Глава 3Системное программное обеспечение

3.1Операционные системы

Операционная система (operating system, OS) - совокупность программ, предназначенных для управления ресурсами ЭВМ, исполнения программ и организации диалога с пользователем.

Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера — на диске. При включении компьютера она считывается с диска и размещается в оперативной памяти ЭВМ. Во время работы она постоянно находится в оперативной памяти и управляет всеми компонентами вычислительной машины, выделяя нужные ресурсы для решения задач пользователя. Кроме того, она обеспечивает пользователю удобный интерфейс (средства общения) с прикладными программами и устройствами компьютера.

Существует два основных вида пользовательского интерфейса: графический и интерфейс командной строки. Интерфейс командной строки предполагает управление ОС на уровне директив (команд). Пользователь набирает команду со всеми необходимыми параметрами и ОС ее выполняет, затем следующую и т.д. Недостатком данного метода является то, что пользователь должен хорошо помнить все команды ОС. Если в параметрах команды необходимо указать путь к файлу, то необходимо точно помнить и его. Ошибка или неточность в команде приводит к ее невыполнению и команду приходится вводить повторно.

В графическом интерфейсе, все файлы представлены в виде объектов, имеющих графическое представление (иконку). Пользователь может манипулировать ими с помощью какого-нибудь подходящего для этой цели устройства, например манипулятора «мышь». Это называется графическим пользовательским интерфейсом (GUI, Graphic User Interface).

Команда пользователя или действие, выполняемое прикладной программой, разбивается на несколько сотен или тысяч элементарных операций. Назначение операционной системы состоит в том, чтобы скрыть от пользователя эти сложные и ненужные ему подробности и предоставить ему удобный интерфейс для работы. С точки зрения пользователя ОС выступает посредником между ним и ЭВМ, воспринимает команды, вводимые пользователем, и выполняет действия, указанные в команде.

ОС обеспечивает выполнение двух главных задач:

• - поддержку работы всех 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 др. Цель управления ресурсами заключается в том, чтобы добиться эффективного использования ресурсов компьютера, а также освободить пользователя от необходимости самому управлять ими.

Вторая задача - общее управление машиной осуществляется использованием команд ОС, с помощью которых человек может выполнять, например, такие операции, как копирование программ, просмотр файлов и каталогов на экране дисплея, запуск программ, установку режимов работы дисплея, принтера и т.д.

В различных моделях ЭВМ используются ОС с разной архитектурой и возможностями, для их работы необходимы различные аппаратные ресурсы предоставляя пользователям разную степень сервиса для выполнения программ.

Скорость работы программ и выполнения операций с файлами зависит от количества информации, обрабатываемой ОС в единицу времени. Чем больше этот объем, тем быстрее выполняются операции. Выделяют 16-ти, 32-х, 64-х разрядные ОС и т.д.

В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач (процессов) выделяют следующие виды операционных систем:

• однозадачные;

• многозадачные;

А в зависимости от количества одновременно работающего числа пользователей:

• однопользовательские;

• многопользовательские.

В однозадачной ОС в единицу 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 фоновом 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 может одновременно выполняться несколько независимых друг от друга задач (процессов, программ).

Многозадачные ОС при выполнении программ используют кооперативную или приоритетную многозадачность. При кооперативной многозадачности все приложения делят процессорное время, периодически опрашивая друг друга. Каждое приложение получает фактически столько процессорного времени и аппаратных ресурсов, сколько оно считает нужным. Часто возникает ситуация когда приложение заняло ресурс, и при этом в ее работе возникла ошибка (программа "зависла"). На запросы других программ и в частности ОС она не реагирует, и работа компьютера становится нестабильной. Выходом из этой ситуации чаще всего, является перезагрузка компьютера, при которой другие работающие в это время программы аварийно завершаются с потерей обрабатываемой информации.

В режиме с приоритетной многозадачностью операционная система отводит каждому приложению строго определенное количество времени, не давая ей возможности монопольного использования аппаратуры. В этом режиме при "зависании" программы ОС может выгрузить ее из памяти, не нарушая работы других программ. Такие ОС являются более стабильными, но не все программы могут работать в них.

Однопользовательская операционная система позволяет работать в единицу времени только одному пользователю, в то время как многопользовательская ОС позволяет запускать на одном ПК несколько задач нескольким пользователям, позволяя им непосредственно взаимодействовать со своим заданием.