Часть 4 - Программные средства реализации информационных процессов (Т.В. Лукьянова - Конспект лекций по информатике), страница 3

Нередко получалось так, что большую часть временизанимали не вычисления, а операции ввода и вывода данных, тогда как процессор вэто время простаивал. Чтобы полностью использовать мощность компьютера,разработали пакетный режим: в разные области памяти загружали несколькопрограмм. Когда одна программа выполняла операции ввода/вывода, процессорпереходил к выполнению следующей, и таким образом мог быть загруженпрактически на полную мощность.На компьютерах третьего поколения часто применялся многопользовательскийрежим (режим разделения времени), при котором с большим компьютером(мэйнфреймом) было связано несколько терминалов (так называли рабочие места склавиатурой и монитором).

С каждого терминала можно было отправить задание навыполнение, таким образом, с компьютером одновременно работало несколькопрограммистов.Операционные системы первых персональных компьютеров былиоднозадачными. Самая популярная ОС в 1980-х годах – MS DOS (англ. Microsoft DiskOperating System – дисковая операционная система фирмы Microsoft).

Сейчас иногда10на недорогие ноутбуки устанавливается ее бесплатный аналог – FreeDOS (www.freedos.org).Большинство современных операционных систем – многозадачные. ОСраспределяет время работы процессора между запущенными на выполнение программами, выделяя каждой кванты времени, так что создается впечатление, чтопрограммы работают одновременно, даже если на компьютере установлен одинпроцессор.История развития ОС насчитывает уже много лет. Операционные системы появились и развивались в процессе совершенствования аппаратного обеспечения компьютеров, поэтому эти события исторически тесно связаны.

Развитие компьютеровпривело к появлению огромного количества различных ОС, из которых далеко не всешироко известны.1) На самом верхнем уровне находятся ОС для мэйнфреймов – больших универсальных высокопроизводительных компьютеров со значительными ресурсами ввода-вывода, большим объёмом оперативной и внешней памяти. Мэйнфреймы выступают ввиде мощных web-серверов и серверов крупных предприятий и корпораций. Операционные системы для мэйнфреймов в основном ориентированы на обработку множестваодновременных заданий, большинству из которых требуется огромное количество операций ввода-вывода.

Обычно они выполняют три вида операций: пакетную обработку,обработку транзакций (групповые операции) и разделение времени. При пакетной обработке выполняются стандартные задания пользователей, работающих в интерактивном режиме. Системы обработки транзакций управляют очень большим количествомзапросов, например, бронирование авиабилетов. Каждый отдельный запрос невелик,но система должна отвечать на сотни и тысячи запросов в секунду. Системы, работающие в режиме разделения времени, позволяют множеству удаленных пользователейодновременно выполнять свои задания на одной машине, например, работать с большой базой данных. Все эти функции тесно связаны между собой, и операционнаясистема мэйнфрейма выполняет их все.

Примером операционной системы для мэйнфрейма является OS/390.2) Уровнем ниже находятся серверные ОС. Серверы представляют собой илимощные высокопроизводительные персональные компьютеры, или мэйнфреймы. ЭтиОС одновременно обслуживают множество пользователей и позволяют им делитьмежду собой программно-аппаратные ресурсы. Серверы также предоставляют возможность работы с печатающими устройствами, файлами или Internet.

У Internetпровайдеров обычно работают несколько серверов для того, чтобы поддерживать одновременный доступ к сети множества клиентов. На серверах хранятся страницы webсайтов и обрабатываются входящие запросы. UNIX и Windows 2000 являются типичными серверными ОС. Теперь для этой цели стала использоваться и операционная система Linux.11Для увеличения мощности компьютеров соединяют нескольких центральныхпроцессоров в одной системе. Такие системы называются многопроцессорными.

Дляних требуются специальные операционные системы, но зачастую такие ОС представляют собой варианты серверных операционных систем со специальными возможностями связи.3) Следующую категорию составляют ОС для персональных компьютеров. Ихработа заключается в предоставлении удобного интерфейса для одного пользователя.Такие системы широко используются в повседневной работе.

Основными ОС в этойкатегории являются Windows, Mac OS и Linux.4) Еще один вид ОС – это системы реального времени. Главным параметром таких систем является время. Например, в системах управления производством компьютеры, работающие в режиме реального времени, собирают данные о промышленномпроцессе и используют их для управления оборудованием.

Такие процессы должныудовлетворять жестким временным требованиям. Если, например, по конвейеру передвигается автомобиль, то каждое действие должно быть осуществлено в строгоопределенный момент времени. Если сварочный робот сварит шов слишком рано илислишком поздно, то нанесет непоправимый вред изделию. Системы VxWorks и QNXявляются операционными системами реального времени.5) Встроенные операционные системы используются в карманных компьютерахи бытовой технике. Карманный компьютер – это маленький компьютер, помещающийся в кармане и выполняющий небольшой набор функций, например, телефоннойкнижки и блокнота. Встроенные системы, управляющие работой устройств бытовойтехники, не считаются компьютерами, но обладают теми же характеристиками, что исистемы реального времени, и при этом имеют особые размер, память и ограничениямощности, что выделяет их в отдельный класс.

Примерами таких операционных систем являются Palm OS и Windows CE (Consumer Electronics – бытовая техника).6) Самые маленькие операционные системы работают на смарт-картах, представляющих собой устройство размером с кредитную карту и содержащих центральный процессор. На такие операционные системы накладываются очень жесткие ограничения по мощности процессора и памяти. Некоторые из них могут управлять толькоодной операцией, например, электронным платежом, но другие ОС выполняют болеесложные функции.4.2.4.

Современные операционные системыВ современных ЭВМ используются ОС с разной архитектурой и возможностями, требующие различных аппаратных ресурсов и предоставляющих пользователям далеко не одинаковый уровень сервиса при практической работе.Самые популярные современные операционные системы для персональных12компьютеров – Windows, Mac OS и Linux. Все они поддерживают графическийинтерфейс пользователя: окна программ, управление с помощью мыши, кнопки,переключатели и т. п.Система Windows разработана фирмой Microsoft (www.microsoft.com) ираспространяется на коммерческой основе.

Под управлением Windows работаетболее 90% персональных компьютеров, имеющих доступ в Интернет.Примерно 5% пользователей используют операционную систему Mac OS. Онаустанавливается на компьютеры фирмы Apple, которые часто используютпрофессионалы в области дизайна, компьютерной графики, полиграфии,видеомонтажа.Около 1% компьютеров работают под управлением ОС Linux.

Ее началразрабатывать в 1991 г. финский студент Линус Торвальдс в качестве хобби. Сейчасв развитии Linux принимают участие сотни разработчиков во всем мире. Всовременном ядре Linux насчитывается более 11 млн строк кода. Система Linuxраспространяется бесплатно вместе с исходными кодами, так что каждый (прижелании и умении) может ее усовершенствовать.На основе ядра Linux построено много различных дистрибутивов(распространяемых сборок), самые известные из них – Ubuntu (www.ubuntu.com),Mandriva(www.mandriva.ru),OpenSUSE(www.opensuse.org),Slackware(www.slackware.com), Gentoo (www.gentoo.org).

В дистрибутивы входит не толькосама операционная система, но и программное обеспечение, состав которого зависитот конкретной сборки. Существуют дистрибутивы с улучшенной поддержкойрусского языка, например ALT Linux (www.altlinux.org).Достоинства Linux: бесплатное распространение ОС и многих программ для нее; высокий уровень безопасности и защиты от вирусов; невысокие требования к аппаратным средствам; возможность гибкой настройки.Основные сферы применения Linux: личные компьютеры (не нужно платить за ПО); портативные компьютеры, которые закупаются организациями в большомколичестве; серверы в локальных сетях и в Интернете (до 50% всех серверов), важнобыстродействие; суперкомпьютеры (до 80% всех суперкомпьютеров), важна возможностьнастройки для работы на нестандартном оборудовании; встроенные компьютеры в банкоматах, терминалах оплаты, стиральных машинах и даже беспилотных военных аппаратах – важна бесплатность и возможности настройки.13Среди недостатков этой ОС обычно отмечают: сложность настройки для неквалифицированного пользователя (для выполнения многих операций необходимо вводить команды в режиме команднойстроки); отсутствие драйверов для некоторых устройств и сложность их установки; отсутствие версий популярных профессиональных программ, напримерAdobe Photoshop; отсутствие поддержки современных игр.Появление карманных персональных компьютеров (КПК), смартфонов икоммуникаторов привело к развитию специальных операционных систем длямобильных устройств, которые могут работать на маломощном оборудовании.Представители ОС этого типа – Google Android (на основе ядра Linux), Symbian,Windows Phone, BlackBerry.

Портативные компьютеры фирмы Apple (iPhone, iPad)работают под управлением операционной системы iOS.Новая операционная система компании Google для персональных компьютеров,названная Chrome OS, строится на ядре Linux. Она нетребовательна к аппаратнымресурсам компьютера, основная роль отводится веб-браузеру и «облачнымвычислениям». Данные пользователя хранятся на серверах Интернета, для их обработки используются веб-службы, при этом на компьютер не нужно устанавливатьдополнительное программное обеспечение. Недостаток этой ОС – низкаябезопасность. Также она не подойдет тем, кому нужно выполнять сложную обработкуграфики и видео.Существует еще один класс операционных систем, от которых требуется непросто решать задачи, а делать это за определенный промежуток времени. Такие ОСназываются операционными системами реального времени.

Они применяются в техслучаях, когда задержка может привести к аварии, катастрофе или финансовымпотерям: в системах аварийной защиты, системах управления роботами исамолетами, в военных приборах. Например, робот, снимающий деталь с конвейера,должен сделать это за маленький промежуток времени. Наиболее известные системыреального времени – QNX (www.qnx.com), Windows СЕ (www.microsoft. com),VxWorks (www.windriver.com) и LynxOS (www.lynuxworks.com/rtos).Многие современные операционные системы, включая Linux, Mac OS, QNX,VxWorks, LynxOS, относятся к классу UNIX-подобных ОС.