Операционные системы компьютеров

Решение любой задачи на компьютере требует наличия, с одной стороны, программ, определяющих последовательность всех подлежащих выполнению операций, с другой стороны, определенных аппаратных средств (процессора, памяти, дисплея, принтера, клавиатуры и т. д.), привлекаемых для реализации этих операций. Многие процедуры управления аппаратными средствами компьютера являются более или менее стандартными и по существу не зависят от прикладных программных средств. Основной задачей операционной системы (ОС) и является автоматизация выполнения указанных стандартных, часто достаточно тривиальных процедур.

Функциональные связи между ресурсами вычислительной системы можно представить так, как показано на рис. 18.2.

Рис. 18.2. Связи между ресурсами вычислительной системы

Эти связи охватывают:

• аппаратные средства, объединяющие технические элементы компьютера;

• программные средства, включающие в себя все средства системного программного обеспечения;

• операционные системы, автоматизирующие стандартные процедуры управления аппаратными и программными средствами;

• прикладные программы, реализующие решение конкретной задачи пользователя.

С точки зрения пользователя, ОС формирует удобный пользовательский интерфейс (командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций), программное окружение, своеобразный «пейзаж», на фоне которого выполняется разработка и осуществляется исполнение прикладных программ пользователя.

С технической точки зрения ОС — комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами компьютера, процессами обработки информации, использующими эти ресурсы, и данными.

Управление ресурсами сводится к процедурам облегчения доступа к ресурсам, динамического распределения ресурсов между конкурирующими за них процессами. Следует иметь в виду, что ресурсом является любой объект вычислительной системы, который может быть востребован вычислительными процессами и, соответственно, распределен между ними.

Различают аппаратные и программные ресурсы. К аппаратным ресурсам относятся микропроцессор, дополнительные процессоры (например, математический сопроцессор, процессор прямого доступа к памяти и т. п.), основная память, внешняя память, принтер, видеомонитор и другие периферийные устройства. Распределяются между процессами, соответственно, процессорное время, сегменты и ячейки памяти и т. д. К программным ресурсам относятся все доступные пользователю программные средства управления вычислительными процессами и данными.

Управление процессами обработки информации заключается в организации и реализации эффективных режимов функционирования компьютера, таких как:

• однопользовательский и многопользовательский режимы (совместная работа с компьютером одновременно нескольких пользователей через отдельные терминалы);

• однопрограммный (однозадачный) и многопрограммный (многозадачный) режимы работы;

• режим виртуальных машин — каждому пользователю в рамках основной конфигурации компьютера выделяется как бы отдельная машина меньшей производительности, возможно, со своей операционной системой;

• работа в однопроцессорных, многопроцессорных, многомашинных, в том числе и сетевых, вычислительных системах.

Многопрограммные режимы работы в зависимости от режима доступа к ресурсам, в свою очередь, подразделяются на режимы:

• пакетной обработки — без интерактивного доступа пользователя к компьютеру, а с предварительным формированием всего блока (пакета) программ, подлежащих одновременному решению, и запуском их на исполнение;

• разделения времени — одновременный диалоговый (интерактивный) доступ нескольких пользователей с разделением между ними каждого заранее фиксированного интервала машинного времени, или в соответствии с иной дисциплиной обслуживания;

• реального времени — с гарантированным временем обслуживания каждого обращения пользователя или внешнего терминала;

Управление данными имеет целью обеспечить идентификацию, организацию и хранение данных, обрабатываемых в компьютере. Под организацией данных понимается в том числе и создание библиотек и баз данных, их актуализация, эффективный доступ к данным и их выборка. Характерной особенностью ОС ПК является то, что они предоставляют «дружественный» пользовательский интерфейс. Дружественность ОС означает, что она обеспечивает необходимый сервис пользователю в процессе выполнения прикладных программ и предлагает комфортные условия программисту для разработки и отладки программ, а также для хранения, преобразования, отображения и копирования информации.