Понятие и функции операционной системы. База данных музыкальных компакт-дисков

Министерство  образования РФ

МОУ ВПО «Институт  права и экономики»

Кафедра математических, естественнонаучных и  экономических дисциплин 
 
 
 

Контрольная работа 

по информатике 

Вариант №3 

Теоретический вопрос «Понятие и функции операционной системы»

Практическое задание «База данных музыкальных компакт-дисков» 
 
 

Выполнил:                                                             студентка группы БЗ-10-1                                          

                                                                                   Ананьева А.В.

Проверил:                                                                 к.ф.-м.н.

Седых И.А. 
 
 
 
 
 
 

Липецк  2011

Содержание 

Введение …………..……………………………...…………………………………….3

1. Понятие и назначение операционных систем …….……………………………….4

2. Классификация операционных систем…………… ….…………...….…………….7

3. Функции операционных систем……………………...……………………………11

Заключение………………………………………………………………………….…16

Список  используемой литературы…………………………………………………...17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

  Операционная  система – так называется первая и самая главная программа, благодаря которой становится возможным общение между компьютером и человеком.

    Операционная система (ОС) – это  своего рода буфер-передатчик  между компьютерным железом и  остальными программами. ОС принимает  на себя сигналы-команды, которые  посылают другие программы, и «переводит» их на понятный машине язык. ОС управляет всеми подключёнными к компьютеру устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам. Третья задача ОС обеспечивать удобство работы с компьютером для человека-пользователя.

    Каждая ОС состоит как минимум из 3-х обязательных частей.

    Первая – ядро, командный интерпретатор,  «переводчик» с программного  языка на «железный», язык машинных  кодов.

    Вторая – специализированные  программки для управления различными  устройствами, входящими в состав компьютера. Такие программки называются драйверами – т. е. «водителями», управляющими. Сюда же относятся так называемые «системные библиотеки», используемые как самой операционной системой, так и входящими в её состав программами.

    Третья часть – удобная оболочка, с которой общается пользователь – интерфейс. Это своего рода красивая обёртка, в которую упаковано скучное и не интересное для пользователя ядро. Сравнение с упаковкой удачно ещё и потому, что именно на неё обращают внимание при выборе ОС, – о ядре же, главной части ОС, вспоминают уже потом.

    Цель работы – рассмотрение сущности операционной системы и ее функций.

  Задачи  работы:

• изучить понятие и назначение операционных систем;
• рассмотреть классификацию операционных систем;
• проанализировать функции операционных систем.

1. Понятие и назначение операционных систем

  Операционные  системы (ОС) в настоящее время  являются обязательной составляющей системного программного обеспечения ЭВМ. Без ОС функционирование ЭВМ и выполнение ею пользовательских задач невозможны.

  Операционная  система – это комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивающих интерфейс между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера – с другой, и реализующих рациональное управление ресурсами компьютера (в соответствии с некоторыми критериями). [4, с.224]

  Над ОС в структуре аппаратно-программных  средств компьютера расположены остальные системные программы. Здесь находятся интерпретатор команд, системы окон, компиляторы и редакторы кода. Компиляторы – это ПО, переводящее программу с языка программирования высокого уровня на машинный язык. После этого программа записывается в ОЗУ и затем выполняется. Интерпретаторы – это ПО, переводящее операторы программы на машинный язык по очереди и немедленно выполняющее их. Очень важно понимать, что такие программы не являются частью ОС. Под операционной системой обычно понимается то программное обеспечение, которое запускается в режиме ядра и защищается от вмешательства пользователя с помощью аппаратных средств. А компиляторы и редакторы запускаются в пользовательском режиме. Если пользователю не нравится какой-либо компилятор, он может выбрать другой или написать свой собственный, но он не может написать свой собственный обработчик прерываний, являющийся частью операционной системы и защищенный аппаратно от попыток его модифицировать.

  Во  многих ОС есть программы, которые работают в пользовательском режиме. Они помогают операционной системе выполнять специализированные функции. Например, программы, позволяющие пользователям изменять свои пароли. Эти программы не являются частью ОС и запускаются не в режиме ядра, но выполняемые ими функции влияют на работу системы. Такие программы также защищаются от воздействия пользователя.

  И, наконец, над системными программами расположены прикладные программы. Обычно они покупаются или пишутся пользователем для решения собственных задач – обработки текста, работы с графикой, технических расчетов или создания системы управления базой данных.

  Операционные  системы выполняют две основные функции – расширение возможностей машины и управление ее ресурсами.

  Архитектура (система команд, организация памяти, ввод/вывод данных и структура шин) компьютера на уровне машинного языка неудобна для работы с программами, особенно при вводе/выводе данных. Так, процедура ввода/вывода данных с гибкого диска выполняется через микросхемы контроллера. Контроллер имеет 16 команд. Каждая задается передачей от 1 до 9 байт в регистр устройства. Это команды чтения и записи данных, перемещения головки диска, форматирования дорожек, инициализации, распознавания, установки в исходное положение и калибровки контроллера и приводов. Основные команды read и write (чтение и запись). Каждая из них требует 13 параметров, которые определяют адрес блока на диске, количество секторов на дорожке, физический режим записи, расстановку промежутков между секторами. Программист при работе с гибким диском должен также постоянно знать, включен двигатель или нет. Если двигатель выключен, его следует включить прежде, чем данные будут прочитаны или записаны. Двигатель не может оставаться включенным слишком долго, так как гибкий диск изнашивается. Поэтому программист вынужден выбирать между длинными задержками во время загрузки и изнашивающимися гибкими дисками.

  Отсюда  ясно, что обыкновенный пользователь не захочет сталкиваться с такими трудностями во время работы с дискетой или жестким диском, процедуры управления которым еще сложнее. Ему нужны простые высокоуровневые операции. В случае работы с дисками типичной операцией является выбор файла из списка файлов, содержащихся на диске. Каждый файл может быть открыт для чтения или записи, прочитан или записан, а потом закрыт. А детали этих операций должны быть скрыты от пользователя.

  Программа, скрывающая истину об аппаратном обеспечении и представляющая простой список файлов, которые можно читать и записывать, называется операционной системой. Операционная система не только устраняет необходимость работы непосредственно с дисками и предоставляет простой, ориентированный на работу с файлами интерфейс, но и скрывает множество неприятной работы с прерываниями, счетчиками времени, организацией памяти и другими низкоуровневыми элементами. В каждом случае процедура, предлагаемая ОС, намного проще и удобнее в обращении, чем те действия, которые требует выполнить основное оборудование.

  С точки зрения пользователя ОС выполняет  функцию виртуальной машины, с которой проще и легче работать, чем непосредственно с аппаратным обеспечением, составляющим реальный компьютер. А для программ ОС предоставляет ряд возможностей, которые они могут использовать с помощью специальных команд, называемых системными вызовами.

  Концепция, рассматривающая ОС прежде всего  как удобный интерфейс пользователя, – это взгляд сверху вниз. Альтернативный взгляд снизу вверх дает представление об ОС как о механизме управления всеми частями компьютера. Современные компьютеры состоят из процессоров, памяти, дисков, сетевого оборудования, принтеров и огромного количества других устройств. В соответствии со вторым подходом работа ОС заключается в обеспечении организованного и контролируемого распределения процессоров, памяти и устройств ввода/вывода между различными программами, состязающимися за право их использовать. [2, с. 120-124] 
 
 
 
 
 
 

2. Классификация операционных систем

  ОС  обычно классифицируют по следующим  признакам:

  – число пользователей, одновременно работающих с системой (однопользовательские и многопользовательские);

  – число задач, которые могут решаться с их помощью в любой момент времени (однозадачные и многозадачные);

  – базовый способ общения пользователя с ОС (диалог на языке команд, диалог на языке меню, диалог на языке графических представлений);

  – число разрядов адресной шины (16, 32, 64 …);

  – минимально требуемые ресурсы, т.е. минимально необходимые объемы оперативной и дисковой памяти, класс микропроцессора. [5, с. 32-33]

  По  данной классификации MS DOS – однопользовательская, однозадачная, 16-разрядная ОС, общающаяся с пользователем на языке команд.

  Windows – это многопользовательская,  многозадачная, 32-разрядная ОС.

  Еще одним важным свойством операционной системы является отсутствие или  наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки – мультипроцессирование. В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных.

  На  свойства ОС непосредственное влияние  оказывают аппаратные средства, на которые она ориентирована. По типу аппаратуры различают ОС персональных компьютеров, мини-компьютеров, мейнфреймов, кластеров и компьютерных сетей.

  Наряду  с ОС, ориентированными на совершенно определенный тип аппаратной платформы, существуют ОС, специально разработанные таким образом, чтобы они могли быть легко перенесены с компьютера одного типа на компьютер другого типа, так называемые мобильные или многоплатформенные ОС. Наиболее ярким примером такой ОС является популярная система UNIX. В этих системах аппаратно-зависимые места тщательно локализованы, так что при переносе системы на новую платформу переписываются только они. Средством, облегчающим перенос остальной части ОС, является написание ее на машинно-независимом языке, например, на Си, который и был разработан для программирования операционных систем.

  Многозадачные ОС подразделяются на три типа в  соответствии с использованными  при их разработке критериями эффективности:

  – системы пакетной обработки (например, ЕС);

  – системы разделения времени (UNIX, VMS);

  – системы реального времени (QNX, RT/11).

  Системы пакетной обработки предназначались  для решения задач в основном вычислительного характера. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, т.е. решение максимального числа задач в единицу времени.

  Для систем разделения времени критерием  эффективности является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя. В таких ОС каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.

  Системы реального времени применяются  для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник и т.п. Критерием эффективности для таких систем является способность выдерживать заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы – реактивностью.

  Основу  любой вычислительной сети составляет сетевая ОС. Сетевая ОС – это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети. Так, например, одноранговые сети (в которых компьютеры имеют равные права доступа к ресурсам друг друга) могут построены на базе Windows 98/NT/2000/XP/VISTA и т.п.

  К настоящему времени разработано  достаточно большое количество различных  типов операционных систем: MacOS (предназначена для работы на компьютерах с процессорами PowerPC), DOS, Windows 95, Windows 98, Windows Me, Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA, Linux и др ). В нашей стране одной из наиболее используемых, является MS Windows.

  Среди вышеназванных операционных систем весьма примечательна ОС Linux – это  оригинальная реализация ОС UNIX для Intel-платформ, разработанная в 1990-х гг. Линусом Торвальдсом. С самого начала эта ОС распространяется свободно на условиях, определяемых лицензией GPL, принятой для программного обеспечения, разрабатываемого в рамках движения Open Source (Открытый код) и проекта GNU – проекта создания свободного программного обеспечения. Благодаря открытости исходных кодов и возможности доработки ОС Linux – самая современная, устойчивая и быстроразвивающаяся система. ОС Linux – это многопользовательская ОС с сетевым оконным графическим интерфейсом. В настоящее время существует большое количество дистрибутивов ОС Linux, которые распространяются с лицензией на свободное копирование и установку для неограниченного числа. Любопытно, что существуют специальные Linux-дистрибутивы, не требующие инсталляции. Это означает, что для начала работы достаточно вставить в дисковод CD-ROM загрузочный диск с дистрибутивом (один из таких CD-дистрибутивов – KNOPPIX).

  Первая операционная система DOC – MS DOS (Дисковая операционная система Microsoft), была создана в 1981 г. Для первых компьютеров IBM на процессорах Intel 8088, имевших 256 Кбайт оперативной памяти, а вместо жесткого диска использовавших дискету емкостью 160 Кбайт. Информация выводилась в текстовом режиме на черно-белый монитор. MS DOC была компактной, не предъявляла высоких требований к аппаратуре и выполняла необходимый минимум функций.

  Вместе  с совершенствованием компьютеров  совершенствовалась и операционная система MS DOS, которая стала поддерживать новые устройства (жесткий диск и др.) с помощью драйверов, обеспечивала поддержку национальных клавиатур и т.д.

  Наряду  с MS DOS выпускались и выпускаются  совместимые с ней ОС других производителей: IBM- PC DOS, Novel – Novel DOS и др.

  Последняя MS DOS 6.22 вышла в 1994г. и на этом завершила свое развитие, как самостоятельная ОС. Последующие версии были основой ОС Windows:

  – MS DOS 7.0 – составная часть Windows 95;

  – MS DOS 7.1 – составная часть Windows 95 OSR2 и Windows 98;

  – MS DOS 8.0 – составная часть Windows ME.

  Хотя  ОС MS DOS перестала разрабатываться, до сих пор в эксплуатации остается значительное число программ, работающих в ее среде. В настоящее время можно использовать свободную операционную систему FreeDOS (создатель Джим Холл, 1994г.). Эта ОС использует свой код, являясь лицензионно чистым продуктом, обладает отличной совместимостью с DOS-программами. Эту ОС можно встретить установленной на ноутбуки. К особенностям FreeDOSможно отнести поддержку файловой системы FAT32, поддержку сети, работает с USB-мышками, дисками Serial-ATA (если их поддерживает BIOS компьютера), но не поддерживает NTFS.

  Еще сравнительно недавно ОС DOS пользовалась достаточно большой популярностью. Но в настоящее время большинство прикладных программ требуют для своей работы ОС Windows (Windows 2000, XP и выше).

  Microsoft была вынуждена создать семейство  операционных систем Windows (Окна) ввиду  невозможности внесения в DOS необходимых принципиальных усовершенствований, обеспечивающих надлежащий сервис для пользователей и разработчиков, поддерживающих многозадачность, средства защиты данных и позволяющих эффективнее использовать современные микропроцессоры.

  Первой  ОС этого семейства, получившей распространение  и популярность, была многозадачная Windows 95, появившаяся в 1995г. Выпущенные до этого Windows 3.х и Windows for Workgroups были фактически оболочками с графическим интерфейсом и требовали для своей работы однозадачной DOS. По словам разработчиков, основная цель – сделать работу с компьютером в максимальной степени простой для всех пользователей была достигнута. Этому способствовала и поддержка технологии Plug and Play (для автоматической настройки оборудования), а также возможность работы с Интернетом без дополнительных программ.

  Дальнейшая эволюция ОС семейства Windows привела к появлению Windows 95 (1995 г.) (для которой стала характерной возросшая скорость выполнения программ, работа с несколькими мониторами, поддержка универсальной последовательной шины USB и т.д.) и Windows NT (которая изначально разрабатывалась для работы в сети), позволившая администраторам централизованно управлять и контролировать работой сетей.

  И хотя впоследствии Microsoft выпустила  еще две версии – Windows 98 и Windows Me, улучшающие свойства Windows 95, дальнейшее развитие ОС пошло по пути объединения технологий NT с линейкой 9.х. Появляются Windows 2000, Windows XP (2002г.), созданные на основе технологии NT. ОС стала более надежной, простой, безопасной и быстрой. В XP интерфейс используется привычный, но более простой и «интеллектуальный».

  Сегодня Windows XP является самой популярной операционной системой в мире. Но разработчики программного обеспечения от Microsoft предлагают пользователям новую ОС Windows Vista (что в переводе означает новые возможности). [3, с. 49-51] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3. Функции операционных систем

  Основная  функция всех операционных систем – посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:

  • интерфейса между пользователем  и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);

  • интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно- программный интерфейс);

  • интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

  Все операционные системы способны обеспечивать как пакетный, так и диалоговый режим работы с пользователем. В пакетном режиме операционная система автоматически исполняет заданную последовательность команд. Суть диалогового режима состоит в том, что операционная система находится в ожидании команды пользователя и, получив ее, приступает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний процессора и прерываний BIOS (которые, в свою очередь, также основаны на использовании прерываний процессора). Опираясь на эти аппаратные прерывания, операционная система создает свой комплекс системных прерываний.

  Способность операционной системы прервать текущую  работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств, воспринимается нами как диалоговый режим работы.

  Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых операционных систем в специальной  (системной) области диска создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в базовой системе ввода-вывода (BIOS). Завершая свою работу, они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска.

  Недисковые  операционные системы характерны для  специализированных вычислительных систем, в частности для компьютеризированных устройств автоматического управления. Математическое обеспечение, содержащееся в микросхемах ПЗУ таких компьютеров, можно условно рассматривать как аналог операционной системы. Автоматический запуск такой системы осуществляется аппаратно. При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ (его можно изменять аппаратно с использованием логических микросхем), с которого начинается запись программы инициализации операционной системы.

  Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним.

  К функции обслуживания файловой структуры  относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:

  • создание файлов и присвоение им имен;

  • создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

  • переименование файлов и каталогов (папок);

  • копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

  • удаление файлов и каталогов (папок);

  • навигация по файловой структуре  с целью доступа к заданному  файлу, каталогу (папке);

  • управление атрибутами файлов.

  Файл  – это именованная последовательность байтов произвольной длины.

  Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе – это одна из функций операционной системы.

  Навигация по файловой структуре является одной  из наиболее используемых функций операционной системы. Удобство этой операции часто воспринимают как удобство работы с операционной системой. В операционных системах, имеющих интерфейс командной строки, навигацию осуществляют путем ввода команд перехода с диска на диск или из каталога в каталог.

  Предоставление  основных средств обслуживания компьютера – одна из функций операционной системы. Обычно она решается внешним образом – включением в базовый состав операционной системы первоочередных служебных приложений.

  Надежность работы дисков (особенно жесткого диска) определяет не только надежность работы компьютера в целом, но и безопасность хранения данных, ценность которых может намного превышать стоимость самого компьютера. Поэтому наличие средств для проверки дисков является обязательным требованием к любой операционной системе.

  Некоторые операционные системы предоставляют служебные средства для программного «сжатия» дисков путем записи данных на диск в уплотненном виде посредством специального драйвера (резидентного для MS-DOS или работающего в фоновом режиме для Windows).

  Кроме основных (базовых) функций операционные системы могут предоставлять различные дополнительные функции. Конкретный выбор операционной системы определяется совокупностью предоставляемых функций и конкретными требованиями к рабочему месту.

  Прочие  функции операционных систем могут  включать следующие:

  • возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального программного обеспечения;

  • обеспечение доступа к основным службам Интернета средствами, интегрированными в состав операционной системы;

  • возможность создания системными средствами сервера Интернета, его обслуживание и управление, в том числе дистанционное посредством удаленного соединения;

  • наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесения изменений;

  • возможность оформления рабочей  среды операционной системы, в том  числе и средствами, относящимися к категории мультимедиа;

  • возможность обеспечения комфортной поочередной работы различных пользователей на одном персональном компьютере с сохранением персональных настроек рабочей среды каждого из них и ограничением доступа к конфиденциальной информации;

  • возможность автоматического исполнения операций по обслуживанию компьютера и операционной системы в соответствии с заданным расписанием или под управлением удаленного сервера;

  • возможность работы с компьютером  для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения, слуха и другими. Кроме всего вышеперечисленного, современные операционные системы могут включать минимальный набор прикладного программного обеспечения, которое можно использовать для исполнения простейших практических задач:

  • чтение, редактирование и печать текстовых  документов;

  • создание и редактирование простейших рисунков;

  • выполнение арифметических и математических расчетов;

  • ведение дневников и служебных  блокнотов;

  • создание, передача и прием сообщений  электронной почты;

  • создание и редактирование факсимильных сообщений;