4

Операционная система: определение, функции, компоненты

Операционная система -  это программа, контролирующая работу пользовательской программы и систем приложений и исполняемая роль интерфейса между приложениями и аппаратным обеспечением компьютера. Её предназначения можно разделить на три основные составляющие:

1)      удобство: операционная система делает исполнение компьютера простым и удобным;

2)      эффективность: операционная система позволяет эффективно использовать ресурсы компьютерной системы;

3)      возможность развития: операционная система должна допускать разработку тестирования новых приложений и системных функций без нарушения нормального функционирования вычислительной системы.

Примеры ОС: семейство Windows, Linux.

Функции ОС:

1) приём от пользователя заданий или команд, формулированных на соответствующем языке и их обработка;

2) приём и исполнение программы запроса на запуск/приостановку других программ;

3) загрузка в оперативную память, подлежащие исполнению, программы;

4) инициализация программ (передача ей управления), в результате чего процессор использует программу;

5) идентификация программ;

6) обеспечение работы системы управления файлами базы данных, что позволяет резко увеличить эффективность программного обеспечения;

7) обеспечение режима мультипрограммирования, т.е. выполнение двух или более программ на одном процессоре, создающая видимость их одновременного исполнения;

8) обеспечение функции по организации и управления всеми операциями ввода и вывода;

9) удовлетворение жёстким ограничениям на время в режиме реального времени;

10) распределение памяти:

а) организация виртуальной памяти;

б) в большинстве современных систем.

11) планирование и диспетчеризация в соответствии с заданием;

12) организация механизма обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;

13) защита одной программы от влияния других программ, обеспечение сохранение данных;

14) предоставление услуг на случай частичного сбоя системы;

15) обеспечение работы системы программ, с помощью которых пользователи готовят свои программы.

Компоненты ОС:

1. Драйверы устройств

2. Файловая система

3. Менеджеры ресурсов

4. Пользовательский интерфейс (текстовый или графический)

5. Компоненты работы с сетью

Архитектура ЭВМ

Магистрально-модульный принцип построения ЭВМ

Основным устройством ПК является материнская плата, которая определяет его конфигурацию. Все устройства ПК подключаются к этой плате с помощью разъемов расположенных на этой плате. Соединение всех устройств в единую систему обеспечивается с помощью системной магистрали (шины), представляющей собой линии передачи данных, адресов и управления.

Ядро ПК образуют процессор (центральный микропроцессор) и основная память, состоящая из оперативной памяти и постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства ППЗУ. ПЗУ предназначается для записи и постоянного хранения данных.

Подключение всех внешних устройств: клавиатуры, монитора, внешних ЗУ, мыши, принтера и т.д. обеспечивается через контроллеры, адаптеры, карты.

Контроллеры, адаптеры или карты имеют свой процессор и свою память, т.е. представляют собой специализированный процессор.

Микропроцессор

Центральный микропроцессор (небольшая микросхема, выполняющая все вычисления и обработку информации) – это ядро ПК. В компьютерах типа IBM PC используются микропроцессоры фирмы Intel и совместимые с ними микропроцессоры других фирм.

Процессор – функциональная часть ЭВМ, выполняющая основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.

Компоненты микропроцессора:

• АЛУ выполняет логические и арифметические операции

• Устройство управления управляет всеми устройствами ПК

• Регистры используются для хранения данных и адресов

• Схема управления шиной и портами – осуществляет подготовку устройств к обмену данными между микропроцессором и портом ввода – вывода, а также управляет шиной адреса и управления.

Основные характеристики процессора:

• Разрядность – число двоичных разрядов, одновременно обрабатываемых при выполнении одной команды. Большинство современных процессоров – это 32 – разрядные процессоры, но выпускаются и 64 - разрядные процессоры.

• Тактовая частота – количество циклов работы устройства за единицу времени. Чем выше тактовая частота, тем выше производительность.

• Наличие встроенного математического сопроцессора

• Наличие и размер Кэш- памяти.

Системный блок

В персональных компьютерах, выпускаемых в портативном варианте, системный блок, монитор и клавиатура объединяются в один корпус. Системный блок представляет собой металлическую коробку со съемной крышкой, в которой размещены различные устройства компьютера.

По форме корпуса бывают:

Desktop – плоские корпуса (горизонтальное расположение), их обычно располагают на столе и используют в качестве подставки для монитора

Tower - вытянутые в виде башен (вертикальное расположение), обычно располагаются на полу.

Для подключения накопителей (жестких дисков и компакт-дисков) используются интерфейсы IDE и SCSI. Интерфейс – это совокупность средств соединения и связи устройств компьютера.

Подключение периферийных устройств (принтеры, мышь, сканеры и т.д.) осуществляется через специальные интерфейсы, которые называются портами. Порты устанавливаются на задней стенке системного блока.

Корпуса различаются по размерам, указанные приставки Super, Big, Midi, Micro, Tiny, Flex, Mini, Slim обозначают размеры корпусов. На передней стенке корпуса размещены кнопки “Power” - Пуск, “Reset” - Перезапуск, индикаторы питания и хода работы ПК.

Порты (каналы ввода - вывода)

На задней стенке корпуса современных ПК размещены (точнее могут размещаться) следующие порты:

VGA - интегрированный в материнскую плату VGA – контроллер для подключения монитора для офисного или делового ПК

COM - асинхронные последовательные (обозначаемые СОМ1—СОМЗ). Через них обычно подсоединяются мышь, модем и т.д.

PS/2 – асинхронные последовательные порты для подключения клавиатура и манипулятора мышь

LPT - параллельные (обозначаемые LPT1—LPT4), к ним обычно подключаются принтеры

USB - универсальный интерфейс для подключения 127 устройств (этот интерфейс может располагаться на передней или боковой стенке корпуса)

iRDA - инфракрасные порты предназначены для беспроводного подключения карманных или блокнотных ПК или сотового телефона к настольному компьютеру. Связь обеспечивается при условии прямой видимости, дальность передачи данных не более 1 м.

Bluetooth ("блутус")- высокоскоростной микроволновый стандарт, позволяющий передавать данные на расстояниях до 25 метров. Если нет встроенного Bluetooth адаптера, то он может быть выполнен в виде дополнительного внешнего устройства (USB bluetooth адаптера), подключаемого через USB-порт.

Разъемы звуковой карты: для подключения колонок, микрофона и линейный выход

В системном блоке расположены основные узлы компьютера:

Системная или материнская плата (motherboard), на которой установлены дочерние платы (контроллеры устройств, адаптеры или карты) и другие электронные устройства

блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, для электронных схем компьютера;

накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер).

накопители на оптических дисках (типа DVD - RW или CD – RW), предназначенные для чтения и записи на компакт - диски

накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков, используемые для чтения и записи на дискеты;

устройства охлаждения

Память компьютера

Различают два основных вида памяти - внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память

Внутренняя память компьютера предназначена для оперативной обработки данных. Она является более быстрой, чем внешняя память, что соответствует принципу иерархии памяти, выдвинутому в проекте Принстонской машины. Следуя этому принципу, можно выделить уровни иерархии и во внутренней памяти.

Выделяют следующие виды внутренней памяти:

1. оперативная. В нее помещаются программы для выполнения и данные для работы программы, которые используются микропроцессором. Она обладает большим быстродействием и является энергозависимой. Обозначается RAM - Random Access Memory -память с произвольным доступом;

1. кэш-память (от англ. caсhe – тайник). Она служит буфером между RAM и микропроцессором и позволяет увеличить скорость выполнения операций, т.к. является сверхбыстродействующей. В нее помещаются данные, которые процессор получил и будет использовать в ближайшие такты своей работы. Эта память хранит копии наиболее часто используемых участков RAM. При обращении микропроцессора к памяти сначала ищутся данные в кэш-памяти, а затем, если остается необходимость, в оперативной памяти;

Специальная память:

1. постоянная память - BIOS (Basic Input-Output System). В нее данные занесены при изготовлении компьютера. Обозначается ROM - Read Only Memory.

BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера  и  загрузки операционной системы в оперативную память.

1. полупостоянная память - CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Хранит параметры конфигурации компьютера. Обладает низким энергопотреблением, потому не изменяется при выключении компьютера, т.к. питается от аккумулятора;

1. видеопамять. Используется для хранения видеоизображения, выводимого на экран. Входит в состав видеоконтроллера.

Внешняя память компьютера

Свойства внешней памяти:

• ВЗУ энергонезависима, целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер.

• В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

В состав внешней памяти включаются:

• НЖМД – накопители на жёстких магнитных дисках.

• НГМД – накопители на гибких магнитных дисках.

• НОД – накопители на оптических дисках (компакт-дисках CD-R, CD-RW, DVD).

• НМЛ – накопители на магнитной ленте (стримеры).

• Карты памяти («флешки» и т.д.)

Носители информации

Носи́тель информа́ции (информацио́нный носи́тель) — любой материальный объект или среда, содержащий  информацию, способный достаточно длительное время сохранять в своей структуре занесённую в него информацию - камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), пластик со специальными свойствами (для оптической записи - CD, DVD и т. д.), ЭМИ (электромагнитное излучение) и т. д. и т. п.

К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом:CD-ROM, DVD-ROM, полупроводниковые (флеш-память и т. п.), дискеты.