Операционные системы

Операционная система (ОС) — комплекс управляющих и обрабатывающих программ ЭВМ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений.

В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с одной стороны — и прикладными программами с другой. Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя необходимый набор функций. В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения.

С 1990-х годов наиболее распространёнными операционными системами являются системы семейства Windows и системы класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).

Операционная система выполняет следующие функции:

- управление работой каждого блока компьютера и их взаимодействием;

- управление выполнением программ;

- организацию хранения информации во внешней памяти;

- взаимодействие пользователя с компьютером, т.е. поддержку интерфейса пользователя.

Операционные системы классифицируются:

по особенностям алгоритмов управления ресурсами на

- локальные, управляющие ресурсами отдельного компьютера;

- сетевые, участвующие в управлении ресурсами сети;

по количеству одновременно выполняемых задач на

- однозадачные, выполняющие функцию предоставления пользователю виртуальной вычислительной машины, обеспечивая его простым и удобным интерфейсом взаимодействия с компьютером, средствами управления периферийными устройствами и файлами;

- многозадачные, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

Многозадачные ОС в зависимости от способа управления распределением процессорного времени различаются двух видов: ОС с невытесняющей и вытесняющей многозадачностью. Невытесняющая многозадачность (Windows 3.х, NetWare) характеризуется тем, что активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не передаст управление операционной системе. При вытесняющей многозадачности (Windows 9.х, Windows NT, OS/2, UNIX) решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим процессом. Многозадачные ОС позволяют, например, редактировать текст и выводить на печать другую программу в фоновом режиме, включить для комфорта музыку и работать в графическом редакторе или в электронной таблице и т. п.

По количеству одновременно работающих пользователей ОС делятся на :

- однопользовательские;

- многопользовательские.

Основным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

По способу распространения различают открытое и закрытое ПО.

Закрытое программное обеспечение — это такая модель программного обеспечения, при которой автор (или иной правообладатель) удерживает за собой определенные права (в частности, запрещение повторного распространения, изменения программ или очень жесткого их ограничения). Для большинства программ исходный код недоступен, что делает невозможной или по крайней мере нетривиальной задачу модификации программ.

Открытое программное обеспечение — это такая модель программного обеспечения, при которой дается гарантия свободно распространять копии программы вместе с исходным кодом, изменять программу или использовать ее части в новых открытых разработках.

Операционная система обеспечивают ввод и вывод информации на различные устройства. Такими устройствами являются, как известно, дисководы, монитор, клавиатура, порты параллельного и последовательного ввода/вывода информации. Операционная система обращается к этим устройствам по их логическим именам.

Дисководы как физические устройства имеют номера. Имя диска обозначается буквой латинского алфавита с двоеточием. Например: первый диск обозначается А:, второй – В:, жесткий диск – С:. Ввиду того, что емкость жестких дисков в настоящее время большая, их с помощью программных средств разбивают на логические диски. На жестком диске в этом случае могут быть расположены логические диски D:, Е:, F:, G:, Н: и т. д.

Для других устройств установлены, например, следующие логические имена:

PRN – печатающее устройство (принтер); CON – консоль. При вводе информации под консолью понимается клавиатура, при выводе информации — экран видеомонитора;

Имена устройств используются в командах ОС для обращения к ним. На современных компьютерах число разъемов значительно больше: имеются специальные разъемы для подключения звуковых колонок, устройств мультимедиа, игровых приставок, внешней сети, телефона, микрофона, наушников.

Файловая система – это часть операционной системы, которая обеспечивает пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами. Основными задачами файловой системы являются организация хранения, поиска, переименования, копирования, пересылки и удаления файлов и каталогов.

Информация на дисках или других машинных носителях, а также в памяти компьютера хранится в файлах. Файл – это организованный, поименованный набор данных на диске или другом носителе информации.

Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги. В файлах могут храниться тексты программ, документы, данные, сведения о файлах и других каталогах. Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые файлы и двоичные файлы. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ, данные и т. п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл.

Специальные файлы – это файлы, предназначенные для управления устройствами ввода-вывода. Файлы-каталоги – хранят сведения о файлах и каталогах.

Каждый файл для возможности его идентификации на носителе информации имеет обозначение, состоящее из двух частей: имени и расширения. Имя файла в дисковой операционной системе может содержать от 1 до 8 символов. Имя должно начинаться с буквы и не должно содержать знаков пунктуации и пробелов, может содержать специальные символы: _ - $ # & @ ! % ( ) {} `~ ^. В операционной системе Windows для обозначения имен файлов можно использовать длинные имена до 255 символов. В имени файла допускается использование пробела и точки, при этом последняя точка считается началом расширения имени файла.

Расширение имени файла начинается с точки, за которой следует несколько символов. В дисковой операционной системе длина расширения имени файла фиксирована и не должна превышать трех

символов. В операционной системе Windows расширение имени файла может содержать и большее число символов. Расширение имени файла не является обязательным, однако оно является очень полезным, так как характеризует вид хранимой в нем информации.

Примеры имен файлов: command.com, expert1.bas, autoexec.bat.

В имени фала autoexec.bat: autoexec – имя файла; .bat – расширение имени файла; autoexec.bat – полное имя файла.

Файлы, имеющие расширение .ЕХЕ, .СОМ или .ВАТ, считаются внешними командами OC. При вызове внешней команды можно вводить только имя файла без расширения. Если используется несколько файлов, имеющих одинаковые имена, но разные расширения, то при вводе имени этой команды OC выполнит только одну программу в соответствии с приоритетом: .СОМ, .ЕХЕ, .ВАТ. Файлы с указанными расширениями называются исполняемыми. Причем файлы типа .СОМ и .ЕХЕ хранятся в двоичных кодах, а файлы с расширением .ВАТ − в символьном виде и содержат последовательность команд, которые должны выполняться так же, как и при вводе с клавиатуры.

Файл может иметь один из четырех атрибутов: R – только для чтения, A – не архивирован, S – системный, H – скрытый. Если файл имеет атрибут R, то в него нельзя внести изменения. Данный атрибут позволяет защитить файл от несанкционированного изменения пользователем. Атрибут «системный» предназначен для использования операционной системой. Такой файл имеет защиту от несанкционированного удаления. При попытке удаления системного файла операционная система выдает предупреждение о том, что это опасная операция, и требует подтверждения на удаление. Атрибут «скрытый» позволяет скрыть файл от посторонних глаз.

При выполнении некоторых операций с файлами: копировании, переименовании, удалении, поиске файлов – возникает необходимость выделить группу файлов, имеющих, например, одинаковые имена или расширения имен. В этом случае для выделения файлов применяются маски.

Маска – это символ, который заменяет все слово, его часть или один символ. В качестве маски используются символы * и ?. Символ * заменяет все имя файла, расширение имени файла или их часть, символ ? означает любой символ в месте расположения данного знака. Например:

*.* – все файлы на текущем диске;

*.com – все файлы с расширением .com;

s*.sys – все файлы с расширением .sys, имя которых начинается с символа «s»;

tabl?.txt – все файлы с именем tabl и расширением .txt, отличающиеся последним символом в имени файла (tabl1.txt, tabl2.txt и т. д.).

Имена файлов регистрируются на магнитных дисках в каталогах (или папках). В операционной системе Windows вместо понятия «каталог» введено понятие папка. В дальнейшем не будем делать различия между этими понятиями.

Каталог – это файл, в котором хранятся сведения о файлах и подчиненных каталогах. К сведениям, которые хранятся в каталогах, относятся: имя и расширение имени файла, размер файла в байтах, дата и время его создания или последней модификации, атрибуты файла, начальный адрес файла на диске. На каждом диске всегда имеется один каталог, который называется корневым и обозначается символом \ – обратный слэш. Все остальные каталоги размещаются в корневом каталоге. На диске может быть несколько каталогов. Наличие каталогов позволяет сгруппировать файлы по назначению, теме или пользователю, что облегчает их поиск на диске. Структуру каталогов на диске принято называть деревом каталогов.

Имена каталогов (папок) образуются по тем же правилам, что и имена файлов. Каталог, с которым работает пользователь в настоящий момент, называется текущим. Если в команде указать имя файла, то он будет отыскиваться или создаваться в текущем каталоге. Путь (маршрут) – последовательность каталогов, разделенных символом \, ведущая к файлу.

Сведения о файлах и каталогах хранятся в специальной области диска. В операционной системе Windows 9x (общее обозначение семейства ОС Windows 95, Windows 98) применяются файловые системы FAT-16, FAT-32. В операционной системе Windows NT, Windows XP и старших версиях ОС Windows применяется файловая система NTFS. В ОС Windows 95 используется FAT-16, в Windows 98 – FAT-16 и FAT-32. В этих файловых системах сведения о каталогах хранятся в корневом каталоге, а сведения о файлах – в таблице размещения файлов – FAT. Для обеспечения надежности на диске создается копия таблицы размещения файлов.

После включения питания процессор под управлением базовой системы ввода-вывода (BIOS), хранящейся в ПЗУ, проверяет наличие установленных внешних устройств, памяти и проводит их инициализацию. Затем проверяются платы расширения, в том числе и видеоадаптера. После этого проверяется ОЗУ. При неисправности монитора выдается последовательность звуковых сигналов. Если проверка прошла успешно, то BIOS пытается загрузить ОС с первого диска. Если на жестком диске не обнаружено блока начальной загрузки, то осуществляется попытка загрузить ОС с компакт-диска. Последовательность опроса дисков может быть изменена путем настройки BIOS. Если на первом диске обнаружена неисправность, то выдается сообщение об ошибке. При обнаружении в первом секторе нулевой дорожки блока начальной загрузки BIOS загружает его в оперативную память компьютера и передает ему управление. Блок начальной загрузки загружает остальную часть операционной системы в ОЗУ компьютера. После загрузки ОС Windows на экране появляется рабочий стол с элементами управления. В некоторых случаях, например, при «зависании» компьютера, требуется перезагрузка компьютера. Для перезагрузки компьютера следует нажать клавишу RESET, установленную на лицевой панели системного блока.

После окончания работы необходимо закрыть все приложения. Выход из программы Windows следует осуществлять только через команду главного меню Завершение работы. В этом случае будет обеспечено сохранение всех настроек пользователя и сохранность данных. При выходе иным способом возможны нарушение целостности файловой системы и потеря данных.

После ввода команды Завершение работы на экране монитора появляется окно диалога, в котором необходимо отметить мышью флажок «Выключить компьютер» и щелкнуть по кнопке ДА (ОК).

Контрольные вопросы

1. Назовите классификационные признаки операционных систем.

2. Назовите наиболее известные операционные системы, применяемые на персональных компьютерах.

3. Что такое файловая система, для чего она предназначена?

4. Что такое файл?

5. Что такое имя, расширение и спецификация файла? Приведите примеры записи спецификации файла.

6. Назовите наиболее распространенные расширения имен файлов. Что они означают?

7. Поясните, что такое маска. Приведите примеры использования масок.

8. Что такое атрибут файла, какие атрибуты имеет файл?

9. Что такое каталог? Какая информация в нем содержится?

1.5 Языки и технологии программирования