Часть 4 - Программные средства реализации информационных процессов (Т.В. Лукьянова - Конспект лекций по информатике), страница 2

Она позволяет человеку запускать программы, передавать им и получатьот них всевозможные данные, управлять работой программ, изменять параметры компьютера и подсоединённых к нему устройств, перераспределять ресурсы. Работа накомпьютере фактически является работой с его операционной системой. При установке на компьютер только операционной системы ничего содержательного на компьютере сделать не удастся. Для ввода и оформления текстов, рисования графиков,расчёта зарплаты или прослушивания лазерного диска нужны специальные прикладные программы. Но и без ОС ни одну прикладную программу запустить невозможно.Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера – надиске.

При включении машины она считывается с диска и размещается в оперативнойпамяти ЭВМ. Во время работы она постоянно находится в оперативной памяти иуправляет всеми компонентами вычислительной машины, выделяя нужные ресурсыдля решения задач пользователя. Кроме того, ОС обеспечивает пользователю удобный интерфейс (способ взаимодействия) с прикладными программами и устройствами компьютера.Существует два основных вида пользовательского интерфейса: графический иинтерфейс командной строки.

Последний предполагает управление ОС на уровнедиректив (команд). Пользователь набирает команду со всеми необходимыми параметрами, после чего ОС ее выполняет, затем набирает следующую и т.д. Недостаткомданного метода является то, что пользователь должен хорошо помнить все командыОС. Если в параметрах команды необходимо указать путь к файлу, то необходимоточно помнить и его. Любая ошибка или неточность в наборе команды приводит к ееневыполнению, и ее приходится вводить повторно.При графическом интерфейсе пользователя (GUI, Graphic User Interface) всефайлы представлены в виде объектов, имеющих графическое представление (пиктограмму). Благодаря этому пользователь может манипулировать ими с помощью любого подходящего для этой цели устройства (как правило, это мышь или ее аналоги),6просто наводя указатель на нужный объект и совершая требуемые манипуляции.Команда пользователя или действие, выполняемое прикладной программой,при реализации фактически разбивается на множество (иногда несколько сотен илитысяч) элементарных операций.

Назначение операционной системы состоит в том,чтобы скрыть от пользователя эти сложные и ненужные ему подробности и предоставить ему удобный для работы интерфейс. С точки зрения пользователя, ОС выступаетв роли посредника между человеком и компьютером, воспринимая получаемые отнего команды и организуя их выполнение.Любая ОС должна обеспечивать решение двух главных задач: поддержка работы компьютерных программ и обеспечение их взаимодействия с аппаратурой; предоставление пользователю возможности общего управления ЭВМ.В рамках первой задачи ОС обеспечивает взаимодействие программ с внешними устройствами и друг с другом: распределение оперативной памяти между программами, управление устройствами, обработка ошибок и т.д. Цель управления ресурсами заключается в том, чтобы добиться эффективного их использования, а такжеосвободить пользователя от необходимости управлять ими самостоятельно.Вторая задача решается с помощью средств ОС, позволяющих, например, просматривать файлы и каталоги на экране дисплея, запускать программы на исполнение, устанавливать режимы работы дисплея, принтера и т.д.4.2.2.

Состав ОС и назначение ее компонентСовременные операционные системы имеют сложную структуру, каждыйэлемент которой выполняет определенную функцию по управлению компьютером.Важнейшим достоинством большинства ОС является модульность. Это свойствопозволяет объединить в каждом модуле определенные логически связанные группыфункций.

Если возникает необходимость в замене или расширении такой группыфункций, это можно сделать путем замены или модификации лишь одного модуля, ане всей системы.Большинство ОС состоит из следующих основных модулей: загрузчик ОС,базовая система ввода-вывода, ядро ОС, драйверы устройств, командный процессор,внешние команды (файлы).Загрузчик операционной системы (Boot Record) – это короткая программа, находящаяся в первом секторе любого загрузочного диска с операционной системой.Функция этой программы заключается в считывании в память основных дисковыхфайлов ОС и передаче им дальнейшего управления ЭВМ.Базовая система ввода-вывода – это набор микропрограмм, реализующих основные низкоуровневые (элементарные) операции ввода-вывода и предназначенных7для обмена данными с дисководами, клавиатурой, монитором и принтером.

Они хранятся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) микросхемы BIOS (Basic InputOutput System), расположенной на материнской плате (см. лекции часть 2) 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 компонентовкомпьютера 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, ошибкав программе и т.д.) вызывается одна из стандартных подпрограмм BIOS по обработкевозникшей ситуации.Ядро ОС – главная составляющая любой операционной системы, обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память, внешние устройства. Ядро ОС загружается в ОЗУ и остаетсяв 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 хра-нения); система управления памятью (размещает программы в памяти); система управления программами (осуществляет запуск и выполнение про-грамм); система связи с драйверами устройств (отвечает за взаимодействие с внеш-ними устройствами); система обработки ошибок; служба времени (предоставляет всем программам информацию о системномвремени).Драйверы требуются в тех случаях, когда обмен информацией с устройствамидолжен происходить иначе, чем определено в BIOS.

Драйверы устройств – это программы, управляющие работой внешних (периферийных) устройств на физическомуровне. Они дополняют систему ввода-вывода ОС и обеспечивают обслуживание новых устройств или нестандартное использование имеющихся. Драйверы передают8или 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 файлахконфигурации.

Такая схема облегчает подключение к компьютеру новых устройств ипозволяет делать это, не затрагивая системные файлы ОС.Командный процессор – это программа, функции которой заключаются в следующем: прием и синтаксический разбор команд, полученных с клавиатуры или из ко-мандного файла; исполнение внутренних команд операционной системы; загрузка и исполнение внешних команд (реализованных в виде самостоятель-ных программ) операционной системы и прикладных программ пользователя (файлыс расширением com, exe или bat).Некоторые стандартные команды (TYPE, DIR и другие) командный процессорвыполняет сам. Такие команды называются внутренними (как правило, это основныекоманды работы с файлами и каталогами). Для выполнения внешних команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именеми расширением сом, ехе (например, format.com), и если находит ее, то загружает впамять и передает ей управление.

По окончании работы программы командный процессор удаляет ее из памяти. Таким образом, внешние команды ОС – это программы,поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов.В функции командного процессора входит также исполнение командных файлов (это текстовые файлы с набором команд и расширением ВАТ). Когда в качествекоманды задается имя такого файла, командный процессор начинает последовательночитать и интерпретировать содержащиеся в нем строки, каждая из которых можетсодержать одну команду, метку или комментарий.

Если в очередной строке стоит команда, осуществляющая вызов какой-то программы, выполнение командного файлаприостанавливается и начинается работа вызванной программы. После ее завершенияпроисходит выполнение следующей команды командного файла.4.2.3. Виды операционных системВ зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач (процессов)выделяют однозадачные и многозадачные операционные системы.В однозадачной ОС в любой момент времени может выполняться (быть активной) только одна прикладная программа, которой представляются все ресурсы ЭВМ.В то же время, некоторые однозадачные ОС позволяют выполнять параллельно (в фо9новом режиме) одну или несколько вспомогательных (резидентных) программ. Резидентные программы после запуска остаются в оперативной памяти и обычно обрабатывают операции ввода-вывода, следя за конкретными событиями, не мешая активной задаче.В многозадачной ОС могут одновременно выполняться несколько независимыхдруг от друга задач (процессов, программ).

Многозадачность основана на принципеквантования времени. Эффект одновременной работы достигается разделением процессорного времени и других ресурсов между несколькими вычислительными процессами. Операционная система выстраивает очередь из поступающих заданий, выделяет квант (небольшой интервал) времени для доступа к центральному процессорукаждому заданию согласно очереди. Выполнив первое задание, операционная система отсылает его в конец очереди и переходит ко второму и т. д. Достоинство этогорежима, по сравнению с однозадачным, заключается в более эффективном использовании аппаратуры и повышении ее пропускной способности.

Многозадачные ОС вэтом смысле предпочтительнее, но вместе с тем они и более сложные, поскольку появляется необходимость реализации механизма управления заданиями.В зависимости от количества пользователей различают одно- и многопользовательские ОС. Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.Первые операционные системы появились на компьютерах второго поколенияи были однозадачными.