1.1 Назначение и основные функции ОС

Системный блок - всего лишь «плоть» компьютера. А его дух, двигатель - это программное обеспечение, которое, собственно, и заставляет процессорное сердце компьютера биться с чудовищной скоростью, гоня по железным «венам» цифровую кровь.

Но и сами программы довольно беспомощны - всем им нужен некий посредник, который позволял бы работать с компьютерным железом. Как именно происходит взаимодействие между человеком и компьютером?

Сколько бы ни было в компьютере программ, всем им необходима единая платформа. Единый, общий язык, на котором они смогут общаться с компьютерным «железом» с одной стороны и с пользователем - с другой. Помошник, который снимет с их плеч решение самых распространенных проблем.

Давно ушли в прошлое времена компьютеров первых поколений, когда аппаратные средства были главным предметом вожделения специалистов. В те времена, в 50-60-е годы, вопрос о программных средствах стоял так: «если есть - хорошо, нет - сами напишем, только дайте ЭВМ». Но на сегодняшний день рынок ОС очень велик, и порой затрудняешься при выборе.

Всевозможные программные средства, которых, насчитывается уже сотни тысяч для компьютеров различных типов, можно разделить на несколько классов в зависимости от назначения:

операционные системы;

системы программирования;

инструментальные программные средства, интегрированные пакеты;

прикладные программы.

Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.

Операционная система - это комплекс программ, обеспечивающих:

управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд - операций по обработке информации.

Такое определение операционной системы уже апеллирует к ее функциям, поэтому рассмотрим эти функции подробнее.

Операционные системы - наиболее машинно-зависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или, как еще говорят, обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.

В той мере, в какой это необходимо для понимания функций операционных систем, аппаратную часть компьютера можно представлять себе состоящей из следующих элементов:

центрального процессора, имеющего определенную архитектуру и характеризующегося производительностью, т.е. количеством простейших операций, выполняемых в единицу времени, а также другими качествами;

оперативной памяти, характеризующейся емкостью (объемом) и скоростью обмена данными (прежде всего с центральным процессором);

периферийных устройств, среди которых имеются - устройства ввода и устройства вывода;

внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и оптических дисков, устройства для работы с лентами и др.);

мультимедийные устройства.

Все эти аппаратные устройства обобщенно называют ресурсами компьютера.

За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. Так, первые операционные системы были однопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройств компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства.

По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся однопользовательскими.

Такие операционные системы обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями.

При многозадачном режиме:

в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;

время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором;

параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

Операционные системы могут классифицироваться по следующим показателям:

количество пользователей: однопользовательские ОС (Ms-DOS, Windows) и многопользовательские ОС (VM, UNIX);

доступ: пакетные (OS 360), интерактивные (Windows, UNIX), систе6мы реального времени (QNX, Neutrino, RSX);

количество решаемых задач: однозадачные (MS-DOS) и многозадачные ОС (Windows, UNIX).

Операционная система предназначена для выполнения следующих основных (тесно взаимосвязанных) функций:

управление данными;

управление задачами (заданиями, процессами);

связь с человеком-оператором.

В различных ОС эти функции реализуются в различных масштабах и с помощью разных технических, программных, информационных методов и средств.

Структурно ОС представляет собой совокупность программ, управляющих ходом работы вычислительной машины, идентифицирующих прикладные программы и данные и осуществляющих связь между машиной и оператором. ОС повышает производительность вычислительного комплекса за счет гибкой организации прохождения потока задач через машину, равномерной загрузки оборудования, оптимального использования всех ресурсов ЭВМ, стандартной организации хранения в машине больших массивов данных при наличии разнообразных способов доступа к ним.

В состав системного программного обеспечения входят также сервисные программы, которые предназначены для проверки исправности блоков ЭВМ, обнаружения и локализации отказов устройств и устранения их влияния на работу в целом.

Системное программное обеспечение ЭВМ предназначено для осуществления адаптируемости программ пользователей к изменениям состава ресурсов ЭВМ. Высокая производительность вычислительной системы обеспечивается ОС благодаря применению режимов пакетной обработки и мультипрограммного и наличию специальных программных средств для выполнения трудоемких операций ввода-вывода информации.

К числу наиболее известных первых управляющих программ относятся комплексы SAGE, SABRE, MERCURE, реализованы на ЭВМ второго поколения. Для ЭВМ IBM/360 были разработаны ОС, обеспечивающие пакетную технологию обработки данных и работу в реальном масштабе времени, а также реализацию многомашинных и мультипроцессорных комплексов.

Первая функционально полная ОС - OS/360. Разработка и внедрение ОС позволили разграничить функции операторов, администраторов, программистов, пользователей, а также существенно (в десятки и сотни раз) повысить производительность ЭВМ и степень загрузки технических средств. Версии OS/360/370/375 - MFT (мультипрограммирование с фиксированным количеством задач), MVT (с переменным количеством задач), SVS (система с виртуальной памятью), SVM (система виртуальных машин) - последовательно сменяли друг друга и во многом определили современные представления о роли ОС в общей иерархии систем управления данными и задачами при обработке данных на ЭВМ.

В настоящее время используется много типов различных операционных систем для ЭВМ различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих операционных систем можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как оперативная память и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ. Такие программы называют резидентными. К резидентным относят также и программы-драйверы, управляющие работой периферийных устройств. Важной частью ОС является командный процессор - программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС. Кроме того, к операционной системе следует относить богатый набор утилит - обычно небольших программ, обслуживающих различные устройства компьютера (например, утилита форматирования магнитных дисков, утилита восстановления необдуманно удаленных файлов и т.д.).

На рынке ОС для рабочих станций и домашнего применения лидером является Microsoft Windows, UNIX занимает только второе (Mac OS X), третье (GNU/Linux) и многие последующие места. В настоящее время UNIX-системы используются в основном на серверах, а также как встроенные системы для различного оборудования.

UNIX - семейство переносимых, многозадачных и многопользовательских операционных систем.

UNIX-системы имеют большую историческую важность, поскольку благодаря им распространились некоторые популярные сегодня концепции и подходы в области ОС и программного обеспечения. Также, в ходе разработки Unix-систем был создан язык Си.

Среди примеров известных UNIX-подобных операционных систем: BSD, Solaris, Linux, Android, MeeGo, NeXTSTEP, Mac OS X, Apple iOS.