Важнейшим достоинством большинства ОС является модульность. Это свойство позволяет объединить в каждом модуле определенные логически связанные группы функций. Если возникает необходимость в замене или расширении 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 (Boot 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 заключается в считывании в память основных дисковых файлов ОС и передаче им дальнейшего управления ЭВМ.
Ядро ОС реализует основные высокоуровневые услуги, загружается в ОЗУ и остается в ней постоянно. В ядре ОС выделяют несколько подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение той или иной задачи:
— файловая система (отвечает за размещение информации на устройствах хранения);
— система управления памятью (размещает программы в памяти);
— система управления программами (осуществляет запуск и выполнение программ);
— система связи с драйверами устройств (отвечает за взаимодействие с внешними устройствами);
— система обработки ошибок;
— служба времени (предоставляет всем программам информацию о системном времени).
Модуль расширения BIOS придает гибкость операционной системе, позволяя добавлять драйверы, обслуживающие дополнительные устройства.
Драйверы требуются в тех случаях, когда обмен информацией с устройствами должен происходить иначе, чем определено в BIOS.
Драйверы устройств – это программы, управляющие работой внешних (периферийных) устройств на физическом уровне. Они дополняют систему ввода-вывода ОС и обеспечивают обслуживание новых устройств или нестандартное использование имеющихся. Они передают или принимают данные от аппаратуры и делают пользовательские программы независимыми от ее особенностей.
Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке операционной системы; необходимость и порядок их загрузки указываются в специальных файлах конфигурации. Такая схема облегчает подключение к машине новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы ОС.
Основные функции:
Дополнительные функции:
Компоненты операционной системы:
Существуют две группы определений операционной системы: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который связан с вопросом, в каких случаях требуется операционная система.
Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры , содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игровые приставки - также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры - могут обходиться без операционной системы, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске .
Операционные системы нужны, если:
Таким образом, современные универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как:
Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой операционной системе. В составе операционной системы различают три группы компонентов:
Большинство программ, как системных (входящих в операционную систему), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов . Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что система (точнее, её ядро) управляет оборудованием.
В определении состава операционной системы значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав операционной системы включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).
Ядро - центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время , память и устройства ввода-вывода . Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.
Как основополагающий элемент операционной системы, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.
Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.
Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.
Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.
Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы). Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.
Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные вычисления) - в пакетном режиме.
Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или по ошибке), а также изменения самой системы прикладной программой.
Реализация разделения полномочий в операционных системах была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора - «реальным» (в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенном при запуске программы на исполнение).
Применение универсальных компьютеров для управления производственными процессами потребовало реализации «реального масштаба времени» («реального времени») - синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами.
Включение функции реального масштаба времени позволило создавать решения, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и/или в режиме разделения времени).
Постепенная замена носителей с последовательным доступом (перфолент , перфокарт и магнитных лент) накопителями произвольного доступа (на магнитных дисках).
Файловая система - способ хранения данных на внешних запоминающих устройствах.
Благодаря конкурентности реализаций архитектура UNIX стала вначале фактическим отраслевым стандартом, а затем обрела статус и стандарта юридического - ISO/IEC 9945 (POSIX).
Только системы, отвечающие спецификации Single UNIX Specification , имеют право носить имя UNIX. К таким системам относятся AIX , HP-UX , IRIX , Mac OS X , SCO OpenServer , Solaris , Tru64 и z/OS .
Операционные системы, следующие стандарту POSIX или опирающиеся на него, называют «POSIX-совместимыми» (чаще встречается словоупотребление «UNIX-подобные » или «семейство UNIX», но оно противоречит статусу торгового знака «UNIX», принадлежащего консорциуму The Open Group и зарезервированному для обозначения только операционных систем, строго следующих стандарту). Сертификация на совместимость со стандартом платная, из-за чего некоторые системы не проходили этот процесс, однако считаются POSIX-совместимыми по существу.
К UNIX-подобным относятся операционные системы, основанные на последней версии UNIX, выпущенной Bell Labs (System V), на разработках университета Беркли (FreeBSD , OpenBSD , NetBSD), на основе Solaris (OpenSolaris , BeleniX , Nexenta), а также Linux , разработанная в части утилит и библиотек проектом GNU и в части ядра - сообществом, возглавляемым Линусом Торвальдсом .
Стандартизация операционных систем преследует цель упрощения замены самой системы или оборудования при развитии вычислительной системы или сети и упрощении переноса прикладного программного обеспечения (строгое следование стандарту предполагает полную совместимость программ на уровне исходного текста; из-за профилирования стандарта и его развития некоторые изменения бывают всё же необходимы, но перенос программы между POSIX-совместимыми системами обходится на порядки дешевле, чем между альтернативными), а также преемственность опыта пользователей.
Самым заметным эффектом существования этого стандарта стало эффективное разворачивание Интернета в 1990-х годах .
Коллектив, создавший UNIX, развил концепцию унификации объектов операционной системы, включив в исходную концепцию UNIX «устройство - это тоже файл» также и процессы, и любые другие системные, сетевые и прикладные сервисы, создав новую концепцию: «что угодно - это файл». Эта концепция стала одним из основных принципов системы Plan 9 (название было позаимствовано из фантастического триллера «План 9 из открытого космоса » Эдварда Вуда-младшего), призванной преодолеть принципиальные недостатки дизайна UNIX и сменившей «рабочую лошадку» UNIX System V на компьютерах сети Bell Labs в 1992 году .
Кроме реализации всех объектов системы в виде файлов и размещения их на едином и персональном для каждого терминала вычислительной сети пространстве (namespace), были пересмотрены другие архитектурные решения UNIX. Например, в Plan 9 отсутствует понятие «суперпользователь», и, соответственно, исключаются любые нарушения режима безопасности, связанные с нелегальным получением прав суперпользователя в системе. Для представления (хранения, обмена) информации Роб Пайк и Кен Томпсон разработали универсальную кодировку UTF-8 , на сегодняшний день ставшую стандартом де-факто. Для доступа к файлам используется единый универсальный протокол 9P, по сети работающий поверх сетевого протокола (TCP или UDP). Таким образом, для прикладного ПО сети не существует - доступ к локальным и к удалённым файлам единообразен. 9P - байт-ориентированный протокол, в отличие от других подобных протоколов, являющихся блок-ориентированными. Это также результат работы концепции: доступ побайтно - к унифицированным файлам, а не поблочно - к разнообразным и сильно изменяющимися с развитием технологий устройствам. Для контроля доступа к объектам не требуется иных решений, кроме уже существующего в операционной системе контроля доступа к файлам. Новая концепция системы хранения избавила администратора системы от изнурительного труда по сопровождению архивов и предвосхитила современные системы управления версиями файлов.
Операционные системы, созданные на базе или идеях UNIX, такие как всё семейство BSD и системы GNU/Linux, постепенно перенимают новые идеи из Bell Labs. Возможно, эти новые идеи ждёт большое будущее и признание ИТ-разработчиков.
Новые концепции были использованы Робом Пайком в Inferno .
Операционная система (ОС) - это программа, которая выполняет функции посредника между пользователем и компьютером.
ОС выполняя роль посредника, служит двум целям: эффективно использовать компьютерные ресурсы и создавать условия для эффективной работы пользователя.
В качестве ресурсов компьютера обычно рассматривают:
Функционирование компьютера после включения питания начинается с запуска программы первоначальной загрузки. Эта программа инициализирует основные аппаратные блоки компьютера, а затем загружается ядро ОС.
В дальнейшем ОС реагирует на события, происходящие в системе, как программные, так и аппаратные, и вызывает модули, ответственные за их выполнение.
ОС является как средой для организации работы пользователя, так и средой исполнения и взаимодействия различных программ.
В функции операционной системы входит:
Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютером. Операционная система скрывает от пользователя сложные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между ними.
В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач н числа пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают основные классы операционных систем :
На сегодняшний момент самой распространенной операционной системой на ПК является операционная система Windows фирмы Microsoft. Количество проданных копий Windows измеряется сотнями миллионов.
5.1. Для чего предназначена операционная система
Компьютер – это сложное устройство, состоящее из большого количества комплектующих. Сам он ничего не делает; чтобы заставить его работать, необходима программа, представляющая собой набор процессорных команд, – операционная система.
Главными составляющими ОС являются ядро, системные утилиты, драйверы и графическая оболочка. Каждый программный элемент выполняет свою функцию и следит, чтобы сохранялась стабильность работы операционной системы в целом.
Современные операционные системы являются многозадачными, то есть пользователь может запускать одновременно несколько приложений, наблюдая результат выполнения каждой из них. Это возможно благодаря конструкции ОС и функциональности современных процессоров – не зря операционные системы пишутся для процессора, а не наоборот. Современный процессор представляет собой не одноядерное, а двухъядерное и даже четырехъядерное решение, что увеличивает его производительность во много раз. Этим пользуется операционная система, оптимально распределяя ресурсы процессора между всеми запущенными процессами.
Главными характеристиками операционной системы являются стабильность ее работы и устойчивость к различным угрозам – внешним (вирусам) и внутренним (аппаратным сбоям и конфликтам). Сегодня выпускается два типа операционных систем – серверные и однопользовательские. Первые представляют собой серьезную программную реализацию, поскольку содержат механизмы, с помощью которых контролируются отношения и поддерживается локальная сеть. Вторые – облегченные, могут работать как автономно, так и в составе сети, подчиняясь ее правилам.
Из книги Видеосамоучитель монтажа домашнего видео в Adobe Premiere Pro CS3 автора Днепров Александр ГОперационная система Устойчивая работа программы Premiere Pro гарантируется на компьютере с инсталлированной операционной системой Microsoft Windows XP с установленным пакетом исправлений Service Pack 2 или выше или Microsoft Windows
Из книги Советы по Delphi. Версия 1.0.6 автора Озеров ВалентинОперационная система Буфер обмена Просмотр буфера обмена Пример на основе простого модуля-класса, осуществляющего просмотр буфера обмена.unit ClipboardViewer;interfaceuses Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs;type TForm1 = class(tform) procedure FormCreate(Sender: TObject); procedure FormDestroy(Sender:
Из книги Windows Vista автора Вавилов СергейОперационная система Операционная система (ОС) – это комплекс программ, обеспечивающих пользовательский интерфейс, ввод и вывод информации, работу с файлами, выполнение прикладных программ, подключение компьютера к сети и координацию работы аппаратных средств. Помимо
Из книги Искусство программирования для Unix автора Реймонд Эрик Стивен15.1. Операционная система, дружественная к разработчику За операционной системой Unix давно закрепилась репутация хорошей среды для разработки программ. Она хорошо оснащена инструментами, написанными программистами для программистов. Данные инструменты автоматизируют
Из книги 300 лучших программ на все случаи жизни автора Леонтьев Виталий ПетровичОперационная система
Из книги Лучшие программы для Windows автора Леонтьев Виталий ПетровичОперационная система
Из книги Интернет – легко и просто! автора Александров ЕгорОперационная система В 99 случаях из 100 это будет Windows (да простят меня любители Linux). Оставшийся один случай приходится на профессиональных программистов, работающих в Linux, и ярых ненавистников Билла Гейтса (которые в большинстве своем все равно втихаря пользуются его
Из книги ПК без напряга автора Жвалевский Андрей ВалентиновичОперационная система Windows Vista Операционная система – это программа, которая позволяет работать другим программам. Если провести аналогию с юриспруденцией, то операционная система – это Конституция, а остальные программы – законы и подзаконные акты. Чтобы закон
Из книги Домашний компьютер автора Кравцов РоманГлава 2 Операционная система MS Windows ХР
Из книги Ноутбук для начинающих. Мобильно, доступно, удобно автора Ковалевский Анатолий ЮрьевичОперационная система Существует несколько вариантов той большой программы, называемой операционной системой, которая будет управлять работой мобильного компьютера:> Windows XP – самый надежный и стабильный вариант. Если же хочется красивостей из Windows Vista, то это легко
Из книги Язык Си - руководство для начинающих автора Прата СтивенОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА UNIX. Переключение вывода Предположим, вы осуществили компиляцию программы ввод-вывод4 и поместили выполняемый объектный код в файл с именем getput4. Затем, чтобы запустить данную программу, вы вводите с терминала только имя файла getput4и программа
Из книги Мир InterBase. Архитектура, администрирование и разработка приложений баз данных в InterBase/FireBird/Yaffil автора Ковязин Алексей НиколаевичОперационная система UNIX Waite Mitchell, Martin Don and Praia Stephen , UNIX Primer Plus, Howard W. Sams and Company, Inc., 1983.Эта книга - легко читаемое введение в операционную систему UNIX. В неe включены некоторые мощные расширения этой системы, реализованные в Калифорнийском университете (Беркли).
Из книги Компьютер – это просто! автора Алиев ВалерийОперационная система Все перечисленные компоненты для написания примеров были установлены на одном компьютере, работающем под управлением Windows NT4 Service Pack 5, Internet Explorer
Из книги Ноутбук [секреты эффективного использования] автора Пташинский ВладимирГлава 2 Операционная система Windows Рабочее место Ярлыки и папки Окна Файлы Работа с файламиВаш компьютер работает под управлением операционной системы Windows. Вообще говоря, различные версии Windows (95, 98, 2000, Me, XP…) отличаются друг от друга. Но главное их достоинство –
Из книги Как приручить компьютер за несколько часов автора Ремнева ИринаПредустановленная операционная система На ноутбуки, построенные на платформе РС, обычно предустанавливают одну из трех операционных систем: DOS, Linux или Microsoft Windows. Все три варианта (разумеется, мы говорим только о лицензионных компьютерах и операционных системах!) имеют
Из книги автораОперационная система Что такое «операционная система»? Название настораживает. Не успев начать изучение компьютера, уже пора заботиться о здоровье? Да еще таким способом?Спокойно, врачи нам не нужны.Для того чтобы в нашем железном друге было все в порядке и
Операционная система (ОС) представляет собой программный комплекс, обеспечивающий взаимодействие между пользователем и аппаратной частью компьютера. Например, Windows, Linux и Mac OSX. Если чуть проще, то система это набор программных кодов, который позволяет вам запускать программы на вашем компьютере, отображать графику на мониторе, воспринимать и интерпретировать сигналы от мышки и клавиатуры, передавать на печать документы, заходить в интернет и прочее. Тем не менее, это не просто набор разрозненных утилит, а нечто большее, но обо всем по порядку
Примечание : Статья предназначена для начинающих и обычных пользователей.
Примечание : Наиболее популярными операционными системами являются Windows, различные сборки Linux и Mac OSX.
В основном, операционная система имеет следующее назначение:
1. Осуществление управления аппаратными устройствами компьютера, включая передачу и прием информации из периферийных устройств. Другими словами, координирует функционирование всей аппаратуры, осуществляет контроль за выполнением и прочее
2. Обеспечение интерфейсов или же возможностей для передачи инструкций от программ на аппаратные устройства. Например, чтобы игрушки могли использовать видеокарту
3. Является прослойкой между пользователем и компьютером
4. Не обязательное условие, но сегодня есть практически в любых операционных системах. Предоставление дополнительных возможностей для пользователей. Например, организация разграничения доступа (безопасность)
Операционные системы принято делить на 4 типа:
1. Однопользовательская однозадачная. Как и следует из названия, система предназначена для одного пользователя и для выполнения одной задачи
2. Однопользовательская однозадачные с дополнительной фоновой задачей. Позволяют запускать в фоне еще одну дополнительную задачу. Как правило, фоновой задачей является печать
3. Однопользовательская многозадачная. Поддерживает только одного пользователя, но позволяет запускать сразу несколько задач
4. Многопользовательская многозадачная. Тут все просто. Много пользователей, которые запускают много задач.
Обратите внимание, что многопользовательских однозадачных систем в принципе не может быть, так как каждый пользователь на компьютере подразумевает собой отдельную задачу в операционной системе.
Кроме того, операционные системы бывают 32-х и 64-х битные .
Как уже говорилось, операционная система - это программный комплекс, который позволяет использовать устройства вашего компьютера. Поэтому он разделяется на несколько разных уровней.
Если кратко, то операционная система обычно состоит из следующего:
2. Драйвера
3. Сервисы или пакеты инструментов
4. Оболочка
5. Командный модуль
Примечание : Стоит знать, что операционные системы для микроконтроллеров могут содержать не все из вышеперечисленного (просто нет необходимости).
А теперь, рассмотрим по порядку:
Ядро - это самая важная часть операционной системы. Оно содержит все необходимые механизмы для координации и управления всеми остальными компонентами.
Драйвера - это программные коды (не обязательно программа или библиотека), которые позволяют ядру операционной системы корректно взаимодействовать с аппаратными устройствами. Стоит знать, что есть стандартные драйвера, которые обеспечивают минимальный набор возможностей, и драйвера от производителей, которые позволяют по максимуму использовать устройства.
Сервисы или пакеты инструментов - это отдельные программы, которые позволяют операционной системе предоставлять дополнительные возможности.
Оболочка - это тот интерфейс, который видит пользователь. Именно благодаря ему пользователь может запускать программы и выполнять прочие действия.
Командный модуль - это пользовательская программа, которая запускается в операционной системе.
Все взаимодействие внутри операционной системы построено на так называемых системных вызовах, которые представляют собой прослойку между запросами программ пользователей и устройствами компьютера. Как это происходит. Пользователь запускает программу, та в свою очередь посылает системный вызов сервсисам операционной системы. Например, "открой файл для чтения". Сервисы осуществляют обращение к ядру системы, которое далее обращается через драйвера к устройствам компьютера. В случае с примером, к драйверу жесткого диска, который в последствии посылает команды устройству.
Аппаратные устройства компьютера имеют схожий принцип, только у них все построено на прерываниях, которые представляют собой специальные сигналы, указывающие на определенные действия. Например, окончание выполнения задачи, подготовка перед передачей данных и прочее.
Такой подход позволяет операционной системе обеспечивать жизнестойкость при возникновении ошибок. Тем не менее, если же ошибки возникают на уровне ядра, то система обычно аварийно завершает выполнение. Например, в Windows это синий экран смерти .
Операционная система загружается в несколько этапов:
1. Вначале встроенная система компьютера (
