2.4.1. Функции операционных систем персональных компьютеров

Операционная система — это программа, которая загружается при включении компьютера. Она производит диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках и т.д.), запускает другие (прикладные) программы на выполнение. Операционная система обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера.

Основная причина необходимости операционной системы состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления ресурсами компьютера — это операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

Например, накопитель на магнитных дисках "понимает" только такие элементарные операции, как включить/выключить двигатель дисковода, установить читающие головки на определенный цилиндр, выбрать определенную читающую головку, прочесть информацию с дорожки диска в компьютер и т.д. И даже для выполнения такого несложного действия, как копирование файла (файл — это именованный набор информации на диске или другом машинном носителе) с одной дискеты на другую, необходимо выполнить тысячи операций по запуску команд дисководов, проверке их выполнения, поиску и обработке информации в таблицах размещения файлов на дисках и т.д. Задача еще усложняется следующим:

- имеется около десятка форматов дискет, и операционная система должна уметь работать со всеми этими форматами. Для пользователя работа с дискетами различного формата должна осуществляться абсолютно одинаково;

- файл на дискетах занимает определенные участки, причем пользователь не должен ничего знать о том, какие именно. Все функции по обслуживанию таблиц размещения файлов, поиску информации в них, выделению места для файлов на дискетах выполняются операционной системой, и пользователь может ничего не знать о них;

- во время работы программы копирования может возникать несколько десятков различных особых ситуаций, например сбой при чтении или записи информации, неготовность дисководов к чтению или записи, отсутствие места на дискете для копируемого файла и т.д. Для всех этих ситуаций необходимо предусмотреть соответствующие сообщения и корректирующие действия.

Операционная система скрывает от пользователя эти сложные и ненужные подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Она выполняет также различные вспомогательные действия, например копирование или печать файлов. 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.

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).

Обеспечение автоматического запуска

Все операционные системы обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых операционных систем в специальной (системной) области диска 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.

При подаче питания процессор обращается к фиксированному физическому адресу ПЗУ, с которого начинается запуск программ инициализации операционной системы.

Организация файловой системы

Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. 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. В имени файла разрешается использовать буквы, цифры, пробелы, точки и другие любые символы, кроме девяти специальных: \ / : * ? « < > | .

Создание каталогов (папок)

Каталоги (папки) – важные элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам, если файлов на носителе слишком много. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их создателем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т.п.). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и являются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска.

Обеспечение взаимодействия аппаратным обеспечением

Средства аппаратного обеспечения вычислительной техники отличаются гигантским многообразием. Существуют сотни различных моделей видеоадаптеров, звуковых карт, мониторов, принтеров, сканеров и прочего оборудования. Ни один разработчик программного обеспечения не в состоянии предусмотреть, все варианты взаимодействия своей программы, например с печатающим устройством.

Гибкость аппаратных и программных конфигураций вычислительных систем поддерживается за счет того, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления – драйверы.

В операционных системах MS-DOS драйверы устройств загружаются как резидентные программы, напрямую работающие с процессором и другими устройствами материнской платы. Здесь участие операционной системы сводится лишь к тому, чтобы предоставить пользователю возможность загрузки драйвера – далее он сам перехватывает прерывания, используемые для обращения к устройству, и управляет его взаимодействием с вызывающей программой.

Средства проверки дисков

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.

Средства проверки принято рассматривать в двух категориях: средств логической проверки, то есть проверки целостности файловой структуры, и средства физической диагностики поверхности. Логические ошибки, как правило, устраняются средствами операционной системы, а физические дефекты поверхности только локализуются – операционная система принимает во внимание факт повреждения магнитного слоя в определенных секторах и исключает их из активной работы.

Логические ошибки файловой структуры имеют два характерных проявления: это потерянные кластеры или общие кластеры. Потерянные кластеры образуются в результате неправильного (или аварийного) завершения работы с компьютером. Так, например, ни в одной операционной системе нельзя выключать компьютер, если на нем запущены приложения, осуществляющие обмен информацией с дисками. Кроме того, в операционных системах Windows также нельзя выключать компьютер, если не исполнена специальная процедура завершения работы с операционной системой.

Ошибки, связанные с некорректным прерыванием работы с компьютером, легко определяются и устраняются средствами самой операционной системы, но при этом надо быть внимательным к запросам ОС, чтобы не потерять интересующую вас информацию.