Lucarev_3-4 (Лекции по ЭВМ)

Операционная системаКомпьютерные программыПо своим характеристикам компьютеры делятся на два основных класса:• Специализированные• Общего назначенияНа компьютерах общего назначения доступно множество различных программ,предназначенных для решения широкого спектра задач.Программное обеспеспечение - это все программы, доступные на данном компьютере.Вид программного обеспеченияСистемное (операционная система)Общая характеристикаПримеры1.Базовый комплект программ, управляющих работой и распределением ресурсовкомпьютера, то есть поддерживает надежную работу прикладных программ.2.Обеспечивает работу одной и той же программы на разных компьютерах.Различныеварианты ОСLinux,Windows.ПрикладноеКонкретные программы, способствующиерешению конкретных задачWord, Exel,обучающиепрограммы.ИнструментальноеПрограммы, используемые в ходе разработки других прикладных и системных программ.Операционная системаКаким образом ОС выполняет свои функции?1. Операционная система создает абстрактное представление компьютера, с помощью которого осуществляется управление прикладными программами.То есть прикладная прграмма, выполняя определенную задачу, "получает" от операционной системы абстрактное представление об устройствах.2.

ОС включает в себя ядро и вспомогательные программы. Ядро ОС построено помодульному принципу.ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫАППАРАТУРА1КонсольПодсистемабезопасностиФайловаясистемаДиспетчерпамятиДиспетчерзадачЯДРО ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫМодульный принципПо принципу декомпозиции (разбиение сложной задачи на составные части) программный комплекс складывается из отдельных частей - программных модулей. Каждый программный модуль ″снаружи″ имеет упрощенное, абстрактное представление о своей раМодульМодульМодульМодульМодульМодульботе, которое реализуется с помощью интерфейса.

Интерфейс – совокупность средствуправления устройством или процессом.• Пользовательский интерфейс - совокупность команд, предоставляемых пользователю программой.• Аппаратный интерфейс - способ соединения компонентов компьютера.• Программный интерфейс обеспечивает согласованную работу различных программ.Преимущество модульного построения и наличия интерфейса заключается в том, что дляконкретной апаратуры можно подобрать необходимый модуль. Каждый модуль обеспечивает распределение того или иного ресурса:• процессорное время• оперативная память• память на ВЗУ• канал взаимодействия с пользователем.Диспетчер задачДиспетчер задач распределят процессорное время. Центральный процессор всегдаисполняет только одну программу, а операционная система посредством модуля «диспетчер задач» создает абстрактное представление одновременного выполнения несколькихпрограмм.

В связи с этим выделяют целый класс операционных систем многозадачныеОС.Переключение потока.Поток 1Поток 2Поток 3Пусть, например, в оперативную память загружено три программы, требующие "одновременного" выполнения, тогда операционная система (диспетчер задач) переключа2ет контексты (потоки выполнения программ), то есть ОС останавливает работу процессора по тому или иному контексту, запоминает его, вводит следующий контекст и запускает центральный процессор уже по новому контексту. Таким образом, время решенияпрограммы не физическое, а абстрактное.За распределением процесорного времени и памяти между одновременно загружеными программами можно проследить, вызвав диалоговое окно диспетчера задач (Taskmanager) нажатием комбинации клавиш Ctrl+Alt+Del.

Рассмотрим некоторые вкладкидиалогового окна диспетчера задач:1. Процессы (processes) – отображены все задачи, которые одновременно загруженыв оперативноую память в данный момент (столбец "имя образа"), а также показатели процента процессорного времени, которое занимает та или иная задача (столбец "ЦП") – CPU (central processor usage);2. Процессы (processes) – отображены все задачи, которые одновременно загруженыв оперативноую память в данный момент (столбец "имя образа"), а также показатели процента процессорного времени, которое занимает та или иная задача (столбец "ЦП") – CPU (central processor usage);3В строке состояния можно также увидеть количество процессов и КПД использованияцентрального процессора.Диспетчер памятиОперативная память - ресурс, состоящий из ограниченного числа бит.

Операционная система распределяет биты между программами посредством абстрактной (виртуальной) памяти. Например, в случае, когда двум программам необходимо работать с одним итем же адресом оперативной памяти, операционная система создает абстракцию – логическое адресное пространство.Логическое адресное пространствоПроцесс 1Процесс 2Физическое адресное пространствоОперативная памятьФайл подкачкиФайловая системаФайловая система – это совокупность компонентов ОС, которые определяютспособ размещения файлов и папок на диске, а также способ работы с ними.Файловая система:• распределяет пространство на ВЗУ («магнитном диске») между программами ипользователями;• реализует абстрактное понятие «файл»: участок магнитного диска, содержащийлогически связанную информацию и обозначаемый именем.ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫФайловая системаЯДРО ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫДрайвер устройстваВЗУАППАРАТУРАФайловая система создает абстрактное представление о ВЗУ как о нумерованной последовательности блоков. Причем информация может считываться и записываться блокамиопределенного размера.

Задача файловой системы – преобразовать имя файла в номераблоков. Это происходит при помощи служебных структур данных, которые хранятся надиске без участия прикладных программ и определяют, какие блоки заняты и какие имена им присвоены.4ВЗУ ↔ драйвер устройства:• прочесть сектор s цилиндра c головкой h и разместить информацию в ОП, начиная с адреса A;• записать информацию из ОП, начиная с адреса A, в сектор s цилиндра c головкойh.Драйвер устройства ↔ файловая система:• прочесть блок b и разместить информацию в ОП, начиная с адреса A;• записать информацию из ОП, начиная с адреса A, в блок b.Файловая система ↔ прикладные программы:• прочесть файл с именем filename и разместить информацию в ОП, начиная с адреса A;• записать информацию из ОП, начиная с адреса A, в файл с именем filename .Служебные структуры файловой системы:• таблица размещения файлов;• каталог (папка, директория).Чтобы упростить работу с файлами на диске их группируют в каталоги.

Каталогсвязывает имя файла с соответствующим блоком. Дерево папок образует иерархическуюструктуру. Местоположение на диске корневой папки фиксировано, в корневой папке находится информация о файлах и подпапках других уровней.Полное имя файла содержит:• обозначение диска;• путь по папкам, начиная с корневой;• имя файла.Внутри папки имя файла или папки должно быть уникально, в то время как вразных папках имена могут совпадать.Разбиение на папки – это создание пространства имен (namespace), некоторой области, где имя может быть любым.

Пространство имен обеспечивает уникальность имени различные способы их конструирования, например:• C:\Stud\text;• file:///C:/Stud/text.Подсистема безопасностиПодсистема безопасности включает:• проверку подлинности пользователя (сообщает, какой пользователь будет работать);• разграничение доступа к файлам и др. ресурсам (какому пользователю какие ресурсы можно использовать, а какие – нельзя);• аудит (фиксация всех важных событий, связанных с доступом).Вход в операционную систему – это процедура, в ходе которой происходит проверка пользователя по некоторым параметрам. Чтобы эта проверка завершилась успешно,необходимо знать индивидуальное имя пользователя и пароль.

При вводе имени пользователя осуществляется идентификация пользователя; пароль – это свидетельство подлинности (соответствие пароля с учетными записями, хранящимися в базе данных).Консоль – это устройство взаимодействия с пользователем:• клавиатура;• мышь;• монитор;• динамик;• алфавитно-цифровая консоль;• графическая консоль – окно.5.