Операционные системы для персонального компьютера, общие черты и различия

Операционные системы для персонального  компьютера, общие черты и различия

Оглавление

Введение ………………………………………………………………….                                           2

Глава 1. Понятие операционной системы.                                                             3

1.1Назначение и классификация операционных систем ……………………………………………                                                                          4

1.2 Требования к операционной системе ……………                                     8

1.3 Состав ОС и назначение, ее компонент …………….                                 9

1.4 Обзор  файловых систем …………………………………                                    10

Глава 2. Характеристика современных операционных систем……                 13

2.1 Операционные системы семейства Windows95, 98, МЕ Windows.……………………………………………….......                                                   16

2.2 Операционные  системы семейства Windows NT, 2000, ХР, NET, VISTA, CE ………………………………………………………………………………………                                20

Выводы и предложения ……………………………………………………….                          26

Список использованной литературы ……………………………………….                      27

Приложение …………………………………………………………………………..                         28

Введение

Современная компьютерная система  состоит из одного или нескольких процессоров, оперативной памяти, дисков, клавиатуры, монитора, принтеров, сетевого интерфейса и других устройств, то есть является сложной комплексной системой. Написание программ, которые следят за всеми компонентами, корректно  используют их и при этом работают оптимально, представляет собой крайне трудную задачу. По этой причине  компьютеры оснащаются специальным  уровнем программного обеспечения, называемым операционной системой.

Операционная система, ОС (англ. operating system) - базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также выполнение прикладных программ и утилит. Обычно операционная система хранится на жестком или гибком (системном) диске.

При включении компьютера операционная система загружается в память раньше остальных программ и затем  служит платформой и средой для их работы. Помимо вышеуказанных функций  ОС может осуществлять и другие, например, предоставление пользовательского  интерфейса, сетевое взаимодействие и т.п. Различают операционные системы, использующие командную строку для ввода команд и запуска программ с использованием клавиатуры, и графические операционные системы. В последних основным устройством управления является мышь или другое устройство позиционирования.

В разных моделях компьютера могут  использоваться различные операционные системы, которые отличаются ресурсами  оперативной памяти и обеспечивают разный уровень сервиса для программирования и работы с готовым программным  обеспечением.

Существуют различные операционные системы для персональных компьютеров  и серверов: ОС семейства Microsoft Windows и Windows NT, Mac OS и Mac OS X, NetWare, системы класса UNIX, и Unix-подобные (GNU/Linux).

Глава 1. Понятие  операционной системы

Операционная система (ОС) - это совокупность программ, предназначенных для управления ресурсами ЭВМ, исполнения программ и организации диалога с пользователем.

Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера - на диске. При включении машины она считывается с диска и размещается в оперативной памяти ЭВМ. Во время работы она постоянно находится в оперативной памяти и управляет всеми компонентами вычислительной машины, выделяя нужные ресурсы для решения задач пользователя. Кроме того, она обеспечивает пользователю удобный интерфейс с прикладными программами и устройствами компьютера.

Существует два основных вида пользовательского  интерфейса: графический и интерфейс  командной строки. Последний предполагает управление ОС на уровне директив (команд). Пользователь набирает команду со всеми необходимыми параметрами, после чего ОС ее выполняет, затем набирает следующую и т.д. Недостатком данного метода является то, что пользователь должен хорошо помнить все команды ОС. Если в параметрах команды необходимо указать путь к файлу, то необходимо точно помнить и его. Любая ошибка или неточность в наборе команды приводит к ее невыполнению, и ее приходится вводить повторно.

При графическом интерфейсе пользователя все файлы представлены в виде объектов, имеющих графическое представление. Благодаря этому пользователь может манипулировать ими с помощью любого подходящего для этой цели устройства (как правило, это мышь или ее аналоги), просто наводя указатель на нужный объект и совершая требуемые манипуляции.

Команда пользователя или действие, выполняемое прикладной программой, при реализации фактически разбивается на множество элементарных операций. Назначение операционной системы состоит в том, чтобы скрыть от пользователя эти сложные и ненужные ему подробности и предоставить ему удобный для работы интерфейс. С точки зрения пользователя, ОС выступает в роли посредника между человеком и компьютером, воспринимая получаемые от него команды и организуя их выполнение.

1.1 Назначение и классификация операционных систем

Как известно, компьютер выполняет  действия в соответствии с предписаниями  программы, созданной на одном из языков программирования. При работе пользователя на компьютере часто возникает  необходимость выполнить операции с прикладной программой в целом, организовать работу внешних устройств, проверить работу различных блоков, скопировать информацию и т.п.

Наиболее часто используемые операции:

• запуск программы на решение;
• организация записи программы на диск и скачивание ее с диска;
• печать текста и результатов решения;
• копирование программы на другой диск;
• удаление программы с диска;
• просмотр содержимого диска и т.п. операции.

По существу, эти операции используются для работы с любой программой, воспринимаемой как единое целое. Поэтому  целесообразно из всего многообразия операций, выполняемых компьютером, выделить типовые и реализовать  их с помощью специализированных программ, которые следует принять  в качестве стандартных средств, поставляемых вместе с аппаратной частью.

Программы, организующие работу устройств  и несвязанные со спецификой решаемой задачи, вошли в состав комплекса  программ, названного операционной системой. Функции операционной системы многообразны, постоянно расширяются за счет введения дополнительных программ и модификации  старых.

Операционная система - совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

Операционная система образует автономную среду, не связанную ни с  одним из языков программирования. Любая же прикладная программа связана  с операционной системой и может  эксплуатироваться только на тех  компьютерах, где имеется аналогичная  системная среда. Прикладные программные  средства, разработанные в среде  одной операционной системы, не могут  быть использованы для работы в среде  другой операционной системы, если нет  специального комплекса программ (конвертера), позволяющего это сделать. В таком случае говорят о программной несовместимости компьютеров.

Программа, созданная в среде  одной операционной системы, не функционирует  в среде другой операционной системы, если в ней не обеспечена возможность конвертации программ.

Для работы с операционной системой необходимо овладеть языком этой среды - совокупностью команд, структура которых определяется синтаксисом этого языка.

Операционная система выполняет  следующие функции:

• управление работой каждого блока персонального компьютера и их взаимодействием;
• управление выполнением программ;
• организацию хранения информации во вне памяти;
• взаимодействие пользователя с компьютером, т.е. поддержку интерфейса пользователя.

Обычно операционная система хранится на жестком диске, а при его  отсутствии выделяется специальный  гибкий диск, который называется системным  диском. При включении компьютера операционная система автоматически  загружается с диска в оперативную  память и занимает в ней определенное место. Операционная система создается  не для отдельной модели компьютера, а для серии компьютеров, в  структуре которых заложена и  развивается во всех последующих  моделях определенная концепция.

Любая ОС должна обеспечивать решение  двух главных задач: поддержка работы компьютерных программ и обеспечение  их взаимодействия с аппаратурой; предоставление пользователю возможности общего управления ЭВМ.

В рамках первой задачи ОС обеспечивает взаимодействие программ с внешними устройствами и друг с другом: распределение  оперативной памяти между программами, управление устройствами, обработка  ошибок и т.д. Цель управления ресурсами  заключается в том, чтобы добиться эффективного их использования, а также  освободить пользователя от необходимости  управлять ими самостоятельно.

Вторая задача решается с помощью  средств ОС, позволяющих, например, просматривать файлы и каталоги на экране дисплея, запускать программы на исполнение, устанавливать режимы работы дисплея, принтера и т. д.

В современных ЭВМ используются ОС с разной архитектурой и возможностями, требующие различных аппаратных ресурсов и предоставляющих пользователям  далеко не одинаковый уровень сервиса  при практической работе.

Скорость работы программ и выполнения операций с файлами зависит от количества информации, обрабатываемой ОС в единицу времени. Чем больше этот объем, тем быстрее выполняются  операции. Различают 16-, 32-, 64-разрадные  ОС и т.д.

В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач (процессов) выделяют однозначные и многозначные операционные системы.

В однозначной ОС в любой момент времени может выполняться (быть активной) только одна прикладная программа  которой представляются все ресурсы  ЭВМ. В то же время, некоторые однозадачные ОС позволяют выполнять параллельно (в фоновом режиме) одну или несколько  вспомогательных (резидентных) программ. Резидентные программы после  запуска остаются в оперативной  памяти и обычно обрабатывают операции ввода-вывода, следя за конкретными  событиями, не мешая активной задаче.

В многозадачной ОС могут одновременно выполняться несколько не зависимых друг от друга задач (процессов, программ). Многозначность основана на принципе квантования времени. Эффект одновременной работы достигается разделением процессорного времени и других ресурсов между несколькими вычислительными процессами. Операционная система выстраивает очередь из поступающих заданий, выделяет квант времени для доступа к центральному процессору каждому заданию согласно очереди. Выполнив первое задание, операционная система отсылает его в конец очереди и переходит ко второму и т. д. достоинство этого режима, по сравнению с однозначным, заключается в более эффективном использовании аппаратуры и повышении ее пропускной способности. Многозначные ОС в этом смысле предпочтительнее, но вместе с тем они и более сложные, поскольку появляется необходимость реализации механизма управления заданиями.

Многозадачные ОС при выполнении программ используют кооперативную или приоритетную многозадачность. При кооперативной многозадачности все приложения делят процессорное время, периодически опрашивая друг друга. Каждое приложение получает фактически столько процессорного времени и аппаратных ресурсов, сколько оно считает нужным.

При этом вполне возможны ситуации, когда  приложение заняло ресурс, и при  этом в ее работе возникла ошибка (программа  «зависла»). На запросы других программ (в том числе самой ОС) она  не реагирует, и чаще всего это  приводит к необходимости перезагрузки компьютера (с потерей всей несохраненной  информации).

В режиме приоритетной многозадачности  каждому приложению отводится строго определенное количество времени, и  оно не имеет возможности монопольного использования аппаратуры. В этом режиме при зависании программы  ОС может выгрузить ее из памяти, не нарушая работы других. Такие  ОС являются более стабильными, но не все программы могут работать в них.

В зависимости от количества одновременно работающего числа пользователей  различают одно- и многопользовательские  ОС.

Однопользовательская операционная система позволяет работать на компьютере в определенный момент времени только одному пользователю, в то время  как многопользовательская позволяет  запускать на одном ПК несколько  задач различным пользователям одновременно.

1.2 Требования к операционной системе

Надежность. Операционная система  должна быть надежной, как и аппаратура, с которой она взаимодействует. Она должна иметь возможность  определения и диагностирования собственных ошибок, а также восстановления работоспособности компьютера после  большинства характерных ошибок, происходящих по вине пользователя. Кроме  того, ОС должна минимизировать вред, который  пользователь может причинить системе  своими неправильными действиями.

Защита программ и данных. Операционная система должна защищать выполняемые  программы и данные от взаимного  влияния их друг на друга.

Предсказуемость. Операционная система  должна отвечать на запросы пользователя предсказуемым образом. Результаты выполнения любых команд пользователя должны быть одними и теми же, вне  зависимости от последовательности, в которой эти команды посылаются на исполнение.

Удобство. Операционная система должна облегчать работу пользователю, освобождая его от задач по управлению ресурсами  ЭВМ и распределению их между  программами. Система должна быть спроектирована с учетом основных факторов человеческой психологии.

Эффективность. При распределении  ресурсов операционная система должна использовать минимум системных  ресурсов для собственных нужд, максимально  предоставляя их выполняющимся задачам (программам) пользователя.

Гибкость. ОС должна позволить увеличивать  или уменьшать используемые аппаратные ресурсы для того чтобы улучшать эффективность скорость работы программ.

Модифицируемость. ОС должна иметь  возможность добавления новых функциональных модулей, появляющихся в процессе ее совершенствования.

Ясность. Пользователь может оставаться в неведении от механизма внутренних операций ОС, но в то же время должен иметь возможность получения  полного отчета о ходе их выполнения.

1.3 Состав ОС и назначение, ее компонент

Важнейшим достоинством большинства  ОС является модульность. Это свойство позволяет объединить в каждом модуле определенные логически связанные  группы функций. Если возникает необходимость  в замене или расширения такой  группы функций, это можно сделать  путем замены или модификации  лишь одного модуля, а не всей системы.

Большинство ОС состоит из следующих  основных модулей: базовая система ввода-вывода (BIOS - Basic Input Output System); загрузчик операционной системы (Вoot Record); ядро ОС; драйверы устройств; командный процессор; внешние команды (файлы).

Базовая система ввода-вывода (BIOS) -- это набор микропрограмм реализующих  основные низкоуровневые (элементарные) операции ввода-вывода. Они хранятся в ПЗУ компьютера и записываются туда при изготовлении материнской  платы. Данная система, по сути, «встроена» в компьютер и является одновременно его аппаратной частью и частью операционной системы.

Первая функция BIOS -- автоматическое тестирование основных компонентов  компьютера при его включении. При  обнаружении ошибки на экран выводится  соответствующее сообщение и/или  выдается звуковой сигнал.

Далее BIOS осуществляет вызов блока  начальной загрузки операционной системы, находящейся на диске (эта операция выполняется сразу по окончании  тестирования). Загрузив в ОЗУ этот блок, BIOS передает ему управление, а  он в свою очередь загружает другие модули ОС.

Еще одна важная функция BIOS -- обслуживание прерываний. При возникновении определенных событий (нажатие клавиши на клавиатуре, щелчок мыши, ошибка в программе  и т.д.) вызывается одна из стандартных  подпрограмм BIOS по обработке возникшей  ситуации.

Загрузчик операционной системы -- это короткая программа, находящаяся в первом секторе любого загрузочного диска (дискеты или диска с операционной системой). Функция этой программы заключает в считывании в память основных дисковых файлов ОС и передаче им дальнейшего управления ЭВМ.

Ядро. ОС реализует основные высокоуровневые  услуги, загружается ОЗУ и остается в ней постоянно. В ядре ОС выделяют несколько подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение той или иной задачи.

1.4 Обзор файловых систем

В Основе любой операционной системы  лежит принцип организации работы внешнего устройства хранения информации. Несмотря на то, что внешняя память может быть технически реализовала на разных материальных носителях (например, в виде гибкого магнитного диска или магнитной ленты) их объединяет принятый в операционной системе принцип организации хранения логически связанных наборов информации в виде так называемых файлов.

Файл - логически связанная совокупность данных или программ, для размещения которой во внешней памяти выделяется именованная область.

Файл служит учетной единицей информации в операционной системе.

Любые действия с информацией в MS DOS осуществляются над файлами: запись на диск, вывод на экран, ввод с клавиатуры, печать, считывание информации CD - ROM и  пр.

На диске файл не требует для  своего размещения непрерывного пространства, обычно он занимает свободные кластеры в разных частях диска. Сведения о  номерах этих кластеров хранятся в специальной FAT- таблице. Кластер  является минимальной единицей пространства диска, которое может быть отведено файлу. Самый маленький файл занимает один кластер, большие файлы - несколько десятков кластеров.

В файле могут храниться разнообразные  виды и формы представления информации: тексты, рисунки, чертежи, числа, программы, таблицы и т.п.

Часто файлы разделяют на две категории - текстовые и двоичные. Текстовые файлы предназначены для чтения человеком. Они состоят из строк символов, причем каждая строка оканчивается двумя специальными символами «возврат каретки» (CR) и «новая строка» (LF).

При редактировании и просмотре  текстовых файлов эти специальные  символы, как правило не видны. В текстовых файлах хранятся тексты программ, командных файлов DOS и т.д. Файлы, не являющиеся текстовыми, по традиции называются двоичными.

Каждая программа (кроме операционной системы, которая запускается при  включении компьютера) содержит в  своем составе файл, который запускает  эту программу. Такой файл называется исполнимым файлом. Иначе говоря, исполнимый файл - это головной файл программы, запускающий ее на выполнение. Если программа состоит из одного файла, то этот файл и является исполнимым файлом. По традиции исполнимые файлы обычно имеют расширение имени .COM или .EXE.

Кроме файлов программ, на дисках всегда будут файлы, содержащие данные, с  которыми мы работаем. Чаще всего все  данные, соответствующие одному документу, с которым мы работаем, содержатся в одном файле.

Такие файлы обычно называют файлами  документов. Например, большинство  редакторов текстов, электронных таблиц, графических редакторов сохраняют  любой обрабатываемый документ (таблицу, рисунок и т.д.) в одном файле. Для работы с такими документами надо запустить соответствующую программу и считать (часто говорят - открыть) файл документа в этой программе.

В компьютере обычно имеется несколько  накопителей на магнитных дисках (дисководов). В компьютере может  быть два накопителя на гибких магнитных  дисках, обозначаемых А: и В:, или  один А: и один накопитель на жестком  магнитном диске С: (накопители на жестких дисках обозначаются начиная с С:.

Текущий дисковод - это дисковод с которым работает пользователь в настоящее время. MS DOS по умолчанию ищет все задаваемые пользователем файлы на текущем дисководе. Сменить текущий дисковод можно с помощью команд MS DOS . Помимо накопителей на магнитных дисках компьютер может иметь и другие устройства. В операционной системе MS DOS используются следующие имена устройств:

AUX - дополнительное устройство, присоединяемое к коммуникационному порту COM1:;

СОМ1: - СОМ3:- устройства, присоединяемые к коммуникационным портам 1 -3 (например, модем)

LPT1: - LPT3: - устройства, присоединяемые к последовательным портам 1-З (обычно это принтеры);

CON - при вводе - клавиатура, при выводе - экран;

PRN - принтер, подключенный к LPT1:;

NUL - «пустое» устройство; все операции ввода - вывода для этого устройства игнорируются, но сообщения о выполнении операций выдаются.

Даже если добавить к этим именам какое-либо расширение, все равно MS DOS будет воспринимать это как  обращение к устройству. Однако расширения имени файлов .CON, .AUX, .PRN и .NUL вполне допустимы.

Каждый файл имеет имя, которое  состоит из двух частей: собственно имени и расширения. В ОС MS DOS в  имени файла может быть от 1 до 8 символов (OS /2 и Windows - 95 позволяю использовать длинные имена файлов - до 254 символов). Некоторые имена файлов являются запрещенными так как MS DOS понимает их как имена устройств.

Расширение имени файла (тип  файла) начинается с точки, за которой  следуют от 1 до З символов.

Например:

command.com

paper. Doc

autoexec. Bat

Имя. Расширение

Символы имени и расширении могут  быть прописными и строчными латинскими буквами, цифрами и символами -- @ ! () $ % # ' { }

Расширение имени файла является необязательным. Оно, как правило, определяет содержание файла, поэтому использование  расширения весьма удобно, так как  по расширению можно узнать, какая  программа создала файл.

Стандартными расширениями являются, например:

.com, .exe - готовые к выполнению программы;

.sys - драйверы ОС;

.bat - командные файлы;

.pas - программы на Паскале;

.bas - программы на Бейсике;

.c - программы на Си;

.doc, .txt, .lst - документы, тексты и т.д.;

В имени и расширении имени файла  прописные и строчные буквы являются эквивалентными, так как MS DOS переводит  все строчные буквы в соответствующие прописные буквы.

Глава 2. Характеристика современных  операционных систем

Современные операционные системы  или операционные системы реального  времени (ОСРВ) предназначены для  обеспечения интерфейса к ресурсам критических по времени систем реального  времени. Основной задачей в таких  системах является своевременность  выполнения обработки данных.

В качестве основного требования к  ОСРВ выдвигается требование обеспечения  предсказуемости или детерминированности  поведения системы в наихудших  внешних условиях, что резко отличается от требований к производительности и быстродействию универсальных  ОС. Хорошая ОСРВ имеет предсказуемое поведение при всех сценариях системной загрузки.

Существует некое различие между  системами реального времени  и встроенными системами. От встроенной системы не всегда требуется, чтобы  она имела предсказуемое поведение, и в таком случае она не является системой реального времени. Однако даже беглый взгляд на возможные встроенные системы позволяет утверждать, что  большинство встроенных систем нуждается  в предсказуемом поведении, по крайней  мере, для некоторой функциональности, и таким образом, эти системы  можно отнести к системам реального  времени.

Принято различать системы мягкого (soft) и жесткого (hard) реального времени. В системах жесткого реального времени неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время ведет к отказам и невозможности выполнения поставленной задачи. В большинстве русскоязычной литературы такие системы называют системами с детерминированным временем. При практическом применении время реакции должно быть минимальным. Системами мягкого реального времени называются системы, не попадающие под определение "жесткие", т.к. в литературе четкого определения для них пока нет. Системы мягкого реального времени могут не успевать решать задачу, но это не приводит к отказу системы в целом. В системах реального времени необходимо введение некоторого директивного срока, до истечения которого задача должна обязательно выполниться. Этот директивный срок используется планировщиком задач как для назначения приоритета задачи при ее запуске, так и при выборе задачи на выполнение.

Мартин Тиммерман сформулировал следующие необходимые требования для ОСРВ:

• ОС должна быть многозадачной и допускающей вытеснение (preemptable),
• ОС должна обладать понятием приоритета для потоков,
• ОС должна поддерживать предсказуемые механизмы синхронизации,
• ОС должна обеспечивать механизм наследования приоритетов,
• поведение ОС должно быть известным и предсказуемым (задержки обработки прерываний, задержки переключения задач, задержки драйверов и т.д.); это значит, что во всех сценариях рабочей нагрузки системы должно быть определено максимальное время отклика.

В течение последних 25-30 лет структура  операционных систем эволюционировала от монолитной к многослойной структуре  ОС и далее к архитектуре клиент-сервер. При монолитной структуре ОС состоит из набора модулей, и изменения одного модуля влияют на другие модули. Чем больше модулей, тем больше хаоса при эксплуатации такой системы. Кроме того, невозможно распределить ОС в многопроцессорной системе. В многослойной структуре изменения одного слоя влияют на соседние слои; кроме того, обращение через слой невозможно. Для систем реального времени должно быть обеспечено прямое обращение к каждому слою ОС, а иногда напрямую к аппаратуре.