5.4. Операционные системы семейства Windows

Основными характеристиками операционной системы Windows являются:

1. 32-разрядная архитектура  означает, что операции выполняются над 32-разрядным данными.

2. Многозадачность -  способность "одновременно" (параллельно) выполнять несколько программ. На  самом деле процессор может выполнять инструкции только одной программы. ОС настолько оперативно реагирует на потребности той или иной программы, что создается впечатление одновременности их работы.

Многозадачность может быть кооперативной и вытесняющей. При кооперативной многозадачности (cooperative multitasking) операционная система не  занимается решением проблемы распределения процессорного времени. Распределяют его  сами программы.

При вытесняющей многозадачности распределением процессорного времени между программами занимается операционная система. Она выделяет каждой задаче фиксированный квант времени процессора. По истечении кванта времени система вновь получает управление, чтобы выбрать другую задачу для ее активизации. Если задача обращается к операционной системе до истечения ее кванта времени, то это также служит причиной переключения задач.

3. Многопоточность операционной системы означает, что работающие программы (процессы) могут разделяться на несколько частей, самостоятельно претендующих на процессорное время. Это обеспечивает одновременное выполнение программой нескольких не связанных друг с другом операций. Например, в текстовом процессоре могут одновременно выполняться автоматическая проверка орфографии и редактирование документа.

4. Графический пользовательский интерфейс обеспечивает удобства в запуске и переключении приложений (программ Windows). Основными компонентами пользовательского интерфейса являются рабочий стол и панель задач (обеспечивает запуск и переключение приложений). На рабочем столе размещены графические объекты, соответствующие приложениям, документам, сетевым устройствам. Каждый графический объект имеет поименованный ярлычок. С помощью мыши, ярлычков, главного меню и панели задач пользователь может легко запускать, переключать и управлять приложениями (программами).

5. Подключение новых периферийных устройств по технологии Plug and Play. Система самостоятельно создает и изменяет файлы конфигурации, распознает конкретное техническое устройство, производит его автонастройку. Подобная технология получила название Plug and Play — "включай и работай", т. е.  эта технология ориентирована на поддержку любого типа устройств, включая мониторы, видеоплаты, принтеры, звуковые карты, модемы, приводы CD,  контроллеры   магнитных дисков. При ее использовании обеспечиваются следующие вспомогательные функции: распознавание устройств для установки и настройки, динамическое изменение состояния системы, интеграция драйверов устройств, системных компонентов и пользовательского интерфейса. 

6. Пользование виртуальной памяти. Виртуальная память — расширение адресного пространства задачи, полученное за счет использования части внешней памяти.

В оперативной памяти всегда находится часть виртуального пространства, выделяемого для решения задачи, остальная его часть располагается на дисковой памяти. Если оперативной памяти не хватает для обеспечения работы текущего (активного) приложения, то приложение или его часть, которые не используют в данный момент микропроцессор, выгружаются (вытесняются) из оперативной памяти на диск. На их место в оперативную память загружается (подкачивается) необходимый фрагмент активного приложения. Когда одному из выгруженных приложений передается управление, оно вновь загружается в оперативную память, что может привести к выгрузке на диск другого, пассивного в данный момент приложения. Таким образом, программы циркулируют между диском и  оперативной памятью.

Поддержка виртуальной памяти позволяет открыть большое количество приложений одновременно, но выгрузка на диск и загрузка с диска снижают производительность компьютера.

Используемая для этой цели часть внешней памяти называется файлом подкачки. Процесс подкачки известен под названием свопинг. Объем файла подкачки может в несколько раз превышать объем оперативной памяти [13].

Файл подкачки — файл на жестком диске, используемый для организации виртуальной памяти.

7. Совместимость с ранее созданным программным обеспечением. Под совместимостью с программным обеспечением понимают способность операционной системы исполнять программные продукты, созданные в другой операционной системе.

8. Наличие коммуникационных программных средств.  Важнейшим направлением развития Windows является включение в ее структуру используемых и специальных программных средств для поддержи различных коммуникаций и компьютерных сетей.

9. Наличие средств мультимедиа. Система Windows  обеспечивает интерактивную работу с видео- и аудио-программами при помощи специальных аппаратных и программных средств. Атрибутом мультимедиа-компьютера являются звуковая плата, которая обеспечивает преобразование звука в компьютерную форму и обратно, и видеоплата, которая преобразует видеоинформацию в компьютерную форму и обратно. К звуковой плате подключаются различные акустические системы.

10. Интеграция с глобальной сетью Интернет. Операционная система Windows содержит прикладную программу (браузер), позволяющую получать из Internet различные документы, просматривать и редактировать их содержимое

11. Надежность  и качества управления.

12. Поддержка длинных имен файлов. В Windows  имена файлов могут иметь длину до 255 символов.

Архитектура ОС Windows схематично показана на рисунке 7. 4.

Системная виртуальная машина представляет собой операционную среду, поддерживающую работу всех приложений Windows и подсистема, обеспечивающих интерфейс прикладного программирования.

Приложения Win32 представляют 32-разрядные приложения Windows, использующие 32-разрядную модель процессоров 80386 и выше и подмножество интерфейса прикладного программирования. Каждое приложение Win32 имеет свое адресное пространство, недоступное другим приложениям.

Рисунок 7.4 – Архитектура Windows

Оболочка ОС есть 32-разрядное приложение Windows, обеспечивающее взаимодействие пользователя с системой.

Приложения Win16 представляет собой старые 16-разрядные приложения Windows. Эти приложения делят между собой единое адресное пространство и не могут употребляться в соответствии с принципом многозадачности.

 Подсистема системного сервиса уровня API (Application Program Interface) – интерфейса прикладного программирования – обеспечивает совместимость с API с ОС Windows младших версий, а также поддержку 32-разрядного интерфейса прикладного программирования.

Kernel – модуль Windows, который поддерживает низкоуровневые функции по работе с файлами и управлению памятью и процессами. Этот модуль обеспечивает сервис для 16- и 32-разрядных приложений.

GDI (Graphics Device Interface) – модуль Windows, обеспечивающий реализацию графических функций по работе с цветом, шрифтами и графическими примитивами для монитора и принтеров.

User – модуль Windows, который является диспетчером окон и занимается созданием и управлением отображаемыми на экране окнами, диалоговыми окнами, кнопками и другими элементами пользовательского интерфейса.

Виртуальные машины MS DOS обеспечивают выполнение программ MS DOS под управлением Windows. Пользователь может запустить несколько виртуальных машин MS DOS.

Базовая система включает в свой состав ряд важнейших подсистем:

Подсистема управления файлами способна поддерживать различные файловые системы, доступ к которым может осуществлять одновременно. Работает в 32-разрядном режиме, при этом допускает использование драйверов устройства MS DOS, которые могут потребоваться для поддержки конкретных аппаратных устройств.

Сетевая подсистема представляет собой средство поддержки сети. Система осуществляет доступ к удаленным файлам при помощи файловой подсистемы Windows.

Сервис операционной системы включает в свой состав подсистему поддержки самонастраивающейся аппаратуры Plug and Play, а также набор различных прикладных функций, например выдачи текущих даты и времени.

Подсистема управления виртуальной машины реализует все действия по управлению задачами, управлению памятью, загрузкой и завершением программ, а также обслуживанием виртуальных драйверов устройств.

Драйверы устройств могут быть самыми разнообразными, в том числе драйверами реального режима или виртуальными драйверами внешних устройств. Драйверы внешних устройств позволяют нескольким приложениям одновременно использовать одно устройство, например экран монитора.

В операционную систему Windows входит ограниченный набор прикладных и служебных программ, с помощью которых можно решать некоторые простейшие повседневные задачи, пока на компьютере не установлены более мощные программы средства. Такие программы, входящие в поставку Windows, называются стандартные приложения.

Стандартные приложения – это комплекс простых программ, поставляемых вместе с ОС Windows. К прикладным программам относятся простой текстовый редактор «Блокнот», графический редактор Paint, простой текстовый процессор WordPad.

Служебные программы предназначены для обслуживания персонального компьютера и самой операционной системы. Они позволяют находить и устранять дефекты файловой системы, оптимизировать настройки программного и аппаратного обеспечения, а также автоматизировать некоторые рутинные операции, связанные с обслуживанием компьютера. Сосредоточены они в Главном меню (Пуск/ Программы/ Стандартные/ Служебные). Перечислим служебные программы ОС.

Архивация данных (Microsoft BackUp) – предназначена для автоматизации регулярного резервного копирования наиболее ценных данных на внешние носители.

Буфер обмена предназначен для просмотра текущего содержания буфера обмена Windows. С его помощью можно выполнить сохранение содержимого буфера обмена в виде файла специального формата (.CLP) или его загрузку.

Дефрагментация диска – служебное приложение, предназначенное для повышения эффективности работы жесткого диска путем устранения фрагментированности файловой структуры. Программа дефрагментации выполняет перекомпоновку файлов таким образом, что длинные файлы собираются из коротких.

Индикатор системных ресурсов. После запуска этого приложения на панели индикации устанавливается небольшой значок, посредством которого можно получить сведения о состоянии системных ресурсов (модулей памяти, предназначенные для обслуживания многозадачного режима работы).

Преобразование в FAT32 – это мастер-программ, которая позволяет автоматически преобразовать формат файловой системы из FAT16 в FAT32, если жестки диск имеет размер более 512Mбайт. Эту операцию можно производить на жестких дисках, уже заполненных информацией. Как правило, при этом высвобождается дополнительно 100-200 Мбайт рабочего пространства на каждый гигабайт емкости жесткого диска. Обратное преобразование в рамках той же программы невозможно. Проверка диска – выявляет логические ошибки в файловой системе и физические ошибки, связанные с дефектами поверхности жесткого диска.

Сведения о системе. Эта программа предназначена для повышения плотности записи данных на жесткий диск. В ее основе лежит принцип устранения избыточности информации.

Агент сжатия предназначена для дополнительного уплотнения файла сжатого тома.

Системный монитор – программа, предназначенная для визуального или протокольного наблюдения за функционированием компьютера и операционной системы. Она позволяет контролировать загрузку процессора, распределение оперативной памяти, обмен данными между дисками и другие параметры вычислительной системы.

Таблица символов. Программа выводит окно со специальными символьными наборами.

Кроме, прикладных и служебных программ ОС Windows содержит стандартные средства мультимедиа (Пуск/Программы/Стандартные). К стандартным средствам мультимедиа относятся: регулятор громкости, лазерный проигрыватель, универсальный проигрыватель, программа звукозаписи.