Операционные системы

Презентация к уроку:

Операционная система

Виды программного обеспечения

Все компоненты можно разделить на два больших класса – программы или программное обеспечение (ПО, software) и оборудование или аппаратное  обеспечение (hardware). Программное обеспечение делится на прикладное, инструментальное и системное. Рассмотрим кратко каждый вид ПО.

Цель создания вычислительной системы – решение задач пользователя. Для решения определенного круга задач создается прикладная программа (приложение, application). 

Примерами прикладных программ являются текстовые редакторы и процессоры (Блокнот, Microsoft Word), графические редакторы (Paint, Microsoft Visio), электронные таблицы (Microsoft Excel), системы управления базами данных (Microsoft Access, Microsoft SQL Server), браузеры (Internet Explorer) и т. п. Все множество прикладных программ называется прикладным программным обеспечением (application software).

Создается программное обеспечение при помощи разнообразных средств программирования (среды разработки, компиляторы, отладчики и т. д.), совокупность которых называется инструментальным программным обеспечением. Представителем инструментального ПО является среда разработки Microsoft Visual Studio.

Основным видом системного программного обеспечения являются операционные системы. Их основная задача – обеспечить интерфейс(способ взаимодействия) между пользователем и приложениями с одной стороны, и аппаратным обеспечением с другой. К системному ПО относятся также системные утилиты – программы, которые выполняют строго определенную функцию по обслуживанию вычислительной системы, например, диагностируют состояние системы, выполняют дефрагментацию файлов на диске, осуществляют сжатие (архивирование) данных. Утилиты могут входить в состав операционной системы.

Взаимодействие всех программ с операционной системой осуществляется при помощи системных вызовов (system calls) – запросов программ на выполнение операционной системой необходимых действий. Набор системных вызовов образует API – Application Programming Interface (интерфейс прикладного программирования).

Операционные системы

Операционная система — комплекс программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, организующий работу с файлами и выполнение прикладных программ, осуществляющий ввод и вывод данных.

На сегодняшний день операционная система — это первый и основной набор программ, загружающийся в компьютер. Помимо вышеуказанных функций ОС может осуществлять и другие, например предоставление общего пользовательского интерфейса.

Компоненты вычислительной системы

Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Операционная система скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между ними. В результате этого люди освобождаются от очень трудоёмкой работы по организации взаимодействия с аппаратурой компьютера.

Без установленной операционной системы появится только черный экран и куча загадочных букв и цифр.Всё, что мы видим, когда работаем за компьютером, работа программ — это труды операционной системы. Она является фундаментом для всех действий, а кроме того — посредником между пользователем и компьютером: упрощает жизнь нам, показывая разные кнопки и папки, на которые можно нажимать, и «общается» с компьютером на его сложном языке, переводя ему, что мы хотим сделать. Операционная система контролирует и соединяет в единый организм все подключенные устройства.

Функции операционной системы

К основным функциям, выполняемым операционными системами, можно отнести:

• обеспечение выполнения программ – загрузка программ в память, предоставление программам процессорного времени, обработка системных вызовов;
• управление оперативной памятью – эффективное выделение памяти программам, учет свободной и занятой памяти;
• управление внешней памятью – поддержка различных файловых систем;
• управление вводом-выводом – обеспечение работы с различными периферийными устройствами;
• предоставление пользовательского интерфейса;
• обеспечение безопасности – защита информации и других ресурсов системы от несанкционированного использования;
• организация сетевого взаимодействия.

Структура операционной системы

Перед изучением структуры операционных систем следует рассмотреть режимы работы процессоров.

Современные процессоры имеют минимум два режима работы – привилегированный (supervisor mode) и пользовательский (user mode).

Отличие между ними заключается в том, что в пользовательском режиме недоступны команды процессора, связанные с управлением аппаратным обеспечением, защитой оперативной памяти, переключением режимов работы процессора. В привилегированном режиме процессор может выполнять все возможные команды.

Приложения, выполняемые в пользовательском режиме, не могут напрямую обращаться к адресным пространствам друг друга – только посредством системных вызовов.

Все компоненты операционной системы можно разделить на две группы – работающие в привилегированном режиме и работающие в пользовательском режиме, причем состав этих групп меняется от системы к системе.

Основным компонентом операционной системы является ядро (kernel). Функции ядра могут существенно отличаться в разных системах; но во всех системах ядро работает в привилегированном режиме (который часто называется режим ядра, kernel mode).

Термин "ядро" также используется в разных смыслах. Например, в Windows термин "ядро" (NTOS kernel) обозначает совокупность двух компонентов – исполнительной системы (executive layer) и собственно ядра (kernel layer).

Существует два основных вида ядер – монолитные ядра (monolithic kernel) и микроядра (microkernel). В монолитном ядре реализуются все основные функции операционной системы, и оно является, по сути, единой программой, представляющей собой совокупность процедур. В микроядре остается лишь минимум функций, который должен быть реализован в привилегированном режиме: планирование потоков, обработка прерываний, межпроцессное взаимодействие. Остальные функции операционной системы по управлению приложениями, памятью, безопасностью и пр. реализуются в виде отдельных модулей в пользовательском режиме.

Ядра, которые занимают промежуточные положение между монолитными и микроядрами, называют гибридными (hybrid kernel).

Примеры различных типов ядер:

• монолитное ядро – MS-DOS, Linux, FreeBSD;
• микроядро – Mach, Symbian, MINIX 3;
• гибридное ядро – NetWare, BeOS, Syllable.

Кроме ядра в привилегированном режиме (в большинстве операционных систем) работают драйверы (driver) – программные модули, управляющие устройствами.

В состав операционной системы также входят:

• системные библиотеки (system DLL – Dynamic Link Library, динамически подключаемая библиотека), преобразующие системные вызовы приложений в системные вызовы ядра;
• пользовательские оболочки (shell), предоставляющие пользователю интерфейс – удобный способ работы с операционной системой.

Пользовательские оболочки реализуют один из двух основных видов пользовательского интерфейса:

• текстовый интерфейс (Text User Interface, TUI), другие названия – консольный интерфейс (Console User Interface, CUI), интерфейс командной строки (Command Line Interface, CLI);
• графический интерфейс (Graphic User Interface, GUI).

Интерфейс MS DOS - Ос с текстовым интерфейсом

Пример реализации текстового интерфейса в Windows – интерпретатор командной строки cmd.exe; пример графического интерфейса – Проводник Windows (explorer.exe).

Классификация операционных систем

Классификацию операционных систем можно осуществлять несколькими способами.

По количеству одновременно решаемых задач:

• однозадачные (single-tasking operating systems);
• многозадачные (multitasking operating systems).

По количеству одновременно работающих пользователей:

• однопользовательские (single-user operating systems);
• многопользовательские (multi-user operating systems).

По типу лицензии:

• открытые (open-source operating systems) – операционные системы с открытым исходным кодом, доступным для изучения и изменения;
• проприетарные (proprietary operating systems) – операционные системы, которые имеют конкретного правообладателя; обычно поставляются с закрытым исходным кодом.

По области применения:

• операционные системы мэйнфреймов – больших компьютеров (mainframe operating systems);
• операционные системы серверов (server operating systems);
• операционные системы персональных компьютеров (personal computer operating systems);
• операционные системы мобильных устройств (mobile operating systems);
• встроенные операционные системы (embedded operating systems);
• операционные системы маршрутизаторов (router operating systems).

ОС Windows

 Microsoft Windows – операционные системы корпорации Microsoft, различные версии которых предназначены для широкого класса устройств – от суперкомпьютеров до встроенных систем. В настоящее время Microsoft Windows установлена на большинстве персональных компьютеров: по данным сайта анализа веб трафика StatCounter (http://gs.statcounter.com) операционные системы Windows (версий XP, Vista, 7) в августе 2012 года были установлены на 88% компьютеров в мире; в то же время по данным компании веб-аналитики Net Applications (http://marketshare.hitslink.com) Windows занимает 92% рынка настольных компьютеров и ноутбуков.

В настоящее время существует несколько семейств (family) операционных систем Windows, предназначенных для использования на разных типах компьютеров:

• семейство клиентских операционных систем Windows NT (Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8 и др.);
• семейство серверных операционных систем Windows NT Server (Windows Server 2003, Windows Server 2008 и др.);
• семейство мобильных операционных систем Windows Mobile и Windows Phone (Windows Mobile 6, Windows Phone 7 и др.);
• семейство встроенных операционных систем реального времени Windows CE (Windows CE 7.0 и др.).

Интерфейс Windows 95

Кроме того, в прошлом выпускались 16 разрядные операционные системы (Windows 1.0, Windows 2.х, Windows 3.х) и семейство операционных систем Windows 9x (Windows 95, Windows 98, Windows Me).

Подробнее смотрите в видео "Эволюция операционных систем":

Windows 8

Windows 8 – новейшая операционная система от корпорации Microsoft, предназначенная для использования на персональных компьютерах, в том числе с сенсорными дисплеями.

Разработка Windows 8 началась в 2009 году и впервые система была анонсирована в январе 2011 года. Официальная дата начала продаж назначена на 26 октября 2012 года.

Самым заметным отличием новой системы от Windows 7 является, конечно, интерфейс Modern UI, который используется при старте системы вместо привычного рабочего стола.

Интерфейс Modern UI

 Принцип, используемый в этом интерфейсе, – на первом месте содержание, а не графическое оформление. Поэтому в Modern UI минимизировано использование элементов интерфейса – кнопок и меню; вместо иконок используются плитки (tiles), внутри которых текст выводится при помощи легко читаемых шрифтов, а для динамичного отображения информации широко используется анимация.

Традиционный рабочий стол также присутствует – его можно вызвать, щелкнув на плитку Desktop. Обратно к интерфейсу Modern UI можно вернуться, подведя указатель мыши в левый нижний угол экрана (один из четырех "активных углов") или нажав кнопку Windows на клавиатуре.