Функции операционных систем персональных компьютеров

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день известно огромное количество разнообразных видов операционных систем, которые различаются областью использования, аппаратной платформой, методами реализации и другими аспектами. Закономерен тот факт, что разнообразие операционных систем порождает их существенные функциональные различия. Кроме того, даже одна–единственная операционная система может включать в себя такой элемент, который еще вчера отсутствовал, что также сильно затрудняет определение выполняемых функций той или иной операционной системой. С этим связана необходимость грамотного и эффективного выделения функций операционных систем и определения некоторой классификации.

Под операционной системой большинство актуальных исследований выделяют комплекс взаимосвязанных системных программ. Назначением такого комплекса выделяют организацию взаимодействия пользователей с компьютером (в данном случае – персональным) и реализация всех других программ, установленных и функционирующих на персональном компьютере.

Известно, что мы живем в век информационных технологий, где умение оперативно искать, обрабатывать и усваивать информацию ценится все больше с каждым днем и является одним из ключевых навыков для успешного вхождения человека в современное информационное общество. Операционные системы, работающие сегодня на персональных компьютерах, созданы именно с целью упрощения процессов работы с информацией. Следовательно, чем более функциональна и эргономична операционная система, тем более комфортным и, как следствие, более эффективным, является использование персонального компьютера.

Таким образом, определяется цель исследования – изучение функций операционных систем персональных компьютеров.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

• изучить понятие операционной системы;
• рассмотреть историю появления первых операционных систем;
• привести классификацию операционных систем;
• охарактеризовать функции операционных систем персональных компьютеров;
• подвести итоги по выполненной работе.

Объект исследования – операционные системы персональных компьютеров, а предмет исследования – функции операционных систем. В качестве основной теоретической базы выступают работы современных исследователей проблемы, таких как Петерсен Р., Попов И. И. и Фролов А. В. Структура работы включает две главы, четыре параграфа, а также такие элементы как введение, заключение, список использованных источников. Общий объем работы составляет 27 страниц.

1. Операционные системы. Понятие, история появления

1.1. Понятие операционной системы

Для того, чтобы понять роль операционной системы необходимо рассмотреть общую картину функционирования компьютерной системы.

Рисунок 1. Компоненты компьютерной системы

На нижнем уровне иерархии компьютерной системы находится аппаратура (hardware) компьютера, основные части которой – центральный процессор (CPU), выполняющий команды (инструкции) компьютера; память, хранящая данные и программы, и устройства ввода– вывода, или внешние устройства, обеспечивающие ввод информации в компьютер и вывод результатов работы программ в форме, воспринимаемой пользователем–человеком или другими программами. Часто на программистском сленге аппаратуру называют «железом».

Уровнем выше располагается операционная система – основной предмет нашего курса; системное программное обеспечение, управляющее использованием аппаратуры компьютера различными программами и пользователями.

Далее – прикладное программное обеспечение – программы, предназначенные для решения различных классов задач. К ним относятся системы управления базами данных (СУБД); графические библиотеки, игровые программы, офисные программы. Прикладное программное обеспечение образует следующий, более высокий уровень, по сравнению с операционной системой, и позволяет решать на компьютере различные прикладные и повседневные задачи.

Рисунок 2. Общая картина функционирования компьютерной системы

Верхний уровень – пользователи – люди и другие компьютеры. Отнесение пользователя–человека к компонентам компьютерной системы – вовсе не шутка, а реальность: любой пользователь фактически становится частью вычислительной системы в процессе своей работы на компьютере, так как должен подчиняться определенным строгим правилам, нарушение которых приведет к ошибкам или невозможности использования компьютера, и выполнять большой объем типовых рутинных действий – почти как сам компьютер.

Одна из важных функций ОС как раз и состоит в том, чтобы избавить пользователя от большей части такой рутинной работы (например, резервного копирования файлов) и позволить ему сосредоточиться на работе творческой.

Другие компьютеры в сети также могут играть роль пользователей (клиентов) по отношению к данному компьютеру, выступающему в роли сервера, используемого, например, для хранения файлов или выполнения больших программ.

Операционная система предоставляет основу и среду для выполнения прикладных программ пользователя, а именно:

Общее абстрактное представление ресурсов, которые могут запрашиваться и использоваться прикладным программным обеспечением(процессор, память, устройства вв/выв (диск, сеть)

Использует аппаратные ресурсы одного или нескольких процессоров

Управляет вторичной памятью и устройствами ввода/вывода.

Цели:

• сделать компьютер более удобным;
• сделать компьютер более эффективным;
• сделать компьютер более безопасным.

Операционная система (ОС) – базовое системное программное обеспечение, управляющее работой компьютера и являющееся посредником (интерфейсом) между аппаратурой, прикладным программным обеспечением и пользователем компьютера.

Фактически операционная система с точки зрения пользователя– это как бы продолжение аппаратуры, надстройка над ней, обеспечивающая более удобное, надежное и безопасное использование компьютеров и компьютерных сетей.

Основные цели работы операционной системы следующие:

1. Обеспечение удобства, эффективности, надежности, безопасности выполнения пользовательских программ. Для пользователя самое главное – чтобы его программа работала, вела себя предсказуемо, выдавала необходимые ему правильные результаты, не давала сбоев, не подвергалась внешним атакам. Вычислительную среду для такого выполнения программ и обеспечивает операционная система.
2. Обеспечение удобства, эффективности, надежности, безопасности использования компьютера. Операционная система обеспечивает максимальную полезность и эффективность использования компьютера и его ресурсов, обрабатывает прерывания, защищает компьютер от сбоев, отказов и хакерских атак. Эта деятельность ОС может быть не столь заметной для пользователя, но она осуществляется постоянно.
3. Обеспечение удобства, эффективности, надежности, безопасности использования сетевых, дисковых и других внешних устройств, подключенных к компьютеру. Особая функция операционной системы, без которой невозможно использовать компьютер, – это работа с внешними устройствами. Например, ОС обрабатывает любое обращение к жесткому диску, обеспечивая работу соответствующего драйвера (низкоуровневой программы для обмена информацией с диском) и контроллера (специализированного процессора, выполняющего команды ввода–вывода с диском). Любая «флэшка», вставленная в USB–слот компьютера, распознается операционной системой, получает свое логическое имя (в системе Windows – в виде буквы, например, G) и становится частью файловой системы компьютера на все время, пока она не будет извлечена (демонтирована).

Подчеркнем особую важность среди функций современных ОС обеспечения безопасности, надежности и защиты данных. Следует учитывать, что компьютер и операционная система работают в сетевом окружении, в котором постоянно возможны и фактически происходят атаки хакеров и их программ, ставящие своей целью нарушение работы компьютера, «взлом» конфиденциальных данных пользователя, хранящихся на нем, похищение логинов, паролей, использование компьютера как «робота» для рассылки реклам или вирусов и др.

1.2. История появления и развития операционных систем

Начало созданию операционных систем для микроЭВМ положила ОС СР/М. Она была разработана в 1974 году, после чего была установлена на многих 8–разрядных машинах. В рамках этой операционной системы было создано программное обеспечение значительного объема, включающее трансляторы с языков Бейсик, Паскаль, Си, Фортран, Кобол, Лисп, Ада и многих других, текстовые (Текстовые процессоры – это наиболее широко используемый вид прикладных программ. Они позволяют подготавливать документы гораздо быстрее и удобнее, чем с помощью пишущей машинки. Текстовые процессоры позволяют использовать различные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносят слова на новую строку, позволяют делать сноски, включать рисунки, автоматически нумеруют страницы и сноски и т.д) и табличные процессоры, системы управления базами данных, графические пакеты (Система управления базами данных (СУБД) – позволяет управлять большими информационными массивами – базами данных), символьные отладчики и другие проблемно ориентированные программы.

Успех системы в значительной степени был обусловлен ее предельной простотой и компактностью, возможностью быстрой настройки на различные конфигурации ПЭВМ. Первая версия системы занимала всего 4 К, что было весьма важно в условиях ограниченности объемов памяти ПЭВМ того времени.

Операционные системы типа DOS

ОС типа DOS стала доминирующей с появлением 16–разрядных ПЭВМ, использующих 16–разрядные микропроцессоры типа 8088 и 8086. С точки зрения долголетия ни одна операционная система для микрокомпьютеров не может даже приблизиться к DOS. С момента появления в 1981 году DOS распространилась настолько широко, что завоевала право считаться самой популярной в мире ОС. Несмотря на некоторые свои недостатки и на то, что большая ее часть основывается на разработках 70–х годов, DOS продолжает существовать и распространяться и поныне. Хорошо это или плохо, она, вероятно, будет доминировать на рынке операционных систем в течение ближайшего времени. В настоящее время для DOS разработан огромный фонд программного обеспечения. Имеются трансляторы (Транслятор – программа, автоматически преобразующая программу на языке программирования в последовательность инструкций. Разновидности трансляторов – компилятор, интерпретатор) для практически всех популярных языков высокого уровня, включая Бейсик, Паскаль, Фортран, Си, Модула–2, Лисп, Лого, АПЛ, Форт, Ада, Кобол, ПЛ–1, Пролог, Смолток и др.; причем для большинства языков существует несколько вариантов трансляторов. Имеются инструментальные средства для разработки программ в машинных кодах – ассемблеры, символьные отладчики и др. Эти инструментальные средства сопровождаются редакторами, компоновщиками и другими сервисными системами, необходимыми для разработки сложных программ. Кроме системного программного обеспечения для DOS создано множество прикладных программ.

Стандарт MSX

Этот стандарт определял не только ОС, но и характеристики аппаратных средств для школьных ПЭВМ. Согласно стандарту MSX машина должна была иметь оперативную память объемом не менее 16 К, постоянную память объемом 32 К с встроенным интерпретатором языка Бейсик, цветной графический дисплей с разрешающей способностью 256х192 точек и 16 цветами, трехканальный звуковой генератор на 8 октав, параллельный порт для подключения принтера и контроллер для управления внешним накопителем, подключаемым снаружи.

Операционная система такой машины должна была обладать следующими свойствами: требуемая память – не более 16 К, совместимость с СР/М на уровне системных вызовов, совместимость с DOS по форматам файлов на внешних накопителях на основе гибких магнитных дисков, поддержка трансляторов языков Бейсик, Си, Фортран и Лисп. Таким образом, эта операционная система, получившая название MSX–DOS, учитывала необходимость поддержки обширного программного обеспечения, разработанного для СР/М, и одновременно ориентировалась на новые в то время разработки, связанные с DOS.

Операционные системы, основанные на графическом интерфейсе

Помимо широко распространенных машин, проектируемых в соответствии со сложившимися стандартами, часто создаются машины, в которых особо выделяется какое–либо свойство. Так, наибольшее внимание в начале и середине 80–х годов привлекли своими графическими возможностями машины Macintosh и Amiga. В первой из них дисплей был монохромным, во второй – цветным, но обе отличались высокой разрешающей способностью и скоростью вывода графической информации на дисплей.

Операционные системы для этих машин были спроектированы так, чтобы максимально использовать возможности работы с графикой. В них используется многооконный интерфейс и манипулятор «мышь». Для выбора той или иной операции или рабочего объекта на экран выводится несколько условных графических символов (пиктограмм), среди которых пользователь делает выбор с помощью «мыши»

Пи – система

В начальный период развития персональных компьютеров была создана операционная система USCD p–system. Основу этой системы составляла так называемая П–машина – программа, эмулирующая гипотетическую универсальную вычислительную машину. П–машина имитирует работу процессора, памяти и внешних устройств, выполняя специальные команды, называемые П–кодом. Программные компоненты Пи–системы (в том числе компиляторы) составлены на П–коде, прикладные программы также компилируются в П–код. Таким образом, главной отличительной чертой системы являлась минимальная зависимость от особенностей аппаратуры ПЭВМ. Именно это обеспечило переносимость Пи–системы на различные типы машин. Компактность П–кода и удобно реализованный механизм подкачки позволял выполнять сравнительно большие программы на ПЭВМ, имеющих небольшую оперативную память.

Однако принципиальной особенностью данной системы являлся преимущественно интерпретационный режим исполнения прикладных программ, что влекло интенсивные обмены информацией между оперативной памятью и внешними накопителями. В результате происходило существенное замедление работы.

Операционные системы семейства UNIX

Система UNIX приобрела популярность в связи с ее успешным использованием на мини–ЭВМ. Этот успех послужил толчком к тому, чтобы создать подобную систему и для персональных компьютеров. Как правило, различные версии ОС, относящихся к этому семейству, имеют свои названия, но в основных чертах повторяют особенности UNIX.

UNIX – операционная система, которая позволяет осуществить выполнение работ в многопользовательском и многозадачном режиме. Поначалу она предназначалась для больших ЭВМ, чтобы заменить MULTICS. UNIX является очень мощным средством в руках программиста, но требует очень большого объёма ОЗУ и пространства диска. Несмотря на попытки стандартизировать эту операционную систему, существует большое количество различных его версий, главным образом потому, что она была распространена в виде программы на языке Си, которую пользователи стали модифицировать для своих собственных нужд.

Главной отличительной чертой этой системы является ее модульность и обширный набор системных программ, которые позволяли создать благоприятную обстановку для пользователей–программистов. Система UNIX органически сочетается с языком Си, на котором написано более 90% ее собственных модулей. Командный язык системы практически совпадает с языком Си, что позволяло очень легко комбинировать различные программы при создании больших прикладных систем.

UNIX имеет «оболочку», с которой пользователь непосредственно взаимодействует, и «ядро», которое, собственно, и управляет действиями компьютера. Компьютер выводит в качестве приглашения для ввода команд долларовый знак. Из–за продолжительности пользования этой операционной системы количество команд весьма велико. В добавление к командам по управлению файлами, которые присутствуют в любой операционной системе, UNIX имеет, по крайней мере, один текстовый редактор, а также форматер текста и компилятор языка Си, что позволяет, по мере надобности, модифицировать «оболочку».

От UNIX многие другие операционные системы переняли такие функции, как переназначение, канал и фильтр; однако UNIX имеет несомненно преимущество в том, что она с самого начала разрабатывалась как многопользовательская и многозадачная операционная система. Имена файлов могут иметь 14 знаков, причём в именах файлов различаются заглавные и строчные буквы. Первоначальный набор команд операционной системы расширился до 143 в версии 7.0; в версии System III добавилась ещё 71 команда, ещё 25 – в Berkeley 4.1 и следующие 114 в Berkeley 4.2. Из–за такого обилия команд UNIX не относится к самым удобным для пользователя языкам. Работа облегчается, если применять графический пользовательский интерфейс, но поскольку такое количество команд и без того занимает значительный объём памяти, этот интерфейс требует ещё большего объёма памяти и пространства диска.

2. Классификация и функции операционных систем

2.1. Классификация операционных систем

Существует несколько схем классификации операционных систем. В данном исследовании сообразно рассмотреть несколько классификаций, основанных на принципах работы с пользователем.

По количеству одновременно работающих пользователей:

Однопользовательские ОС позволяют работать на компьютере только одному человеку.

Многопользовательские ОС поддерживают одновременную работу на ЭМВ нескольких пользователей за различными терминалами.

По числу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы:

Однозадачные ОС поддерживают выполнение только одной программы в отдельный момент времени, то есть позволяют запустить одну программу в основном режиме.

Многозадачные ОС (мультизадачные) поддерживают параллельное выполнение нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы на некотором отрезке времени, то есть позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно, не мешая друг другу.

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.

Современные ОС поддерживают многозадачность, создавая иллюзию одновременной работы нескольких программ на одном процессоре. На самом деле за фиксированный период времени процессор обрабатывает только один процесс, а процессорное время делится между программами, организуя тем самым параллельную работу. Это замечание не относится к многопроцессорным системам, в которых в действительности в один момент времени могут выполняться несколько задач.

Многозадачная ОС, решая проблемы распределения ресурсов и конкуренции, полностью реализует мультипрограммный (многозадачный) режим. Многозадачный режим, который воплощает в себе идею разделения времени, называется вытесняющим (preemptive). Каждой программе выделяется квант процессорного времени, по истечении которого управление передается другой программе. Говорят, что первая программа будет вытеснена. В вытесняющем режиме работают пользовательские программы большинства ОС.

По количеству поддерживаемых процессоров (однопроцессорные, многопроцессорные):

Многопроцессорные ОС поддерживают режим распределения ресурсов нескольких процессоров для решения той или иной задачи. При многопроцессорном режиме работы два или несколько соединенных и примерно равных по характеристикам процессора совместно выполняют один или несколько процессов (программ или наборов команд). Цель такого режима – увеличение быстродействия или вычислительных возможностей.
Многопроцессорные ОС разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных ОС на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро, и задача может быть выполнена на любом процессоре, то есть обработка полностью децентрализована. При этом каждому из процессоров доступна вся память.

В асимметричных ОС процессоры неравноправны. Обычно существует главный процессор (master) и подчиненные (slave), загрузку и характер работы которых определяет главный процессор.

По типу доступа пользователя к ЭВМ (с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени):

ОС пакетной обработки: в них из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет (набор) заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности.

ОС разделения времени обеспечивают одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания. 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.

ОС реального времени обеспечивают определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя с управлением им какими–либо внешними по отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами. При таком режиме ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления.

По разрядности кода операционной системы: восьмиразрядные, шестнадцатиразрядные, тридцатидвухразрядные, шестидесяти четырехразрядные:

Разрядность кода – это разрядность используемых аппаратных средств (например, использование 32–разрядных регистров для процессоров). Подразумевается, что разрядность ОС не может превышать разрядности процессора.

По типу интерфейса (командные (текстовые), объектно–ориентированные (как, правило, графические):

Пользовательский интерфейс – это программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или ЭВМ. Пользовательский интерфейс бывает командным и объектно–ориентированным.

Командный интерфейс предполагает ввод пользователем команд с клавиатуры при выполнении действий по управлению ресурсами компьютера. При этой технологии в качестве единственного способа ввода информации от человека к компьютеру служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью монитора. Эту комбинацию (монитор + клавиатура) стали называть консолью.

Команды набираются в командной строке. Командная строка представляет собой строку приглашения. Команда заканчивается нажатием клавиши Enter. После этого осуществляется переход в начало следующей строки. Именно с этой позиции компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Затем процесс повторяется.

Объектно–ориентированный интерфейс – это управление ресурсами вычислительной системы посредством осуществления операций над объектами, представляющими файлы, каталоги (папки), дисководы, программы, документы и т.д.

Разновидностью объектно–ориентированного интерфейса является графический WIMP – интерфейс (Window – окно, Image – образ, Menu – меню, Pointer – указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью команд, а с помощью графических образов – меню, окон, других элементов. Хотя и в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается «опосредованно», через графические образы. Этот вид интерфейса реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и «чистый» WIMP–интерфейс, пример графический WIMP–интерфейс ОС Windows.

Кроме названных основных видов интерфейса можно выделить еще один – SILK – интерфейс (Speech – речь, Image – образ, Language – язык, Knowlege – знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный «разговор» человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму.

По типу использования ресурсов (сетевые, не сетевые): Сетевые ОС: Novell NetWare, Windows 2008 Server.

Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных, и предоставляют мощные средства разграничения доступа к данным в рамках обеспечения их целостности и сохранности, а также множество сервисных возможностей по использованию сетевых ресурсов.

По особенностям методов построения: монолитное ядро или микроядерный подход.

При описании операционной системы часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу.

Способы построения ядра системы – монолитное ядро или микроядерный подход. Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС – серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой – ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.

2.2. Функции операционных систем

Операционная система (ОС) связывает аппаратное обеспечение и прикладные программы. Многие свойства различных программ похожи, и операционная система обычно предоставляет этот общий сервис. Например, практически все программы считывают и записывают информацию на диск или отображают ее на дисплее. И хотя каждая программа в принципе может содержать инструкции, выполняющие эти повторяющиеся задачи, использование в этих целях операционной системы более практично.

Операционная система может взаимодействовать с аппаратными средствами и пользователем или прикладными программами. Она также может переносить информацию между аппаратурой и прикладным программным обеспечением.

Прикладной программист не должен беспокоиться о написании специального программного кода для записи данных на все множество дисков, которое может быть на ПК. Программист просто просит операционную систему записать данные на диск, а ОС занимается зависящей от аппаратуры информацией. Операционная система получает предоставляемые прикладными программами данные и записывает их на физический диск.

Использование операционной системы делает программное обеспечение более общим: программы могут работать на любом компьютере, на котором можно запустить эту операционную систему, поскольку взаимодействуют с операционной системой, а не с аппаратурой.

Наиболее часто используемые операционные системы, такие как DOS, Windows, UNIX, также предоставляют пользовательский интерфейс: пользователь может набирать команды в системном приглашении. ОС интерпретирует эти инструкции с помощью программы, логично называемой командным интерпретатором, или процессором.

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.).
• организация среды взаимодействия и обмена информацией между работающими программами.

Далее более подробно рассмотрим названные функции.

Осуществление диалога с пользователем.

Компьютер сам по себе без разработанных человеком для него программ не может выполнить какой–либо работы. Компьютерной программой называют упорядоченную последовательность команд (инструкций) компьютеру для решения задач. Программное обеспечение (ПО) является логическим продолжением технических средств компьютера, создающим возможности применения компьютера в информационной деятельности человека.

Как любое техническое устройство, компьютер обменивается информацией с человеком посредством набора определенных правил, обязательных как для машины, так и для человека. Эти правила в компьютерной литературе называются интерфейсом. От интерфейса зависит технология общения человека с компьютером. Можно выделить следующие виды интерфейса: командный интерфейс, графический WIMP–интерфейс, SILK–интерфейс.

1. Кo­мa­ндный интe­рфe­йc­. Этo­т интерфейс называется так потому, что в этом видe­ интe­рфe­йc­a­ чe­лo­вe­к подает команды компьютеру, а компьютер их выполняет и выдa­e­т рe­зультa­т человеку. Командный интерфейс реализован в виде пакетной тe­хнo­лo­гии и тe­хнo­лo­гии командной строки.
2. Графический WIMP–интерфейс. Характерной особенностью этого вида интe­рфe­йc­a­ являe­тc­я тo­, что диалог с пользователем ведется не с пo­мo­щью кo­мa­нд, a­ с помощью графических образов – меню, окон, других элe­мe­нтo­в.
3. SILK–интe­рфe­йc­. Этo­т вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой фo­рмe­ o­бщe­ния. B­ рамках этого интерфейса идет речевое общение человека и кo­мпьютe­рa­. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя чe­лo­вe­чe­c­кую рe­чь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения кo­мa­нд o­н тa­кжe­ преобразует в понятную человеку форму.

Ввод–вывод и управление данными. Программная поддержка работы периферийных устройств.

В составе любой ОС существует специальная подсистема, управляющая аппаратурой ввода–вывода. Основные задачи, решаемые с помощью этой подсистемы, состоят в следующем:

• подсистема должна обеспечить пользователей удобным и понятным интерфейсом для обращения к периферийным устройствам (ПУ) как в однопользовательском, так и в многопользовательском режимах работы ЭВМ; при этом часто выдвигается требование на достижение унифицированного интерфейса для доступа к различным по своим физическим характеристикам ПУ, для чего реализуется принцип независимости от устройств;
• в мультипрограммном режиме работы систем разделения времени подсистема должна обеспечить такое планирование процесса ввода–вывода данных, чтобы достичь максимального перекрытия во времени работы центрального процессора (ЦП) и аппаратуры ввода–вывода.
• состав подсистемы ОС для устройств ввода–вывода и аппаратура ввода–вывода существенно отличаются для различных ЭВМ, но можно выделить и единое концептуальное начало, свойственное всем подсистемам. Аппаратуру ввода–вывода можно рассматривать как совокупность аппаратурных процессоров, которые способны работать параллельно друг относительно друга, а также относительно ЦП. На таких процессорах выполняются так называемые внешние процессы. Например, для печатающего устройства процесс может состоять из совокупности действий, обеспечивающих перевод каретки, продвижение бумаги на одну строку, печать любого заданного числа символов на строке.

Внешние процессы взаимодействуют с программными процессами, выполняемыми ЦП и оперативной памятью. Существенно, что скорость выполнения программного процесса может на несколько порядков превосходить скорость внешнего процесса.

Подсистема ОС для управления вводом–выводом с точки зрения программных процессов является интерфейсом с ПУ. Различают три типа действий с ПУ:

• операции чтения–записи данных;
• операции управления ПУ;
• операции по проверке состояния ПУ.

Планирование и организация процесса обработки программ. Организация среды взаимодействия и обмена информацией между работающими программами.

При решении вычислительной задачи ЭВМ использует свои ресурсы в объеме и последовательности, определяемых алгоритмом решения. К ресурсам ЭВМ относятся объем оперативной и внешней памяти, время работы процессора, время обращения к внешним устройствам (внешняя память, устройства отображения). Естественно, что эти ресурсы ограничены. Поэтому и требуется найти наилучшую последовательность решения поступивших на обработку вычислительных задач. Процесс определения последовательности решения задач во времени называется планированием. При планировании необходимо знать, какие ресурсы и в каком количестве требует каждая из поступивших задач. Анализ потребности задачи в ресурсах производится на основе ее программы решения. Программа состоит, как правило, из ограниченного набора процедур (по крайней мере к этому стремятся) с известными для данной ВС затратами ресурсов. После анализа поступивших программ решения задач становится ясно, какая задача каких ресурсов требует и в каком объеме. Критерии, используемые при планировании, зависят от степени определенности алгоритмов решаемых задач.

Распределение ресурсов. Запуск программ на выполнение.

Управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффективного их использования является назначением операционной системы. Например, мультипрограммная операционная система организует одновременное выполнение сразу нескольких процессов на одном компьютере, поочерёдно переключая процессор с одного процесса на другой, исключая простои процессора, вызываемые обращениями процессов к вводу–выводу ОС также отслеживает и разрешает конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству ввода–вывода или к одним и тем же данным.

Критерий эффективности, в соответствии с которым ОС организует управление ресурсами компьютера, может быть различным. Например, в одних системах важен такой критерий, как пропускная способность вычислительной системы, в других – время её реакции. Соответственно выбранному критерию эффективности операционные системы по–разному организуют вычислительный процесс.

Управление ресурсами включает решение следующих общих, не зависящих от ресурса задач:

• планирование ресурса, то есть определение, какому процессу, когда и в каком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить ресурс;
• удовлетворение запросов на ресурсы;
• отслеживание состояния и учёт использования ресурса, то есть поддержание оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена;
• разрешение конфликтов между процессами.

Задача организации эффективного совместного использования ресурсов несколькими процессами является весьма сложной, и слож­ность эта порождается в основном случайным характером возникновения запросов на потребление ресурсов. В мультипрограммной системе образуются очереди заявок от одновременно выполняемых программ к разделяемым ресурсам компьютера: процессору, страницам памяти, к принтерам, к дискам. Операционная система организует обслуживание этих очередей по разным алгоритмам: в порядке поступления, на основе приоритетов, кругового обслуживания и т. д.

Исходя из приведенных данных становится очевидно, насколько важные функции выполняют операционные системы персональных компьютеров. Они позволяют пользователю практически ни о чем не беспокоиться, в то время как сами осуществляют такие жизненно необходимые для компьютера операции, как осуществление диалога с пользователем, управление данными, организация взаимодействия программного и аппаратного обеспечения и многие другие функции, которые были рассмотрены в данной главе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы была достигнута цель исследования – изучены функции операционных систем персональных компьютеров.

Для достижения денной цели были выполнены поставленные задачи, а именно:

• изучено понятие операционной системы;
• рассмотрена история появления первых операционных систем;
• приведена классификация операционных систем;
• охарактеризованы функции операционных систем персональных компьютеров.

Как было замечено ранее, мы живем в век информационных технологий. Помимо всего прочего, это подразумевает постоянное развитие и совершенствование существующих технологий и техники, а также открытие все новых и новых средств и методов обработки и хранения информации. В связи с этим нельзя утверждать, что проблема была изучена полностью – с развитием новейших технологий и операционных систем появятся и новые объекты для актуальных времени исследований.

Кроме того, необходимо отметить, что при работе над исследованием были подкреплены ранее полученные и освоены новые теоретические знания в области операционных систем, которые в будущем пригодятся не только для успешного изучения дисциплины и дисциплин, смежных с ней, но и могут быть применены в повседневной практической жизни.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Андреев, А. Г. и др. Microsoft Windows XP. Руководство администратора / под общ. ред. А. Н.Чекмарева. – СПб.: БХВ–Петербург, 2016. – 848 с.: ил.
2. Дьяконов, В. Ю. Системное программирование: уч. пособие для вузов / В. Ю. Дьяконов, В. А. Китов, И. А. Калиничев. Под ред. А. Л. Горелика. М.: Русская редакция, 2016,221с.
3. Калверт, Ч. Программирование в Windows. Освой самостоятельно / Ч. Калверт. М.: Восточная Книжная Компания, 2016. – 848 с.: ил.
4. Керниган, Б. В. Unix – универсальная среда программирования / Б. В. Керниган. М.: Финансы и статистика, 2018, 304с.
5. Макин, Дж.К. Развертывание и настройка Windows Server / Дж. К. Макин, А. Десаи. – М.:Русская Редакция, 2019. – 640 с.
6. Новиков, Ю. В. Основы локальных сетей: курс лекций: учеб. пособие: для студентов вузов, обучающихся по специальностям в обл. информ. технологий / Ю. В. Новиков, С. В. Кондратенко. – М.: Интернет – Ун–т Информ. Технологий, 2017. – 360 с.
7. Олифер В. Г. Сетевые операционные системы / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – СПб.:Питер, 2018. – 672 с.
8. Партыка, Т. Л. Операционные системы, среды в и оболочки: учеб. пособие / Т. Л. Партыка, И. И. Попов.– М. : Форум, 2019.
9. Петерсен, Р. Linux: руководство по операционной системе / Р. Петерсен. Киев: Издательская группа BHV, 2017, 688с.
10. Петроченков, А. А. Компьютер и периферия / А. А. Петроченков. М.: ВИНИТИ, 2017, 238с.
11. Попов И. И. Введение в сетевые информационные ресурсы и технологии: Учебное пособие / И. И. Попов, Н. В. Максимов, П. Б. Храмцов. М.: РГГУ, 2019, 203с.
12. Робачевский, А. М. Операционная система Unix / А. М. Робачевский. СПб.: BHV Санкт–Петербург, 2016, 528с.
13. Таненбаум, Э.Операционные системы: Справочник / Э. Таненбаум. М.: Форум, 2018, 386с.
14. Титаренко, С. П. Управление процессами в современных операционных системах ЭВМ: учебное пособие / С. П. Титаренко. М.: Финансы и статистика, 2018, 214с.
15. Фролов, А. В. Локальные сети персональных компьютеров. Монтаж сети, установка программного обеспечения / А. В. Фролов, Г. В. Фролов. – М.: Диалог–МИФИ, 1994.–169с.
16. Ханикат, Дж. Знакомство с Microsoft Windows Server 2003 / Дж. Ханикат. – М.: Издательско–торговый дом «Русская редакция», 2013. – 464 с.
17. Шиндер, Т. В. ISA Server 2004 / Т. В. Шиндер, Д. Л. Шиндер. – М.: Издательско–торговый дом «Русская Редакция»: СПб.: БХВ–Петербург, 2016. – 1088 с.