Операционная система. 3
Министерство образования и науки РФ
Псковский филиал федерального
государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального
образования «Санкт-
Кафедра менеджмента
Реферат
по дисциплине «Информатика»
Операционная система компьютера
Псков
2012
Оглавление
Введение 3
Понятие «операционная система» 4
Функции операционных систем 5
История возникновения операционной системы компьютера 7
Операционная система DOS 8
Операционная оболочка Windows 10
Операционная система UNIX 12
Структура операционной системы 13
Управление задачами и памятью в операционных системах 15
Оперативная память 15
Виртуальная память 17
Защита памяти 18
Основные
понятия и концепции
Файловая система 24
Цели и задачи файловой системы 25
Заключение 27
Список литературы 28
Введение
Трудно назвать другую сферу человеческой, которая развивалась бы столь стремительно и порождала бы такое разнообразие проблем, как информатизация и компьютеризация общества. История развития информационных технологий характеризуется быстрым изменением концептуальных представлений, технических средств, методов и сфер их применения.
В современных реалиях весьма актуальным для большинства людей стало умение пользоваться промышленными информационными технологиями. Проникновение компьютеров во все сферы жизни общества убеждает в том, что культура общения с компьютером становится общей культурой человека.
Среди всех системных программ, с которыми приходится иметь дело пользователям компьютеров, особое место занимают операционные системы. Операционная система 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 неё эти услуги.
Понятие «операционная система»
Операционная
система — это программа, которая
загружается при включении
Операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении, также выполняет различные вспомогательные действия, например копирование или печать файлов.
Функции операционных систем
Основные:
- Выполнение по запросу программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
- Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.
- Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
- Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).
- Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.
- Обеспечение пользовательского интерфейса.
- Сохранение информации об ошибках системы.
Дополнительные функции:
- Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
- Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.
- Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.
- Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.
- Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
- Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
- Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (см. аутентификация, авторизация).
История возникновения операционной системы компьютера
Первые (1945-1955г.г.) компьютеры работали без операционных систем, как правило, на них работала одна программа.Пользователь получал машину в единоличное пользование; он приходил с программой и данными, обычно записанными на перфокартах или магнитных лентах. Программа загружалась в машину, которая начинала работать, до тех пор пока программа не завершалась или не выдавала ошибку. Отладка программ осуществлялась при помощи панели управления, снабжённой тумблерами и лампочками. Наибольших успехов в этом достиг Алан Тьюринг на ранней машине Манчестерский Марк I, к тому времени он уже разрабатывал основные принципы работы операционных систем.
Более поздние машины имели библиотеки, которые связывались с пользовательской программой для поддержки таких операций как ввод и вывод. Это было началом современных операционных систем. Однако машины всё ещё выполняли одну задачу за один промежуток времени.
В 1950—1960-х годах
Существует несколько видов операционных систем: DOS, Windows, UNIX разных версий и др. Наиболее распространенной является операционная система Windows. Существует несколько версий Windows: Windows-3.1, Windows-95, Windows-98, Windows-2000, Windows NT.
Операционная система DOS
Состоит из следующих частей:
Базовая система ввода-вывода (ВIOS), находящаяся в постоянной памяти (постоянном запоминающем устройстве, ПЗУ) компьютера. Эта часть операционной системы является «встроенной» в компьютер. Ее назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг операционной системы, связанных с осуществлением ввода-вывода. Базовая система ввода-вывода содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении его электропитания. Кроме того, базовая система ввода-вывода содержит программу вызова загрузчика операционной системы.
Загрузчик операционной системы - это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты с операционной системой DOS. Функция этой программы заключается в считывании в память еще двух модулей операционной системы, которые и завершают процесс загрузки DOS.
Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем. Командный процессор находится в дисковом файле. COMMAND.COM на диске, с которого загружается операционная система. Некоторые команды пользователя, например Туре, Dir или Сор) командный процессор выполняет сам. Такие команды называются внутренними. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем и если находит ее, то загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет программу из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению команд (приглашение DOS).
Внешние команды DOS - это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Эти программы выполняют действия обслуживающего характера, например форматирование дискет, проверку дисков и т.д. Драйверы устройств - это специальные программы, которые дополняют систему ввода-вывода DOS, управляют конкретной моделью внешнего устройства и учитывают все его особенности.
Операционная оболочка Windows
Разработана фирмой Microsoft надстройка над операционной системой DOS, обеспечивающая большое количество удобств для программистов и пользователей. Большинство пользователей компьютеров используют Windows и разнообразные прикладные программы под Windows в своей работе. Широчайшее распространение Microsoft Windows сделало ее фактическим стандартом для IBM.
В ОС Windows гораздо лучше, по сравнению с другими ОС, налажено взаимодействие между пользователем и компьютером. Большинство повседневных задач выполняется с меньшими, чем когда-либо затратами времени. Решено также большинство проблем с распределением памяти. Встроенная сетевая поддержка делает тривиальной задачей надежный обмен информацией по сети. В Windows предусмотрена возможность давать файлам длинные имена, что значительно облегчает работу пользователя. Поддержка в Windows стандарта "plug-and-play" упрощает модернизацию оборудования. Ярлыки помогают быстро обращаться к часто используемым файлам, программам и папкам. Большая часть всего этого достигнута без ущерба для производительности. А многие процессы, например печать, идут теперь гораздо быстрее благодаря 32-битному режиму и другим усовершенствованиям.
В отличие от оболочек типа Norton Commander, Windows не только обеспечивает удобный и наглядный интерфейс для операций с файлами, дисками и т.д., но и предоставляет новые возможности для запускаемых в "родной" среде программ. Одна из основных целей разработчиков Windows – создание документированного интерфейса, резкое снижение требований к подготовке пользователя, упрощение работы. Следует также признать, что интерфейс Windows обладает массой достоинств.
Предусмотрено все или
почти все для удобной и
безопасной работы, почти любую операцию
можно выполнить множеством способов,
а продуманная система
Интерфейс, разработанный корпорацией Microsoft является одним из лучших и стал своеобразным эталоном для подражания. В Microsoft Windows программисту доступна вся мощь этого интерфейса - он избавляется от необходимости организовывать меню, работу с клавиатурой и мышью (достаточно воспользоваться стандартными средствами). Интерфейс с пользователем Windows является полным и цельным. В нем решены не только проблемы организации меню, но и все общение с пользователем организовано стандартными средствами.
Основная идея создания Windows была высказана главой фирмы Microsoft, Биллом Гейтсом. Он рассматривает Windows как электронный письменный стол, где должно быть все, что есть на рабочем месте: книга для записей, блокнот, калькулятор, часы и т.п. И точно так же на "письменном столе" Windows могут одновременно вводиться в действие несколько программ. Первая версия системы была выпущена фирмой Microsoft в 1985 году, а сейчас рынки программного обеспечения во всем мире завоевывает последняя версия - Windows-2000.
Операционная система UNIX
Операционная система UNIX – исключительно удачная реализация простой мультипрограммной и многопользовательской операционной системы. Первоначально ОС предназначалась для разработки программного обеспечения. ОС UNIX обладает простым, но очень мощным командным языком и независимой от устройств файловой системой. При создании ОС
UNIX использовался язык высокого уровня С, поэтому системные и прикладные программы получились легко переносимыми (мобильными). Компилятор с языка С для всех оттранслированных программ дает реентерабельный и разделяемый код, что позволяет эффективно использовать имеющиеся в системе ресурсы.
При разработке ОС UNIX преследовались следующие цели:
- сохранить простоту и обойтись минимальным количеством функций;
- общность – одни и те же методы и механизмы должны были использоваться во многих случаях;
- создать операционную среду, в которой большие задачи можно решать, комбинируя небольшие программы, а не создавая программы заново.
Общность в ОС UNIX проявляется во многих аспектах:
- обращение к файлам, устройствам ввода/вывода и буферам межпроцессных сообщений выполняется с помощью одних и тех же средств;
- одни и те же механизмы именования, присвоения альтернативных имен и защиты от несанкционированного доступа применяются к файлам с данными, к каталогам и устройствам;
- одни и те же механизмы обслуживают программные и аппаратные прерывания.
Структура операционной системы
- Ядро – переводит команды с язы
ка программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру. - Драйверы – программы, управляющие устройствами.
- Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.
Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.
Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой.
В состав операционной системы входит специальная программа — командный процессор, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа на печать и т. д. Операционная система должна эти команды выполнить.
К магистрали компьютера подключаются
различные устройства (дисководы, монитор,
клавиатура, мышь, принтер и др.).
В состав операционной системы входят
драйверы устройств — специальные
программы, которые обеспечивают управление
работой устройств и
Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.
Операционная система содержит также сервисные программы, или утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д.
Для удобства пользователя в операционной системе обычно имеется и справочная система. Она предназначена для оперативного получения необходимой информации о функционировании как операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.
C точки зрения пользователя,
все современные операционные
системы персональных
Основными объектами графического интерфейса операционных систем являются рабочий стол, занимающий весь экран монитора, и расположенные на нем значки, окна и панель задач.
Управление задачами и памятью в операционных системах
Оперативная память
Оперативная память – это важнейший ресурс любой вычислительной системы, поскольку без нее, как и без центрального процессора, невозможно выполнение ни одной программы. Память является разделяемым ресурсом. Способы разделения памяти и времени центрального процессора сильно влияют на скорость выполнения отдельных вычислений и на общую эффективность вычислительной системы.
ОС выполняет следующие основные функции, связанные с управлением задачами:
- создание и удаление задач;
- планирование процессов и диспетчеризация задач;
- синхронизация задач, обеспечение их средствами коммуникации.
Система управления задачами обеспечивает похождение их через компьютер. В зависимости от состояния процесса ему должен быть предоставлен тот или иной ресурс. Создание и удаление задач производится по соответствующим запросам от пользователей или самих задач. Основным подходом к организации того или иного метода управления процессами является организация очередей процессов и ресурсов.
На распределение ресурсов влияют конкретные потребности тех задач, которые должны выполняться параллельно.
Задачи динамического планирования, т.е. наиболее эффективного распределения ресурсов, возникающие практически при каждом событии, называются диспетчеризацией.
Планирование осуществляется реже, чем задача текущего распределения ресурсов между уже выполняющимися процессами и потоками. Различие между долгосрочным и краткосрочным планированием заключается в частоте запуска.
Долгосрочный планировщик решает, какой из процессов, находящихся во входной очереди, должен быть переведен в очередь готовых к выполнению процессов в случае освобождения ресурсов памяти. В очереди готовых к выполнению процессов должны находиться в равной пропорции процессы, ориентированные на ввод/вывод, и процессы, ориентированные на работу центрального процессора.
Краткосрочный планировщик решает, какая из задач, находящихся в очереди готовых к выполнению, должна быть передана на выполнение. В большинстве современных ОС долгосрочный планировщик отсутствует.
Виртуальная память
Одним из наиболее популярных способов управления памятью в современных операционных системах является так называемая виртуальная память. Наличие в ОС механизма виртуальной памяти позволяет программисту писать программу так, как будто в его распоряжении имеется однородная оперативная память большого объема, часто существенно превышающего объем имеющейся физической памяти. В действительности все данные, используемые программой, хранятся на диске и при необходимости частями (сегментами или страницами) отображаются в физическую память. При перемещении кодов и данных между оперативной памятью и диском подсистема виртуальной памяти выполняет трансляцию виртуальных адресов, полученных в результате компиляции и компоновки программы, в физические адреса ячеек оперативной памяти.
Защита памяти
Защита памяти – это избирательная способность предохранять выполняемую задачу от записи или чтения памяти, назначенной другой задаче. Правильно написанные программы не пытаются обращаться к памяти, назначенной другим. Однако реальные программы часто содержат ошибки, в результате которых такие попытки иногда предпринимаются. Средства защиты памяти, реализованные в операционной системе , должны пресекать несанкционированный доступ процессов к чужим областям памяти.
Таким образом, функциями
ОС по управлению памятью являются
отслеживание свободной и занятой
памяти; выделение памяти процессам
и освобождение памяти при завершении
процессов; защиты памяти; вытеснение
процессов из оперативной памяти
на диск, когда размеры основной
памяти недостаточны для размещения
в ней всех процессов, и возвращение
их в оперативную память, когда
в ней освобождается место, а
также настройка адресов
Основные понятия
и концепции организации ввода/
Управление вводом/выводом – одна из основных функций любой операционной системы.
Главный принцип ввода/вывода – любые операции по управлению вводом/выводом объявляются привилегированными и могут выполняться только самой ОС. Для обеспечения этого принципа в большинстве процессоров вводятся два режима:
- Режим пользователя, выполнение команд ввода/вывода запрещено;
- Режим супервизора, выполнение команд ввода/вывода разрешено.
Использование команд ввода/вывода в пользовательском режиме вызывает исключение (прерывание) и управление передается ОС.
Для мультипрограммных ОС одним из основных видов ресурсов являются устройства ввода/вывода и обслуживающие их программы. ОС должны управлять разделяемыми и неразделяемыми устройствами и позволять параллельно выполняющимися задачам использовать различные устройства ввода/вывода.
Непосредственное обращение к внешним устройствам из пользовательских программ не разрешено по трем причинам:
- возможные конфликты при доступе к устройствам ввода/вывода;
- повышение эффективности использование этих ресурсов;
- ошибки в программах ввода/вывода могут привести к разрушению системы.
Компонента ОС, выполняющая ввод/вывод называется супервизором ввода/вывода. Основные задачи супервизора следующие:
- получение, проверка на корректность и выполнение запросов на ввод/вывод от прикладных задач и от модулей самой системы;
- планирование ввода/вывода: выполнение или постановка в очередь;
- инициирование ввода/вывода – передача управления драйверам;
- при получении сигналов прерывания передача управления соответствующей программе обработки прерывания;
- передача сообщений об ошибках, если они появляются;
- передача сигнала о завершении операции ввода/вывода.
Если устройство ввода/вывода является инициативным, управление со стороны супервизора ввода/вывода заключается в активизации соответствующего вычислительного процесса. Инициативное устройство – устройство, по сигналу прерывания от которого запускается соответствующая ему программа.
Имеются два основных режима ввода/вывода:
- Режим обмена с опросом готовности;
- Режим обмена с прерываниями.
Центральный процессор посылает устройству управления команду для ввода/вывода. Устройство ввода/вывода исполняет команду, преобразуя ее в сигнал, понятный устройству ввода/вывода. Устройства ввода/вывода намного медленнее центрального процессора, поэтому сигнал готовности приходится очень долго ждать, постоянно опрашивая устройство интерфейса.
В режиме опроса готовности драйвер, управляющий процессом обмена данными с внешним устройством, выполняет в цикле команду «поверить готовность устройства». Центральный процессор в таком режиме используется нерационально.
Режим обмена с прерываниями является режимом асинхронного управления. Драйверы, работающие в режиме прерываний, представляют собой сложный комплекс программ и могут иметь несколько секций:
- секцию запуска, которая инициирует операцию ввода/вывода, включает устройство или инициирует очередь ввода/вывода;
- одну или несколько секций продолжения, которые являются обработчиками прерываний;
- секцию завершения, которая выключает устройство и завершает операцию.
Для организации использования многими параллельно выполняющимися задачами устройств ввода/вывода, которые не могут быть разделяемыми, введено понятие виртуального устройства (спулинга). Главная задача спулинга – создать видимость параллельного разделения устройства ввода/вывода с последовательным доступом, которое должно быть монопольным и быть закрепленным. Например, каждому вычислительному процессу можно предоставить не реальный, а виртуальный принтер, и поток выводимых символов сначала направить в файл на диске.
По окончанию виртуальной печати в соответствии с дисциплиной обслуживания и приоритетами приложений содержимое спул файла выводится на принтер. Системный процесс, управляющий спул файлом, называется спулером.
Синхронный ввод/вывод характеризуется тем, что задача, выдавшая запрос на операцию ввода/вывода, переводится супервизором в состояние ожидания завершения указанной операции. Когда супервизор получает от секции завершения сообщение о завершении, он переводит задачу в состоянье готовности к выполнению, и она продолжает свою работу. Синхронный ввод/вывод является стандартным для большинства ОС.
Простейший вариант
- в запросе на вывод было указано на необходимость буферизации данных;
- устройство вывода допускает асинхронные операции.
- Операционная система
- Операционная система
- Операционная система Microsoft Windows
- Операционная система Windows
- Операционная система Windows
- Операционная система Windows 2000 Server
- Операционная система Windows и тенденции её развития
- Операционная гнойная рана в области крестца в стадии грануляции
- Операционная деятельность в логистике
- Операционная деятельность предприятия
- Операционная прибыль
- Операционная прибыль
- Операционная прибыль
- Операционная система