Informatica / Лекция_5

Лекция 5

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

1. Назначение, состав и основные характеристики

операционной системы

Как уже говорилось, среди всех программных продуктов первостепенную значимость имеют операционные системы. Под операционной системой понимают комплекс программ, предназначенных для того, чтобы обеспечить людям и другим программам оптимальное использование компьютера.

Именно ОС организует выполнение других программ и взаимодействие пользователя с компьютером. Она, в частности, берет на себя реализацию многих рубинных операций (таких, как ввод исходных данных в программу и вывод результатов ее работы), загружает программы в память для выполнения, распределяет между ними аппаратные ресурсы (процессорное время, оперативная память и периферийные устройства), воспринимает и выполняет команды, вводимые пользователем с клавиатуры.

ОС образует прослойку между людьми и аппаратными средствами компьютера, в результате чего люди и другие программы освобождаются от необходимости знания тонкостей работы периферийного оборудования и создания удобной операционной среды, называемой также обстановкой (окружением) или контекстом.

У людей, обращающихся к помощи компьютера, имеются различные потребности, которые в значительной степени удовлетворяются именно операционной системой. Для рассмотрения функций операционной системы людей условно можно разделить на две группы: пользователи и программисты (здесь понятие пользователя более ограничено, чем понимание пользователя как любого человека, общающегося с компьютером). Разумеется, такое деление оказывается нежестким, и конкретный человек даже в течение одного сеанса работы на компьютере может «переходить» из одной группы в другую, т .е. попеременно становится программистом или пользователем.

Пользователю требуется, в первую очередь, удобный набор команд для управления файлами данных и программ, дискет и работы с программными пакетами. Пользователи в таком понимании не обязаны уметь программировать, их цели связаны с решением повседневных задач из конкретной области, обучением определенным навыкам (например, машинописи или иностранному языку) или проведением досуга (компьютерные игры). Такую точку зрения на пользователя поясняет следующий бытовой пример: в своем большинстве мы является пользователями, например, холодильника, не будучи специалистами в холодильной технике и смутно представляя их устройство. Именно с таким применением персональных компьютеров должны связываться перспективы компьютеризации общества.

Программисту от операционной системы требуется набор таких средств, которые помогали бы ему в разработке и отладке конечного продукта - программ. Для этого необходимы не только трансляторы различных языков программирования, но и текстовые процессоры, компоновщики (редакторы связей), загрузчики и отладчики. Ясно, что работа программиста будет эффективнее, если ОС предоставит ему сервисные программы для решения часто встречающихся и иногда довольно сложных задач, например, управления файлами, обмена данными с разнообразными периферийными устройствами и т.п.

Иными словами, ОС поддерживает два следующих интерфейса:

пользовательский интерфейс (командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций);

программный интерфейс (набор услуг, освобождающий программиста от кодирования рутинных операций).

Схематично интерфейсы ОС изображены на рис.1.

Пользовательский

интерфейс

Пользователь

Операционная

ЭВМ система

Системные и

прикладные

Программный программы

интерфейс

Рис. 1. Интерфейсы ОС

Для управления ПК используется командный язык, который представляет собой набор определенных команд.

Команда - способ общения пользователя с компьютером в операционной системе.

Команда вызывает определенное действие в компьютере: организует передачу информации; вырабатывает необходимый управляющий сигнал; подключает внешнее устройство для организации процесса ввода-вывода информации и т.д.

Ввод команды осуществляется в командной строке в соответствии с определенными правилами, заданными в виде формата.

Командная строка - строка экрана, начинающаяся с приглашения операционной системы.

Формат команды - правило формирования команды пользователя с клавиатуры.

При формировании команды необходимо помнить:

формат команды состоит из имени команды набранного латинскими буквами (прописными или строчными) и возможно параметров отделенных от имени одним пробелом;

в большинстве случаев параметры между собой пробелом не разделяются, а в составе разделителя используется символ / ;

параметрами могут быть: имя дисковода, путь, имя файла, латинские буквы, символы, цифры;

присутствие параметров в формате часто бывает необязательным, что указывается с помощью квадратных скобок [ ].

Обобщенный формат команды можно представить в следующем виде:

Имя команды [ параметры ].

Пример: С: \ >DIR D:BOOK\VIN.TXT

имя Параметры

команды

По способу реализации команды разделяются на две группы (Рис. 2):

резидентные (внутренние, встроенные);

транзитные (внешние, утилиты, обслуживающие, сервисные).

Команды

Резидентные Транзитные

Рис. 2

Резидентные команды входят в ядро операционной системы и загружаются в оперативную память сразу при загрузке операционной системы.

Транзитные команды (программы) находятся на диске и дополняют ядро операционной системы. Они не загружаются сразу в оперативную память, а вызываются при необходимости в транзитную область памяти, поэтому они называются транзитными. После выполнения на их место в оперативной памяти загружается любая другая информация. Таким образом оперативная память экономится для пользователя.

Рассмотрим классификацию команд ОС DOS по функциональному назначению. Классификация команд может быть сделана весьма условно вследствие разнообразных возможностей многих команд. Основным функциональным признаком может служить объект, с которым производятся различные действия, например каталог, файл, диск. В этом случае выделяются следующие группы команд:

для работы с каталогами;

для работы с файлами;

для работы с дисками;

управления памятью и устройствами;

конфигурирования системы.

Одно из достоинств ОС состоит в обеспечении возможности использования метода логических устройств. Сущность данного метода заключается в том, что при необходимости обращения к устройству ввода-вывода может указывать не физический адрес устройства, а некоторое символическое имя из набора имен, определенных для логических устройств ввода-вывода или для приписывания к ним набора данных. К началу выполнения программы должно быть установлено соответствие между физическим и логическим устройством ввода-вывода. Иными словами, логическому устройству должно быть назначено конкретное физическое устройство. Преобразование логических адресов в физические осуществляется ОС.

В настоящее время существует большое разнообразие ОС. Они классифицируются по следующим признакам:

1. по числу пользователей, одновременно обслуживающих системой;

2. по числу процессов, которые могут одновременно выполняться под управлением ОС (процессом называется последовательность действий, предписанных программой или ее логически законченной частью, а также данные, используемые при вычислениях);

3. по типу доступа пользователя к ЭВМ;

4.по типу вычислительной техники, для управления ресурсами которых система предназначена.

В соответствии с первым признаком различают однопользовательские и многопользовательские ОС. Многопользовательские системы поддерживают одновременную работу на ЭВМ нескольких пользователей (конечно за различными дисплеями).

Второй признак делит ОС на однозадачные и многозадачные. Если система многопользовательская, то она и многозадачная, но не наоборот.

В соответствии с третьим признаком ОС делятся на:

системы с пакетной обработкой, когда из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет, который предъявляется ЭВМ. В этом случае пользователи непосредственно с ОС не взаимодействуют. Данный тип ОС предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов ЭВМ;

систему разделения времени, обеспечивающие одновременной диалоговой (интерактивный) доступ к ЭВМ нескольких пользователей через терминалы. Ресурсы ЭВМ выделяются при этом каждому пользователю «по очереди» в соответствии с той или иной дисциплиной обслуживания. Этот тип ОС предназначен для обеспечения удобства работы пользователей;

системы реального времени, которые должны обеспечивать гарантированное время ответа на внешние события. Такая ОС служит для управления внешними по отношению к ЭВМ процессами и объектами.

По четвертому признаку ОС делятся на однопроцессорные, многопроцессорные, сетевые и распределенные.

ОС не могут, как правило, предоставлять пользователям возможности, которыми не обладает ЭВМ. В состоянии только эффективно использовать аппаратные средства компьютера. Поэтому сначала перечислим возможные режимы работы ПЭВМ, чтобы понять какими типами ОС они могут комплектоваться.

В настоящее время ПЭВМ поддерживает широкий спектр режимов работы, среди которых:

1. однопрограммный режим;

2. однопользовательский многопрограммный, или просто многопрограммный режим;

3. многопользовательский многопрограммный или просто многопрограммный режим;

4. система виртуальных машин. Основным признаком которого является возможность одновременной работы нескольких ОС.

С точки зрения МП режимы 2 и 3 близки друг к другу, но для обеспечения последнего необходимо наличие нескольких терминалов (дисплеев и клавиатур).

Для поддержки перечисленных режимов работы ПЭВМ существует следующие типа ОС:

однопользовательские однозадачные, или просто однозадачные;

однопользовательские многозадачные, или просто многозадачные;

многопользовательские многозадачные или просто многопользовательские.

Очевидно, однозадачная ОС может быть поставлена на поддерживающую любой режим работы ПЭВМ, что и делается многими пользователями. Однако, современные мощные ПЭВМ имеют такие ресурсы, которые не могут быть эффективно использованы одним пользователем, даже в многопрограммном режиме, на таких машинах целесообразно применять многопользовательские ОС.

Для IBM - совместимых ПЭВМ разработаны и используются следующие классы ОС:

ОС семейства DОS;

ОС семейства OS/2;

ОС семейства Windows.

2. Операционные системы основных видов

В настоящее время практически на каждом ПК установлена операционная система MS - DOS (Microsoft Disk Operating system - операционная система фирмы Микрософт).

Следует заметить, что наряду с MS DOS на рынке программного обеспечения доступны также и совместимые с ней ОС и других фирм - производителей: IBM (PC DOS), Novell (Novell DOS, ранее DR DOS), отечественной фирмы Физтехсофт (PTS DOS) и др. Практически во всем эти ОС дублируют MS DOS, отличаясь от нее набором поставляемых с ОС утилит, некоторыми дополнительными возможностями, параметрами команд DOS и т.д. Мы будем называть MS DOS, PС DOS и Novell DOS общим термином « DOS».

Операционная система DOS - это 16-разрядная простая однозадачная система. Однозадачность означает, что одновременное выполнение нескольких программ не допускается.

Не смотря на то, что DOS однозадачная система, имеются некоторые элементы многозадачности, например, DOS поддерживает фоновую печать на принтере, то есть такую печать, которая происходит одновременно с выполнением некоторой программы.

ОС не предъявляет повышенные требования к техническим характеристикам ПК, поэтому она может применяться на всех (IBM совместимых) компьютерах, имеющихся в настоящее время.

ОС семейства ДОС имеют ряд недостатков. Наиболее существенным из них является полное отсутствие средств, защиты от несанкционированного доступа к ресурсам ПЭВМ и к самой ОС, а также жесткое ограничение на размер доступного для работы ОЗУ.

В связи с созданием в 1987 году нового семейства ПЭВМ PS/2 фирмой IBM совместно с Microcoft была разработана многозадачная ОС второго поколения, названная OS/2 (Operating System/2 - операционная система /2). Она считается приемником DOS.

OS/2 многозадачная, однопользовательская ОС с 32 разрядной адресацией.

OS/2 управляет микропроцессором в защищенном режиме. Она позволяет использовать физическую память до 16 Мбайт и виртуальную до 0,5 Гбайт на каждую задачу. OS/2 обеспечивает одновременную работу до 12 программ. Недостатками OS/2 является: ее «прожорливость». Сама OS/2 занимает около 500 Кбайт, при этом ПЭВМ должна иметь память объемом не менее 2 Мбайта;

сложностью в использовании;

отсутствие русскоязычных программных продуктов под OS/2.

На наиболее крутых ПК устанавливается мощная, но прожорливая операционная системы Windows NT (Net Tehnology - новая технология. Будущее системы Windows NT, которая усиленно рекламировалась фирмой Microsoft, весьма туманно. В настоящее время Microsoft лихорадочно развивает ее по двум направлениям. Первое связано с созданием ОС Daytana, являющейся более быстродействующим и компактным вариантом своей прародительницы. Второе ассоциируется с работой Cairo, в рамках которого создается еще более мощная приемница Windows NT. Хотя она и предъявляет повышенные требования к ресурсам компьютера, но данная ОС обеспечивает практически абсолютную надежность работы в многозадачной среде, содержит средства для коллективной работы с данными, а также встроенные возможности для контроля и ограничения доступа к данным, что во многих организациях является абсолютно необходимым.

Приведем требования к быстродействию процессора, оперативной и дисковой памяти различных ОС.

ОС	Надо иметь	Для комфортной работы
DOS	8088, 512 памяти, без жесткого диска	80386, 4 М памяти, диск 12,0 Мбайт
Windows 95, OS/2	80486, 8 Мбайт памяти	Pentium, 16 Мбайт памяти, диск 540 Мбайт
Windows NT	80486, 16 Мбайт памяти, диск 200 Мбайт	Pentium, 32 Мбайт памяти, диск 540 Мбайт

Линия развития тандема DOS и Windows наиболее перспективна. Говоря о перспективах DOS и Windows, нельзя не вспомнить о проекте под названием Chicago, результатом реализации которого явилось ОС Windows 95.