Группа стандартных программ в ОС Windows.

Группа  стандартных программ в ОС Windows.

Операционные  системы. Классификация ОС. История развития ОС Windows. Обзор стандартных программ. Основные понятия и возможности.

Операционная  система составляет основу программного обеспечения ПК. Операционная система представляет комплекс системных и служебных программных средств, который обеспечивает взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

С одной стороны, она опирается на базовое программное  обеспечение ПК, входящее в его  систему BIOS, с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений.

Для того чтобы  компьютер мог работать, на его  жестком диске должна быть установлена (записана) операционная система. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.

Операционные  системы различаются особенностями  реализации алгоритмов управления ресурсами  компьютера, областями использования.

Так, в зависимости  от алгоритма управления процессором, операционные системы делятся на:

• Однозадачные и многозадачные
• Однопользовательские и многопользовательские
• Однопроцессорные и многопроцессорные системы
• Локальные и сетевые.

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:

• Однозадачные (MS DOS)
• Многозадачные (OS/2, Unix, Windows)

В однозадачных системах используются средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователями. Многозадачные ОС используют все средства, которые характерны для однозадачных,  и, кроме того, управляют разделением совместно используемых ресурсов: процессор, ОЗУ, файлы и внешние устройства.

В зависимости  от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа:

• Системы пакетной обработки (ОС ЕС)
• Системы с разделением времени (Unix, Linux, Windows)
• Системы реального времени (RT11)

Системы пакетной обработки предназначены для  решения задач, которые не требуют быстрого получения результатов. Главной целью ОС пакетной обработки является максимальная пропускная способность или решение максимального числа задач в единицу времени.

Эти системы  обеспечивают высокую производительность при обработке больших объемов информации, но снижают эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.

В системах с  разделением времени для выполнения каждой задачи выделяется небольшой  промежуток времени, и ни одна задача не занимает процессор надолго. Если этот промежуток времени выбран минимальным, то создается видимость одновременного выполнения нескольких задач. Эти системы обладают меньшей пропускной способностью, но обеспечивают высокую эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.

Системы реального времени  применяются  для управления технологическим процессом или техническим объектом, например, летательным объектом, станком и т.д.

По числу одновременно работающих пользователей на ЭВМ  ОС разделяются на однопользовательские (MS DOS) и многопользовательские (Unix, Linux, Windows 95 - XP)

В многопользовательских  ОС каждый пользователь настраивает  для себя интерфейс пользователя, т.е. может создать собственные  наборы ярлыков, группы программ, задать индивидуальную цветовую схему, переместить  в удобное место панель задач и добавить в меню Пуск новые пункты.

В многопользовательских  ОС существуют средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

Многопроцессорные и однопроцессорные операционные системы. Одним из важных свойств ОС является наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки  данных. Такие средства существуют в OS/2, Net Ware, Widows NT.По способу организации вычислительного процесса эти ОС могут быть разделены на асимметричные и симметричные.

Одним из важнейших признаков классификации ЭВМ является разделение их на локальные и сетевые. Локальные ОС применяются на автономных ПК или ПК, которые используются в компьютерных сетях в качестве клиента.

В состав локальных ОС входит клиентская часть ПО для доступа к удаленным ресурсам и услугам. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами ПК включенных в сеть с целью совместного использования ресурсов. Они представляют мощные средства разграничения доступа к информации, ее целостности и другие возможности использования сетевых ресурсов.

Операционные системы, развиваясь вместе с ЭВМ, прошли длинный  путь от простейших программ в машинных кодах длинной в несколько  килобайт до монстров, написанных на языках высокого уровня, размер которых исчисляется  десятками мегабайт. Такой значительный рост размера операционных систем обусловлен, главным образом, стремлением разработчиков ’украсить’ операционную систему, расширить ее возможности, добавить возможности, изначально несвойственные операционным системам, а также сделать интерфейс пользователя интуитивным. Все эти попытки дали свои результаты, и положительные, и отрицательные (усложнение настройки и программного интерфейса при упрощении пользовательского).

На сегодняшний день на рынке  программного обеспечения для IBM PC-совместимых компьютеров сосуществуют несколько семейств операционных систем. Однозадачные однопользовательские ОС MS-DOS и PC-DOS являются самыми распространенными ввиду своей простоты и ’неприхотливости’, большую роль здесь играет и то, что подавляющее большинство программ работает именно под их управлением. MS-DOS и PC-DOS характеризуются минимальным пользовательским и программным интерфейсами, в тоже время, работая со всевозможными программными оболочками, интегрированными средами (такими как Microsoft Windows или DESQview), создают комфортабельную среду для пользователя и программы.

ОС Microsoft Windows NT, ориентированная на работу в разнородных сетях, высоконадежна, однако, это достигнуто за счет частичной  потери совместимости с MS-DOS.

Операционная система OS/2 стоит особняком: будучи полноправной многозадачной операционной системой, со своим оригинальным графическим пользовательским и программным интерфейсами, она сохраняет совместимость с MS-DOS и PC-DOS (начиная с версии WARP 3.0 и с Microsoft Windows).

ОС UNIX - одна из старейших и наиболее простых операционных систем, изначально была рассчитана на разработку программ (для нее самой и не только) на мини-ЭВМ и позволяла без  больших затрат труда программиста переносить программу из одной системы ЭВМ на другую. Неудивительно, что сейчас продается много различных вариантов мобильной операционной системы UNIX, таких как XENIX, UNIXWARE, SUN-OS, LINUX, BSD.

Рассмотрим программные интерфейсы Microsoft Windows, ОS/2 и UNIX (согласно стандарту POSIX) для персональных ЭВМ, совместимых с IBM PC.

Все рассматриваемые операционные системы работают в многозадачном  однопользовательском режиме работы (UNIX также поддерживает и многопользовательский  режим); поддерживают иерархическую  файловую систему, межпроцессорное взаимодействие, встроенные средства отладки программ, стандартизируют программный интерфейс для многих внешних устройств, обычно трактуя их как файлы с последовательным доступом.

Все рассматриваемые операционные системы обеспечивают выделение  участка памяти для нужд программы, изменение его размера и освобождение. По-разному поддерживается концепция виртуальной памяти.

Операционная система OS/2 использует страничную модель памяти, то есть программа  получает память порциями по 4 кб; подкачка также осуществляется порциями по 4 кб. Программа не может управлять процессом подкачки.

Важной особенностью OS/2 является возможность  создания специальных разделяемых  областей памяти, которые могут использоваться для межпроцессного взаимодействия (см. гл. межпроцессное взаимодействие).

Операционная система Windows XP - это современная многозадачная  многопользовательская 32 - разрядная  ОС с графическим интерфейсом  пользователя. История развития ОС Windows изложена в разделе дистанционное обучение основам работы в операционной системе Windows XP.

Операционные системы  семейства Windows являются наиболее распространенными  ОС, которые установлены в домашних и офисных ПК.

Графическая оболочка ОС Windows обеспечивает взаимодействие пользователя с компьютером в форме диалога с использованием ввода и вывода на экран дисплея графической информации, управления программами с помощью пиктограмм, меню, окон, панелей (управления, задач, инструментов) и других элементов управления.

Основными элементами графического интерфейса Windows являются: Рабочий стол, Панель задач с кнопкой Пуск. Так  как в Windows применен графический  пользовательский интерфейса, то основным устройством управления программами  является манипулятор мышь.

Манипулятор мышь

Указатель мыши – графический  элемент, который передвигается  по экрану синхронно с перемещением самого манипулятора по поверхности  стола. Как правило, указатель мыши используется для выбора команд меню, перемещения объектов, выделения  фрагментов текста и т.д.

Вид указателя мыши на экране зависит от выполняемой операции:

• при выборе объекта указатель имеет вид стрелки, направленной под углом вверх;
• в окне документа указатель напоминает английскую букву I;
• если операционная система занята выполнением каких-либо операций и не может работать с пользователем, указатель имеет форму песочных часов.

Для того чтобы указать  объект, представленный на экране, необходимо переместить мышь так, чтобы острие стрелки указателя  разместилось поверх этого объекта. Чтобы выбрать объект на экране, необходимо установить на него указатель, а затем нажать левую кнопку мыши.

Щелчок (кратковременное нажатие кнопки) – одна из основных операций мыши. Для ее выполнения следует быстро нажать и отпустить кнопку мыши. Щелчком выделяют объект в окне программы, выбирают нужную команду в меню и т.д.

При щелчке правой кнопкой  мыши на элементах Windows отображается контекстное  меню, кроме того, можно получить справку по элементам диалогового  окна.

Двойной щелчок производится, когда указатель мыши установлен на определенном объекте и используется, как правило, для открытия файла.

Перетаскивание  объекта (Drag and Drop) (перетаскивание, транспортировка, перемещение) – это операция, в результе выполнения которой изменяется местоположения объекта.

Для ее выполнения надо поместить  указатель на нужном объекте (пиктограмме, папке, файле), нажать левую кнопку мыши и, не отпуская ее, переместить мышь так, чтобы этот объект перемещался  вместе с ней.

Перетаскивать объект можно  и правой кнопкой мыши. После того как кнопка мыши будет отпущена, на экране появится контекстное меню с набором возможных действий.

Основные элементы графического интерфейса Windows

Основными элементами графического интерфейса Windows являются:

• Рабочий стол с пиктограммами
• Панель задач, на которой размещаются программные кнопки, индикаторы, Панель быстрого запуска
• Главное меню (кнопка Пуск)
• Контекстное меню (отображается при щелчке правой кнопкой мыши по выбранному объекту)

Работа с  окнами

Окно представляет собой  область экрана, ограниченную прямоугольной рамкой. В нем отображается содержимое папки, работающая программа или документ.

Различают три варианта отображения окна на экране:

• окно стандартного размера занимает часть площади экрана. При желании можно переместить его или любую его границу в другое место экрана
• окно, развернутое на весь экран, имеет максимальный размер
• свернутое окно изображается в виде кнопки на панели задач.

В свернутом окне программа  продолжает выполняться. Чтобы открыть  свернутое окно или свернуть уже открытое, нажмите кнопку окна на панели задач.

Окна можно классифицировать по типу:

• окно программы (окно папки)
• окно документа
• окно диалога
• окно справки

Окна программ

Окна программ – это  окна, в которых отображаются программы.

Операции над окнами:

• Открыть и закрыть окно программы
• Переместить
• Изменить размеры окон
• Осуществить поиск окна
• Упорядочить окна на экране

Элементы окна программы:

• строка заголовка (слева - системное меню, справа – кнопки переключения режимов отображения на экране)
• строка меню
• панель инструментов
• рабочая область
• полосы прокруток
• строка состояния

Диалоговые  окна

Диалоговые окна в Windows используется для задания параметров и настроек ОС, оборудования и  программ.

Основные элементы окна диалога:

• Вкладка
• Кнопка
• Переключатель
• Текстовое поле
• Список
• Кнопка раскрытия списка
• Флажок
• Индикатор
• Ползунок

Меню в Windows

В ОС Windows применяются  четыре типа меню (меню – это список команд, выводимых на экран и предлагаемых пользователю для выбора):

• Главное меню (открывается кнопкой Пуск)
• Строка меню в окнах приложения (все программы, входящие в стандартный пакет поставки Windows, имеют строку меню)
• Системное меню в окнах приложения (для изменения размеров окна и его положения)
• Контекстное меню

Работа с  файлами

Все файлы, документы  и программы в Windows хранятся в папках. В электронной папке, как правило, хранят файлы, сгруппированные по какому-либо признаку, типу и другие папки.

Папка – это контейнер для  программ и файлов в графических  интерфейсах пользователя, отображаемый на экране с помощью значка, имеющего вид канцелярской папки. Windows предоставляет средства для управления файлами и папками.

К таким средствам относятся  программа Проводник и окно Мой компьютер. Приложение Проводник является главным инструментом Windows  для просмотра  файлов и папок, хранящихся на жестких и гибких дисках и других носителях информации.

Проводник отображает иерархическую  структуру файлов, папок и дисков на ПК. В левой части проводника Windows использует иерархическое представление  папок, файлов и других ресурсов, подключенных к компьютеру или сети.

Мой компьютер – программа, используемая для работы с файлами и папками, хранящимися на дисках компьютера. Мое сетевое окружение – программа, используемая для работы с сетевыми ресурсами в рабочей группе.

Манипулирование файлами  и папками:

• Создание нового файла и папки
• Присвоение имени
• Переименование
• Перемещение и копирование
• Удаление
• Восстановление
• Поиск
• Просмотр и изменение свойств файлов и папок
• Создание ярлыка на рабочем столе (правой кнопкой мыши, с проводника, с главного меню, с папки мой компьютер)

Настройка операционной системы Windows

Настройка ОС осуществляется с целью создания условий для  эффективной работы на ПК.

Средства настроек можно  разделить на пять групп:

• Средства ввода – вывода (клавиатура, мышь, принтер)
• Настройка элементов управления (панель задач, главное меню, корзина)
• Настройка элементов оформления (тема, рабочий стол, заставка, оформление, параметры)
• Настройка средств автоматизации (автоматический запуск приложений при включении ПК, запуск приложений по расписанию)
• Настройка шрифтов и другие настройки

Microsoft Windows использует  сегментированную модель память. Исторически сложилось так, что  ОС (а, точнее, программная оболочка) Microsoft Windows до разработки процессора 80386 работала в реальном режиме (’real mode’) и защищенном режиме 80286-го процессора (’standart mode’). В реальном режиме механизм подкачки не использовался; при наличии 286-го процессора ОС позволяла выгружать на диск только MS-DOS-освские программы. С появлением процессора 80386 и использованием его защищенного режима, возможности использования виртуальной памяти резко расширились: появилась возможность выгрузить на диск любой сегмент памяти компьютера. С помощью системных вызовов, программа пользователя может управлять многими нюансами распределения памяти: разрешением на выгрузку страницы, сборкой мусора, перемещением объектов в памяти.

ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА

Все системы поддерживают следующие элементы иерархических  файловых систем: обычные файлы, каталоги, специальные байт-ориентированные  и блок-ориентированные файлы. Файл является массивом байтов (блоков фиксированной длины). Каталоги обеспечивают связь между именами файлов и собственно файлами. Каждый элемент каталога содержит имя файла и ссылку на конкретный файл. Для именования файлов используются корневой и текущий каталоги. Имя файла состоит из последовательности компонентов - локальных имен, разделенных символами '\' (В операционной системе UNIX - '/').

ОС UNIX характеризуется  единственной однородной файловой системой на один или несколько компьютеров. В Microsoft Windows и OS/2 файловые системы ассоциируются с носителями (посредством логических имен - букв латинского алфавита).

Операционная система OS/2, кроме того, поддерживает свою файловую систему - HPFS (High Performance File System - высокопроизводительная файловая система), характеризующаяся хранением имен файлов и каталогов в виде B-дерева.

Внешние устройства (такие  как терминал, принтер) так же часто  представляются как файлы для  упрощения работы с ними.

Операционные системы  предоставляют следующие системные  вызовы: запрос на смену и получение  имени текущего каталога; создание, открытие, закрытие, удаление, переименование и получение информации о файле  или каталоге, позиционирование в  них.

Все рассматриваемые операционные системы поддерживают операции блокировки файла для защиты доступа к нему со стороны других процессов в многозадачной среде.

УПРАВЛЕНИЕ  ПРОЦЕССАМИ

Единицей управления и потребления ресурсов в многозадачной  системе является процесс. В частности, ввод-вывод выполняется синхронно, и процесс приостанавливается до его завершения. Если требуется продолжить выполнение процесса параллельно с инициированным им  вводом-выводом, нужно предварительно породить другой процесс для реализации ввода-вывода. Microsoft Windows, OS/2 и UNIX предоставляют сходные системные вызовы для обслуживания и управления процессами ('сессия' в OS/2): порождение, уничтожение.

OS/2 предоставляет гораздо  более широкий спектр системных  вызовов для управления процессами. В OS/2 существуют три вида процессов: нити (цепи или треды), 'настоящие' процессы и экранные группы. Экранные группы - наиболее независимый тип процессов.  Каждая экранная группа имеет свою собственную виртуальную консоль, адресное пространство, открытые файлы, очереди и каналы (см. ниже). Внутри экранной группы могут находится один или более 'настоящих' процессов, у каждого из которых могут быть свои открытые файлы и свое адресное пространство. Нити - самый простой класс процессов, они имеют только свое собственное адресное пространство, а все остальные ресурсы наследуют от породившего их 'настоящего' процесса.

В операционной системе OS/2 планировщик задач может выделять 'настоящим' процессам кванты времени  по двум алгоритмам: динамического  и абсолютного приоритетов. Алгоритм динамического приоритета выражается: система подсчитывает интенсивность операций ввода-вывода, использования процессорного времени, и по ним определяет количество квантов времени, предоставляемых процессу. При использовании абсолютных приоритетов ОС распределяет кванты времени согласно числовым значениям, заданным при старте процесса. Процесс может изменять свой приоритет в небольших пределах с помощью системной функции.

В Microsoft Windows планировщика задач распределяет кванты процессорного  времени аналогично алгоритму абсолютных приоритетов в операционной системе OS/2. Программа никак не может повлиять на количество предоставляемого ей процессорного времени.

В операционной системе UNIX алгоритм работы планировщика задач  зависит от реализации.

МЕЖПРОЦЕССНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Операционные системы  используют разные термины для определения  способов межпроцессного взаимодействия.

Единственным видом  межпроцессного взаимодействия в ОС UNIX является сигнальный механизм. Посредством  сигналов передается информация о необходимости завершения процесса, об ошибке в программе пользователя, об исключительных ситуациях или завершении порожденного процесса. Сигнал генерируется, когда происходит событие, вызывающее данный сигнал. Одно и то же событие может вызвать посылку сигнала нескольким процессорам. На каждый сигнал, определенный в системе, процесс должен иметь реакцию - действие, которое он выполняет при получении сигнала.

Операционная система OS/2 предоставляет три типа межпроцессного взаимодействия: каналы, очереди и семафоры.

Канал представляет собой  кольцевой буфер с двумя указателями - начала и конца; используется для  перенаправления ввода-вывода и  стандартных файлов между процессами. Только два процесса могут читать или писать в канал - сервер и клиент.

Очередь - это упорядоченный  список из 32-битных значений, интерпретируемых процессом по контексту (это может  быть целое, указатель на общую область  памяти или просто флаг). Любой процесс  может прочесть информацию из канала в любом порядке или записать туда любую информацию.

Семафор - это  объект, имеющий два  устойчивых состояния (рабочее и  нерабочее) и используемый для синхронизации  исполнения процессов. Существует несколько  видов семафоров: семафор событий, взаимного исключения, взаимного  ожидания и именованный.

Когда семафор событий находится  в нерабочем состоянии, операционная система блокирует исполнение всех процессов, которые запрашивают  состояние семафора.

Семафоры взаимного исключения предотвращают возникновение тупиков  при обращении к разделяемым  ресурсам. Операционная система блокирует доступ к разделяемому ресурсу до тех пор, пока соответствующий семафор не будет свободен. При использовании разделяемого ресурса система устанавливает значение семафора в рабочее состояние, показывая тем самым, что ресурс занят.

Семафор взаимного ожидания представляет собой пакет из семафоров взаимного  исключения или семафоров событий. Система может приостановить  процесс до тех пор, пока один или  все семафоры внутри именованного семафора не окажутся в состоянии 'свободен’ (в зависимости от потребности процесса).

Реакция на именованный семафор  зависит от процессов, совместно  использующих его.

В операционных системах OS/2 и Microsoft Windows существует специальный механизм для  взаимодействия процессов в реальном масштабе времени. Этот механизм называется DDE (Dynamic Data Exchange - динамический обмен данными). Он стандартизирует процесс обмена командами, сообщениями и объектами для обработки между задачами. Наиболее распространенные действия, для которых используются DDE - печать.

Другим интерфейсом для обмена данными является OLE (Object Linking and Embedding - объектное связывание со встраиванием). Этот интерфейс позволяет хранить  объекты, созданные одной программой, в объектах, созданных другой программой, а также редактировать (печатать) их без нарушения целостности информации и связей.

Одним из наиболее простых, удобных  и интуитивных интерфейсов межпрограмного взаимодействия является буфер обмена - Clipboard. Буфер обмена может содержать  в себе один информационный объект - кусок текста, картинку и т.д. С помощью системного вызова процесс может получить копию информации, содержащейся в буфере обмена или сам поместить объект в буфер, при этом старое содержимое буфера теряется. Таким образом, программы получают простой, но эффективный способ обмена информацией в процессе своей работы.

Операционная система UNIX не предоставляет  этого способа обмена информацией, Microsoft Windows же позволяет  задачам  обмениваться информацией таким  образом, даже в DOS-сессиях.

ГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

Графический интерфейс  пользователя изначально был несвойственен  неигровым программам, однако, будучи призванным облегчить общение пользователя с компьютером и программой, хорошо прижился на IBM PC и стал неотъемлемой частью любой уважающей себя операционной системы.

Оболочка Microsoft Windows не была изначально операционной системой, да и сейчас не может считаться в полноценной  операционной системой, так как она  существует ’поверх’ операционной системы  типа MS-DOS. Она возникла в виде стандартизатора графического интерфейса и прижилась исключительно потому, что пользователь хотел видеть программу, с которой ему часто приходится работать красивой, практичной, удобной и легкой в освоении и использовании.

Для ОС UNIX также был создан специальный графический интерфейс - X-Windows; промышленный гигант - фирма IBM выпустила вместе с операционной системой OS/2 свой вариант графического интерфейса пользователя (GUI - Graphics User Interface) - Presentation Manager.

После запуска программа обычно создает одно окно, с которым она ассоциируется и работает. Пользователь, работая с окном и находящимися в нем объектами заставляет операционную систему (или программную оболочку) посылать программе сообщения, активизирующие необходимые пользователю возможности программы. В процессе работы программа также может создавать другие окна (выбора, диалога, обрабатываемого файла и др.) и получать от них сообщения, таким образом, стандартизируется часто используемые элементы диалога с пользователем.