии представлены на рис. 11 и 12.

Рисунок 11. Запрос “Продаж_товар” в режиме конструктора

Рисунок 12. Запрос “Продаж_товар” при открытии

Экспортируем запрос “Продаж_товар” в книгу MS Excel с одноименным названием и построим по его данным гистограмму. Вид данных созданной книги и построенной гистограммы представлен на рис. 13.

Рисунок 13. Вид листа книги “Продаж_товар” в MS Excel

2.5 Результаты выполнения контрольного примера в расчетном и формульном виде

На основании формул, представленных в п. 2. (‘Описание алгоритма решения задачи’), исходных данных (рис. 4), а также результатов, выдаваемых программой (рис. 8, 10 и 12) и контролируемых визуально, можно сделать вывод, что программное решение данной курсовой работы является работоспособным.

2.6 Инструкция пользователя

Для применения разработанного программного решения нужно заполнить таблицу “Магазин” в файле Magazine.mdb и открыть запросы “Продаж_товар”, “Продаж_продавец” и “Продаж_товар”.

Данные запроса “Продаж_товар” и гистограмма по его данным представлены в одноименном файле MS Excel .

Список использованной литературы

1. Экономическая информатика: Учебное пособие. Под. ред. В. В. Евсюкова – Тула, ,,Грифик”, 2003.
2. Э. Уэллс, С. Харшбаргер Microsoft Excel 97. Библиотека разработчика. Пер. с англ. - М.: “Русская редакция”, 1998.
3. Кэмпбелл М. Access. Ответы: Пер. с англ. - М.: Восточная книжная компания.
4. Справочная система Microsoft Excel XP и Microsoft Access XP.

1. Экономическая информатика: Учебное пособие. Под. ред. В. В. Евсюкова – Тула, ,,Грифик”, 2003. ↑

2. Экономическая информатика: Учебное пособие. Под. ред. В. В. Евсюкова – Тула, ,,Грифик”, 2003. ↑

3. Кэмпбелл М. Access. Ответы: Пер. с англ. - М.: Восточная книжная компания. ↑

4. Э. Уэллс, С. Харшбаргер Microsoft Excel 97. Библиотека разработчика. Пер. с англ. - М.: “Русская редакция”, 1998. ↑