Что входит в состав операционной системы виндовс. Операционные системы компании Microsoft. Основные функции ОС

Дата публикации 09.03.2013 15:29

У новых компьютерных пользователей обычно возникает масса вопросов, на которые необходимо получить ответы в наиболее понятной и доступной форме. Одним из них является следующий: "Что такое операционная система?". Давайте разберемся в нем.

Что такое операционная система и в чем состоит ее предназначение?

Она представляет собой специализированную оболочку, предназначенную для управления компьютером, запуска программ, обеспечения эффективной защиты хранимых на компьютере данных, выполнения разнообразных сервисных функций по запросам от программ и пользователей. Услугами операционной системы пользуется любая программа, поэтому работа может осуществляться исключительно под управлением определенной ОС. Только при выполнении этого условия можно рассчитывать на слаженную деятельность компьютера.

Обязательные части, входящие в состав операционной системы, следующие:

Ядро, которое представляет собой командный интерпретатор, то есть своеобразный переводчик, переносящий запросы от пользователей или программ в понятный для физических компонентов компьютера вид;

Специализированные программные компоненты, ориентированные на управление разнообразными устройствами, которые включены в состав компьютера, их принято называть драйверами;

Интерфейс пользователя, то есть удобная оболочка, посредством которой и осуществляется основное общение.

Что такое операционная система и что входит в ее состав?

ОС представляет собой комплекс, сформированный из связанных между собой программ, который предназначен для организации удобного взаимодействия пользователя и компьютера, а также для выполнения остальных программ. Важно понимать, что установка второй операционной системы возможна только на другой логический диск, так как у каждой из них имеются собственные модули и компоненты. Можно рассмотреть структуру ОС, которая состоит из вполне конкретных компонентов и модулей:

Ядро системы или базовый модуль предназначен для управления работой программы и файловой системы, обеспечивая удобный доступ к ней, а также обмен файлами между периферийными устройствами;

Командный процессор создан для расшифровки и исполнения пользовательских команд, которые поступают обычно посредством клавиатуры;

Драйвера для периферийных устройств предназначены для обеспечения согласованности работы устройств и процессора, они необходимы в связи с тем, что каждое из периферийных устройств обрабатывает информацию по-разному и с разной скоростью;

Утилиты, представляющие собой дополнительные сервисные программы, делающие процесс пользовательского общения с компьютером многосторонним и максимально удобным.

Если с тем, что такое операционная система , все более или менее понятно, то можно рассмотреть вопросы, связанные с ее загрузкой. Файлы, входящие в состав ОС, хранятся на диске. Известно, что для выполнения программ они должны находиться в оперативной памяти. Для начала должна быть выполнена программа загрузки, изначально отсутствующая в оперативной памяти. И тут есть выход – ОС поэтапно загружается в оперативную память. Работая за компьютером вы всегда можете купить прямой номер.

Первый отрезок системы загружается из постоянного запоминающего устройства, где находятся все программы тестирования блоков питания ПК. Они выполняются моментально после поступления первых токовых импульсов. В это же время на начальном секторе диска запускается программа загрузки, берущая управление на себя. Это приложение ищет базовый модуль ОС, а потом передает ему управление. Загрузчик из базового модуля отыскивает все остальные компоненты и загружает их в ОЗУ. Когда ОС загружена, управление вручается командному процессору, после чего пользователь может вступать во взаимодействие с системой. Мобильные операционные системы работают по схожему принципу, однако, с некоторыми видоизменениями, связанными с особенностью устройств. Такой принцип распространяется абсолютно на все современные ОС.

Состав операционной системы

В общем случае в состав ОС входят следующие модули:

Драйверы устройств.
Сервисные программы.
Справочная система.

Драйвер устройства

Командный процессор

Сервисные программы

справочная система

Примечание

операционной системы

Ядро
Вспомогательные модули привилегированном режиме .

системными вызовами .

Пример.
Базовый кодAPI Win32 USER32, GDI32 иKERNEL32.

Kernel
GDI
User

Вспомогательные модули

Текстовый редактор.

утилиты

Примечание

Объектами ядра ОС являются:

Файлы.
События.
Файлы, проецируемые в память.

Основные понятия ОС

Основные понятия

Понятие системного и служебного (сервисного) программного обеспечения

ОС Microsoft Windows

MS Windows (произносится Виндоуз) – семейство операционных систем компании Microsoft (Майкрософт). Глава корпорации Microsoft – Билл Гейтс.

Начиная с 1995 г. Windows – самая популярная операционная система на рынке персональных компьютеров – стандарт де-факто. К 2005 г. Microsoft Windows была установлена более чем на 89 % персональных компьютеров.

Однако многие пользователи сделали выбор в пользу ОС Windows, так как совсем не знакомы с альтернативами, такими как MacOS, Linux, BSD. До начала 2000-х гг. в России почти все персональные компьютеры продавались с предустановленной операционной системой Windows. Борьба с распространением пиратских версий программных продуктов привела к появлению интереса к другим операционным системам. Так, например, стало возможным приобрести персональный компьютер с предустановленной бесплатной ОС Linux.

Операционная система Microsoft Windows включает в себя стандартные приложения, такие как браузер Internet Explorer, почтовый клиент Outlook Express, проигрыватель Windows Media Player.

Вокруг факта включения таких стандартных продуктов в ОС Windows разгорается много споров и дискуссий, поскольку это создает серьезное препятствие для распространения конкурирующих продуктов.

Для MS Windows существует очень удобный и освоенный большинством пользователей пакет прикладных программ Microsoft Office, включающий:

Текстовый процессор MS Word,

Табличный процессор MS Excel,

Органайзер MS Outlook,

Приложение для подготовки презентаций MS PowerPoint,

Приложение для управления базами данных MS Access.

Не стоит забывать, что и ОС Windows, и абсолютное большинство популярных прикладных программ под Windows имеют лицензию copyright, т.е. являются проприетарным ПО. Соответственно каждая копия такой программы должна приобретаться за деньги. Например, на конец 2007 г. цена на Windows Vista Home Basic Russian DVD – 3 240 руб., Office 2007 Win32 Russian CD– 12 280 руб.

Используя нелицензионное (пиратское) ПО, защищенное лицензией copyright, вы нарушаете законодательство о защите авторских прав.

ОС Linux

Операционная система Linux (произносится «линукс») – свободная UNIX-подобная операционная система. Это самая мощная альтернатива MS Windows, популярная в качестве серверной и резко набирающая популярность в качестве настольной (desktop) операционной системы в последние годы, в связи с усилением контроля за соблюдением лицензионного использования ОС Windows со стороны Microsoft в версиях XP и Vista.

К операционной системе Linux также часто относят программы, дополняющие эту операционную систему, и прикладные программы, делающие её полноценной многофункциональной операционной средой.

В отличие от большинства других операционных систем, Linux не имеет единой «официальной» комплектации. Вместо этого Linux поставляется в большом количестве так называемых дистрибутивов, в которых программы соединяются с ядром Linux и другими программами. Самые распространённые в мире дистрибутивы:

Американский Red Hat и его наследник Fedora Core;

Немецкий SuSE;

Французский Mandriva (бывший Mandrake);

Не имеющий национальной принадлежности международный дистрибутив Debian GNU/Linux;

Один из самых старых дистрибутивов Slackware;

Сравнительно молодой и активно развивающийся дистрибутив Gentoo;

Молодой, но перспективный дистрибутив Ubuntu Linux.

Создатель ядра Linux – Линус Торвальдс. Linux не имеет географического центра разработки. Нет и организации, которая владела бы этой системой; нет даже единого координационного центра. Программы для Linux – результат работы тысяч проектов. Некоторые из этих проектов централизованы, некоторые сосредоточены в фирмах, но большинство объединяют программистов со всего света, которые знакомы только по переписке. Создать свой проект или присоединиться к уже существующему может любой, и в случае успеха результаты работы станут известны миллионам пользователей. Пользователи принимают участие в тестировании свободных программ, общаются с разработчиками напрямую, что позволяет быстро находить и исправлять ошибки и реализовывать новые возможности.

На рынке серверных операционных систем Австралии Linux уже заняла около 30 %. За австралийцами последовали и бразильцы. Бразильское правительство решило отказаться от расходования средств на программное обеспечение и перейти с продуктов Microsoft на системы с открытым кодом, в частности, ОС Linux. Главная причина изменений – экономическая. В нашей стране рынок Linux пока невелик.

Файловая система

Вся информация в компьютере хранится в файлах, с которыми и работает операционная система.

Файлы организованы в каталоги, также называемые директориями (directory) или папками (folder). Любой каталог может содержать произвольное число подкаталогов, в каждом из которых могут храниться файлы и другие каталоги.

На каждом диске существует главный или корневой каталог, в котором располагаются все остальные каталоги, называемые подкаталогами, и некоторые файлы. Таким образом, создается иерархическая структура. Каталог, с которым в настоящий момент работает пользователь, называется текущим.

Файлы и каталоги являются самыми важными объектами файловой системы. Она определяет формат физического хранения файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла, максимально возможный размер файла, набор атрибутов файла.

Способ, которым данные организованы в байты, называется форматом файла. Для того чтобы прочесть файл, например, электронной таблицы, необходимо знать, каким образом байты представляют числа (формулы, текст) в каждой ячейке; чтобы прочесть файл текстового редактора, надо знать, какие байты представляют символы, а какие шрифты или поля, а также другую информацию.

Все файлы условно можно разделить на две части – текстовые и двоичные.

Текстовые файлы – наиболее распространенный тип данных в компьютерном мире. Для хранения каждого символа чаще всего отводится один байт, а кодирование текстовых файлов выполняют с помощью специальных кодировочных таблиц. Но чисто текстовые файлы встречаются все реже. Люди хотят, чтобы документы содержали рисунки и диаграммы и использовали различные шрифты. В результате появляются форматы, представляющие собой различные комбинации текстовых, графических и других форм данных.

Двоичные файлы, в отличие от текстовых, не так просто просмотреть и в них обычно нет знакомых нам слов – лишь множество непонятных символов. Эти файлы не предназначены непосредственно для чтения человеком. Примерами двоичных файлов являются исполняемые программы и файлы с графическими изображениями.

Каждый файл на диске имеет обозначение (полное имя), которое состоит из 2 частей: имени и расширения, разделенных точкой.

Расширение имени файла – необязательная последовательность символов, добавляемых к имени файла и предназначенных для идентификации типа (формата) файла. Это один из распространённых способов, с помощью которого пользователь или программное обеспечение компьютера может определить тип данных, хранящихся в файле. В ранних операционных системах длина расширения была ограничена тремя символами, в современных операционных системах это ограничение отсутствует.

Операционная система или менеджер файлов могут устанавливать соответствия между расширениями файлов и приложениями. Когда пользователь открывает файл с зарегистрированным расширением, автоматически запускается соответствующая этому расширению программа. Некоторые расширения показывают, что файл сам является программой. Зачастую расширение файла отображается для пользователя пиктограммой.

Драйверы

С персональным компьютером могут сопрягаться разнообразные устройства: видеокарта, звуковая карта, принтер, сканер, манипуляторы, дисководы, цифровые фотоаппараты, сотовые телефоны и т.д. Каждое из них имеет свой набор команд – свой «язык». Чтобы конкретная операционная система могла управлять конкретным устройством, прибегают к помощи программ-«переводчиков», знающих, с одной стороны, язык команд конкретного устройства, а с другой – язык конкретной операционной системы, под управлением которой должно работать это устройство.

Такая программа называется драйвером (driver) и поставляется вместе с устройством его производителем. Производители аппаратного ПО, как правило, также размещают драйверы созданных ими устройств на своих веб-сайтах.

Архиваторы

Архиваторы – это программы, позволяющие создавать, за счет специальных методов сжатия, копии файлов меньшего размера и объединять копии нескольких файлов в один архивный файл, а также распаковывать архивы (извлекать файлы из архива).

Существуют различные алгоритмы архивации данных без потери информации, т.е. при разархивации данные будут восстановлены в исходном виде.

Наиболее популярные форматы архивов:

ZIP – еще со времен ОС DOS один из самых популярных и распространенных архивных форматов, основанный на алгоритмах сжатия, в 80-х гг. прошлого столетия предложенных израильскими математиками Лемпелем и Зивом. Он отличается приемлемой степенью сжатия информации и достаточно высоким быстродействием. Сегодня он является стандартом де-факто в Интернете, и его поддерживают практически все программы-архиваторы;

RAR – разработан российским программистом Евгением Рошалем; позволяет получить размер сжатого файла гораздо меньший, чем ZIP, ценой этому является более продолжительный процесс обработки архива. В целом формат RAR значительно лучше других оптимизирован для решения сложных задач с использованием большого количества файлов и гигабайтных дисковых пространств;

CAB – применяется в продуктах Microsoft как стандартный для упаковки файлов, причем его алгоритм, нигде не опубликованный, представляет собой достаточно совершенный продукт, имеющий высокий коэффициент сжатия;

GZIP, TAR – получили наибольшее распространение в системах на базе Unix и ее самой популярной разновидности Linux;

ACE – достаточно новый формат с высокой степенью сжатия, завоевывающий все большую популярность.

Многие программы, являющиеся достаточно популярными в мире архиваторов, базируются на том или ином формате и носят аналогичные названия. Например, для ОС Windows наиболее популярными являются архиваторы WinRAR, WinZIP, WinACE. Кроме этого все они имеют инструменты для работы с другими форматами архивов. Несмотря на это, могут возникнуть проблемы с совместимостью форматов архивов в различных программах. Во многих случаях удачным решением проблемы совместимости архивов различных типов является создание архивов в виде самораспаковывающихся программ (EXE-файлов), в состав которых входят все необходимые механизмы для извлечения информации из архива, таким образом, отпадает необходимость иметь на компьютере соответствующую программу – распаковщик архива.

Состав операционной системы

В общем случае в состав ОС входят следующие модули:

Программный модуль, управляющий файловой системой.
Командный процессор, выполняющий команды пользователя.
Драйверы устройств.
Программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс.
Сервисные программы.
Справочная система.

Драйвер устройства (device driver) – специальная программа, обеспечивающая управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами.

Командный процессор (command processor) – специальная программа, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их (интерпретатор программ).

Интерпретатор команд отвечает за загрузку приложений и управление информационным потоком между приложениями.

Для упрощения работы пользователя в состав современных ОС входят программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс.
Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В ОС имеется программный модуль, управляющий файловой системой.

Сервисные программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и др.), выполнять операции с файлами (копирование, переименование и др.), работать в компьютерных сетях.

Для удобства пользователя в состав ОС входит справочная система , позволяющая оперативно получить необходимую информацию о функционировании как ОС в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Примечание

Состав модулей ОС, а также их количество зависит от семейства и вида ОС. Так, например, в ОС MS DOS отсутствует модуль, обеспечивающий графический пользовательский интерфейс.

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:

Ядро – это модули, выполняющие основные функции ОС.
Вспомогательные модули , выполняющие вспомогательные функции ОС. Одним из определяющих свойств ядра является работа в привилегированном режиме .

Модули ядра выполняют следующие базовые функции ОС: Управление процессами, Управление системой прерываний, Управление памятью, управление устройствами ввода-вывода, Функции, решающие внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса: переключение контекстов, загрузка/вы грузка страниц, обработка прерываний. Эти функции недоступны для приложе ний. Функции, служащие для поддержки приложений, создавая для них так называемую прикладную программную среду.

Приложения могут обращаться к ядру с запросами – системными вызовами – для выполнения тех или иных действий: для открытия и чтения файла, вывода графической информации на дисплей, получения системного времени и т.д. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования – API (Application programming interface) .

Пример.
Базовый кодAPI Win32 содержится в трех библиотеках динамической загрузки (Dynamic Link Library, DLL):USER32, GDI32 иKERNEL32.

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 дисплея 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.
Ядро является движущей силой всех вычислительных процессов в компьютерной системе, и крах ядра равносилен краху всей системы, без него ОС является полностью неработоспособной и не сможет выполнить ни одну из своих функций. Поэтому разработчики операционной системы уделяют особое внимание надежности кодов ядра, в результате процесс их отладки может растягиваться на многие месяцы.

Обычно ядро оформляется в виде программного модуля некоторого специального формата, отличающегося от формата пользовательских приложений.
Вспомогательные модули ОС выполняют вспомогательные функции ОС (полезные, но менее обязательные чем функции ядра).

Примеры вспомогательных модулей:

Программа архивирования данных.
Программа дефрагментации диска.
Текстовый редактор.

Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде приложений, либо в виде библиотек процедур. Вспомогательные модули ОС подразделяются на следующие группы:

утилиты – программы, решающие задачи управления и сопровождения компьютерной системы: обслуживание дисков и файлов.

системные обрабатывающие программы – текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики.

программы предоставления пользователю дополнительных услуг пользовательского интерфейса (калькулятор, игры).

библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку при ложений (библиотека математических функций, функций ввода-вывода).

Как и обычные приложения, для выполнения своих задач утилиты, обрабатывающие программы и библиотеки ОС, обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов.
Функции, выполняемые модулями ядра, являются наиболее часто используемыми функциями операционной системы, поэтому скорость их выполнения определяет производительность всей системы в целом. Для обеспечения высокой скорости работы ОС все модули ядра или большая их часть постоянно находятся в оперативной памяти, то есть являются резидентными.

Вспомогательные модули обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, то есть являются транзитными. Такая организация ОС экономит оперативную память компьютера.

Примечание

Разделение операционной системы на ядро и вспомогательные модули обеспечивает легкую расширяемость ОС. Чтобы добавить новую высокоуровневую функцию, достаточно разработать новое приложение, и при этом не требуется модифицировать основные функции, образующие ядро системы.

Объектами ядра ОС являются:

Процессы (рассмотрено в теме 2.3).
Файлы.
События.
Потоки (рассмотрено в теме 2.3).
Семафоры – объекты, позволяющие войти в заданный участок кода не более чем n потокам.
Мьютексы – одноместные семафоры, служащие в программировании для синхронизации одновременно выполняющихся потоков.
Файлы, проецируемые в память.

Тема 3. Операционная система: назначение и состав

Операционная система , сокр. ОС (англ. operating system, OS ) - комплекс управляющих и обрабатывающих программ, 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. Это определение применимо к большинству современных ОС общего назначения.

В логической структуре типичной вычислительной системы ОС 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 ОС позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций.

В большинстве вычислительных систем ОС является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного ПО. С 1990-х наиболее распространёнными операционными системами являются ОС семейства Microsoft Windows и системы класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).

Все разнообразие программ, используемых на современных компьютере называется программным обеспечением.

Программы, составляющие ПО можно разделить на три группы: системное ПО, системы программирования, прикладное ПО.

Две первые группы иногда называют базовым ПО. Ядром системного ПО является Операционная система (ОС). ОС – это часть ПО, наиболее тесно связанная с техническими средствами компьютора (hardware).

Основные функции ОС:

управление ресурсами компьютера:процессорным временем, распределением внутренней памяти, файлами, внешними устройствами;
организация диалога с пользователем.

Резидентная часть ОС (ядро ОС) постоянно занимает раздел ПОкомпьютера. Туда она загружается с системного диска при включении машины. Эта процедура называется первоначальной загрузкой. Вся дальнейшая работа на компьютере происходит под контролем и управлением ОС. ОС осуществляет загрузку в ПОвсех программ, передает им в начале их работы, выполняет различные действия по запросу исполняемых программ и освобождает занимаемую программами память при их завершении. Важнейшей функцией ОС является работа с файлами. В файлах на внешних носителях хранится всё: программы, данные, сама ОС. Средствами ОС создается файловая система – определенная структура файлов на внешних носителях. Все действия с файлами (создание, удаление, копирование, именование и т.д.) производятся пользователем с помощью ОС.

Для общения ОС с пользователем используется специальный командный язык ОС.

Для упрощения диалога пользователя с ОС применяются так называемые диалоговые оболочки к ОС. Примером популярной оболочки является Norton Commander. При работе с подобной оболочкой пользователю не приходится набирать на клавиатуре команды по буквам; он выбирает их из меню в среде оболочки на экране. В последнее время стала популярной ОС Windows со встроенной графической оболочкой.

Структуру ОС составляют следующие модули:

базовый (ядро ОС) – управляет файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между ПУ,
командный процессор – расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие через клавиатуру,
драйверы периферийных устройств – программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором,
дополнительные сервисные программы (утилиты) – делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.

Обязательно в ОЗУ должны находиться ядро ОС и командный процессор. Драйверы устройств и утилиты могут погружаться в ОЗУ по мере необходимости.

В 1975 году была основана знаменитая фирма в США Microsoft по производству программных продуктов.Её основателями были самые богатые на сегодняшний день американцы Билл Гейтс и Пауль Аллен. Они разработали ПО для IВ М Р С. В 1981 - MS DOS, В 1983 г – Windows, (сообщение ученика по схеме – MS DOS).

При включении электропитания компьютера начинают работать программы проверки оборудования, находящиеся в постоянной памяти компьютера. Если они находят ошибку, то выводят код ошибки на экран.

После окончания тестирования программа начальной загрузки пытается прочесть с дискеты, установленной на дисководе, программу – загрузчик ОС (ВООТ) (расположенная в начале диска).После того, как с диска, с которого загружалась ОС, прочитана программа – загрузчик ОС, эта программа считывает в память модули ОС (базовый модуль и ему передается управление).

В состав базового модуля входит основной загрузчик, компьютер ищет остальные модули ОС и считывает их в ОЗУ. После окончания загрузки ОС управление передается командному процессору, на экране появляется приглашение системы к вводу команд пользователя.

Существуют несколько наиболее распространенных ОС, каждая из которых ориентирована на определённую разрядность процессора, тип процессора, а также емкость ОЗУ.

По мере расширения возможностей компьютера требуются все более мощные и современные программные средства для использования этих ресурсов пользователями.

На IBM-совместимых персональных компьютерах используются операционные системы корпорации Microsoft Windows 9х/МЕ, свободно распространяемая операционная система Linux. На персональных компьютерах фирмы Apple используются различные версии операционной системы Mac OS. На рабочих станциях и серверах наибольшее распространение получили операционные системы Windows NT/2000/XP и UNIX.

Операционные системы разные, но их назначение и функции одинаковые. Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

Современные операционные системы имеют сложную структуру, каждый элемент которой выполняет определенные функции по управлению компьютером.

Управление файловой системой. Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой .

Командный процессор. В состав операционной системы входит специальная программа - командный процессор , - которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их.

Пользователь может дать команду запуска программы, выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), вывода документа на печать и так далее. Операционная система должна эту команду выполнить.

Драйверы устройств. К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). Каждое устройство выполняет определенную функцию (ввод информации, хранение информации, вывод информации), при этом техническая реализация устройств существенно различается.

В состав операционной системы входят драйверы устройств , специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами, а также позволяют производить настройку некоторых параметров устройств. Каждому устройству соответствует свой драйвер.

Технология "Plug and Play" (подключи и играй) позволяет автоматизировать подключение к компьютеру новых устройств и обеспечивает их конфигурирование. В процессе установки Windows определяет тип и конкретную модель установленного устройства и подключает необходимый для его функционирования драйвер. При включении компьютера производится загрузка драйверов в оперативную память.

Пользователь имеет возможность вручную установить или переустановить драйверы.

Графический интерфейс. Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс . В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды с помощью мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.

Сервисные программы. В состав операционной системы входят также сервисные программы , или утилиты . Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и так далее), выполнять операции с файлами (архивировать и так далее), работать в компьютерных сетях и так далее.

Справочная система. Для удобства пользователя в состав операционной системы обычно входит также справочная система . Справочная система позволяет оперативно получить необходимую информацию как о функционировании операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Основные понятия ОС

Основные понятия

Операционная система – это компьютерная программа или комплекс программ, обеспечивающая среду для выполнения других программ и дающая этим программам доступ к возможностям процессора и периферийных устройств компьютера, таких как диски, дисплей и так далее. Операционная система очень удобна, но является абсолютно необходимой для работы с компьютером. На заре компьютерной эпохи техники загружали программы в память, используя ручные устройства ввода: кнопки и переключатели или перфоленты. Затем они вручную задавали стартовый адрес программы и указывали компьютеру, что надо перейти к нему и начать ее выполнение.

Однако современные пользователи компьютеров применяют более совершенные методы. Появилось такое понятие как файл, затем файловая система. Затем появилось понятие разделения времени, и, следовательно, понятия многозадачности и многопользовательности.

Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера (Software ) . Операционная система обеспечивает управление всеми аппаратными компонентами компьютера (Hardware ). Другими словами, операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям.

К системному блоку компьютера подключаются через специальные согласующие платы (контроллеры) периферийные устройства (дисковод, принтер и т.д.). Каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по-разному и с различной скоростью, поэтому необходимо программно согласовать их работу с работой процессора. Для этого в составе операционной системы имеются специальные программы – драйверы устройств. Каждому устройству соответствует свой драйвер.

Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между периферийными устройствами, т.н. необходимо уметь управлять файловой системой. Ядром операционной системы является программа, которая обеспечивает управление файловой системой. Пользователь общается с компьютером через устройства ввода информации (клавиатура, мышь). После ввода команды операционной системы специальная программа, которая называется командный процессор, расшифровывает команды и исполняет их.

Процесс общения пользователя с компьютером должен быть удобным. В состав современных операционных систем (Windows ) обязательно входят модули, создающие графический интерфейс.

Таким образом, в структуру операционной системы входят следующие модули:

Базовый модуль, управляющий файловой системой;
Командный процессор, расшифровывающий и выполняющий команды;
Драйверы периферийных устройств;
Модули, обеспечивающие графический интерфейс.

Файлы операционной системы находятся на диске (жестком или гибком). Однако программы могут выполняться, только если они находятся в оперативной памяти, поэтому файлы операционной системы необходимо загрузить в оперативную память. Все файлы операционной системы не могут одновременно находиться в оперативной памяти, так как объем современных операционных систем составляет десятки мегабайт. Для функционирования компьютера обязательно должны находиться в оперативной памяти базовый модуль , командный процессор и драйверы подключенных устройств. Модули операционной системы, обеспечивающие графический интерфейс, могут быть загружены по желанию пользователя. В операционной системе Windows 95 выбор варианта загрузки представлен в виде меню.

После включения компьютера производится загрузка операционной системы в оперативную память. В системном блоке компьютера находится ПЗУ (BIOS ), в котором содержатся программы тестирования компьютера и первого этапа загрузки операционной системы. После включения компьютера эти программы начинают выполняться, причем информация о ходе этого процесса высвечивается на экране дисплея.

На этом этапе процессор обращается к диску и ищет на определенном месте (в начале диска) наличие очень небольшой программы-загрузчика BOOT . Программа-загрузчик считывается в память, и ей передается управление. В свою очередь она ищет на диске базовый модуль операционной системы, загружает его в память и передает ему управление.

В состав базового модуля операционной системы входит основной загрузчик, который ищет остальные модули операционной системы и загружает их в оперативную память. После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору, на экране появляется приглашение системы.

Система готова к работе, т.е. пользователь может начинать вводить команды операционной системы, а командный процессор их расшифровывать и выполнять. В случае использования графического интерфейса выбор действий (команд) производится с помощью мыши. В процессе выполнения команд осуществляется взаимодействие всех модулей операционной системы, причем необходимые в данный момент дополнительные модули могут подгружаться с диска.

Существует несколько наиболее распространенных операционных систем, каждая из которых ориентирована на определенное семейство процессоров и, соответственно, компьютеров.

MS - DOS (Microsoft Disk Operation System - Дисковая операционная система Microsoft ). Операционная система MS -DOS была разработана в начале 80-х годов для работы на компьютерах IBM PC /XT , созданных на базе процессора 8086 фирмы Intel . MS -DOS была наиболее распространенной операционной системой с интерфейсом командной строки, которая устанавливалась на компьютерах, созданных на базе процессоров 80 286, 80 386, 80 486, Pentium . Последней версией была MS -DOS 6.22.

Microsoft Windows (Windows 3.1, Windows 3.11, Windows 95, 2000, NT, XP) . В настоящее время более 90% персональных компьютеров реализованы на платформе Intel & Windows , т.е. в них установлен Intel -совместимый процессор (Pentium ) и инсталлирована операционная система Windows .

К основным достоинствам современных операционных систем (Windows 95 и выше) следует отнести

технологию «подключи и работай»,
многозадачность,
графический интерфейс.

Технология «подключи и работай» ( Plug - and - Play ) позволяет даже начинающему пользователю подключить к компьютеру новое устройство (например, принтер) и продолжить работу. Windows сама установит необходимый драйвер и выделит ресурсы.

Многозадачность предоставляет пользователю возможность загрузить в оперативную память сразу несколько приложений (например, текстовый редактор Word , электронные таблицы Excel , браузер Internet Explorer и др.). Переход от работы в одном приложении в другое происходит очень быстро и просто, посредством перехода от одного открытого «окна»Windows к другому.

Графический интерфейс реализован с использованием технологии Drag -and -Drop . Это позволяет выполнять практически любые операции с помощью мыши.

UNIX . На высокопроизводительных компьютерах, которые иногда называют «рабочие станции», широко распространена операционная система UNIX . Начало разработок этой системы относится к 1969 году, и к настоящему времени уже известно более 20 различных версий. В настоящее время достаточно большое количество серверов в Internet работают под управлением этой системы.

Важнейшим достоинством большинства ОС является модульность. Это свойство позволяет объединить в каждом модуле определенные логически связанные группы функций. Если возникает необходимость в замене или расширении такой группы функций, это можно сделать путем замены или модификации лишь одного модуля, а не всей системы.

Большинство ОС состоит из следующих основных модулей: базовая система ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System); загрузчик операционной системы (Boot Record); ядро ОС; драйверы устройств; командный процессор; внешние команды (файлы).

Базовая система ввода-вывода (BIOS) – это набор микропрограмм, реализующих основные низкоуровневые (элементарные) операции ввода-вывода. Они хранятся в ПЗУ компьютера и записываются туда при изготовлении материнской платы. Данная система, по сути, «встроена» в компьютер и является одновременно его аппаратной частью и частью операционной системы.

Первая функция BIOS – автоматическое тестирование основных компонентов компьютера при его включении. При обнаружении ошибки на экран выводится соответствующее сообщение и / или выдается звуковой сигнал.

Далее BIOS осуществляет вызов блока начальной загрузки операционной системы, находящейся на диске (эта операция выполняется сразу по окончании тестирования). Загрузив в ОЗУ этот блок, BIOS передает ему управление, а он в свою очередь загружает другие модули ОС.

Еще одна важная функция BIOS – обслуживание прерываний. При возникновении определенных событий (нажатие клавиши на клавиатуре, щелчок мыши, ошибка в программе и т.д.) вызывается одна из стандартных подпрограмм BIOS по обработке возникшей ситуации.

Загрузчик операционной системы – это короткая программа, находящаяся в первом секторе любого загрузочного диска (дискеты или диска с операционной системой). Функция этой программы заключается в считывании в память основных дисковых файлов ОС и передаче им дальнейшего управления ЭВМ.

Ядро ОС реализует основные высокоуровневые услуги, загружается в ОЗУ и остается в ней постоянно. В ядре ОС выделяют несколько подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение той или иной задачи:

— файловая система (отвечает за размещение информации на устройствах хранения);

— система управления памятью (размещает программы в памяти);

— система управления программами (осуществляет запуск и выполнение программ);

— система связи с драйверами устройств (отвечает за взаимодействие с внешними устройствами);

— система обработки ошибок;

— служба времени (предоставляет всем программам информацию о системном времени).

Модуль расширения BIOS придает гибкость операционной системе, позволяя добавлять драйверы, обслуживающие дополнительные устройства.

Драйверы требуются в тех случаях, когда обмен информацией с устройствами должен происходить иначе, чем определено в BIOS.

Драйверы устройств – это программы, управляющие работой внешних (периферийных) устройств на физическом уровне. Они дополняют систему ввода-вывода ОС и обеспечивают обслуживание новых устройств или нестандартное использование имеющихся. Они передают или принимают данные от аппаратуры и делают пользовательские программы независимыми от ее особенностей.

Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке операционной системы; необходимость и порядок их загрузки указываются в специальных файлах конфигурации. Такая схема облегчает подключение к машине новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы ОС.

» [Экзамен по информатике][Билет №8]

Назначение и состав операционной системы компьютера. Загрузка компьютера.

Для того чтобы мы могли не думать о том, как в компьютере происходит работа процессора с программами, данными и с аппаратными устройствами, существует специальный комплекс программ, называемых операционной системой.

Операционные системы разные, но их назначение и функции одинаковые. Операционная система является базовой и необходимой составляющей ПО компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

Операционная система – комплекс программ, обеспечивающих взаимодействие всех аппаратных и программных частей компьютера между собой и взаимодействие пользователя и компьютера.

Операционная система обеспечивает связь между пользователем, программами и аппаратными устройствами.

Структура операционной системы:

Ядро – переводит команды с языка программ на язык «машинных кодов», понятный компьютеру.
Драйверы – программы, управляющие устройствами.
Интерфейс – оболочка, с помощью которой пользователь общается с компьютером.

Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули, управляющие файловой системой.

В состав операционной системы входит специальная программа - командный процессор, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа на печать и т. д. Операционная система должна эти команды выполнить.

К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). В состав операционной системы входят драйверы устройств - специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Любому устройству соответствует свой драйвер.

Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем, и в частности в состав Windows, входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды посредством мыши, тогда как в режиме командной строки необходимо вводить команды с помощью клавиатуры.

Операционная система содержит также сервисные программы, или утилиты. Такие программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т. д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т. д.), работать в компьютерных сетях и т. д.

Для удобства пользователя в операционной системе обычно имеется и справочная система. Она предназначена для оперативного получения необходимой информации о функционировании как операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Запуск компьютера

При поступлении сигнала о запуске процессор обращается к специально выделенной ячейке памяти. В ОЗУ в этот момент ничего нет, если бы там была какая-либо программа, то она начала бы выполнятся.

Для того чтобы компьютер мог начать работу необходимо наличие специальной микросхемы – ПЗУ. Программы ПЗУ записываются на заводе и называются BIOS.

После включения компьютера процессор начинает считывать и выполнять микрокоманды, которые хранятся в микросхеме BIOS. Прежде всего начинает выполнятся программа тестирования POST, которая проверяет работоспособность основных устройств компьютера. В случае неисправности выдаются определенные звуковые сигналы, а после инициализации видеоадаптера процесс тестирования отображается на экране монитора.

Затем BIOS начитает поиск программы-загрузчика операционной системы. Программа-загрузчик помещается в ОЗУ и начинается процесс загрузки файлов операционной системы.

Файлы операционной системы хранятся во внешней, долговременной памяти (на жестком диске, на CD …). Однако программы могут выполнятся, только если они находятся в ОЗУ, поэтому файлы ОС необходимо загрузить в оперативную память.

Диск, на котором находятся файлы операционной системы и с которого происходит загрузка, называют системным. Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение "Non system disk" и компьютер «зависает», т. е. загрузка операционной системы прекращается и компьютер остается неработоспособным.

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору. В случае использования интерфейса командной строки на экране появляется приглашение системы для ввода команд, в противном случае загружается графический интерфейс операционной системы. В случае загрузки графического интерфейса операционной системы команды могут вводиться с помощью мыши.

Компьютеры без операционных систем

Первые персональные компьютеры не имели операционных систем и были похожи на современные игровые приставки. При включении компьютера в сеть процессор обращался к постоянной памяти (ПЗУ), в котором была записана программа поддержки несложного языка программирования, например языка БЕЙСИК или похожего. Первичное изучение команд этого языка обычно занимало не более нескольких часов, и вскоре на компьютере можно было набирать и запускать несложные программы. Подключив к компьютеру магнитофон, можно было загрузить постороннюю программу. Загруженная программа отключала ПЗУ и далее работа с компьютером происходила под управлением загруженной программы (как в игровых приставках).

Первые бытовые персональные компьютеры 70-80-х годов не имели операционных систем, но некоторые пользователи рассматривали содержащийся в ПЗУ язык программирования как самостоятельную операционную систему, хотя и упрощенную. Она позволяла принимать и понимать команды от клавиатуры и загружать посторонние программы.

Первые дисковые операционные системы

Серьезная необходимость в операционных системах возникла, когда к персональным компьютерам стали подключать дисководы. Дисковод отличается от магнитофона тем, что это устройство свободного доступа, а магнитофон - устройство последовательного доступа. Для загрузки программы с ленты надо было перемотать кассету, после чего компьютер загружал первую встретившуюся программу.
На диске есть свобода выбора. На музыкальном диске можно включить воспроизведение любой песни. С магнитного диска можно загрузить любую программу. Поэтому команды загрузки стали очень сложными. Надо было указывать номер дорожки и номер сектора, в котором находится то, что надо загрузить. Например, для загрузки игры Посадка на Луну приходилось давать команду типа: LOAD *d* 29:37, 31:14

Помнить, в каких секторах что хранится, было мучительно трудно. И выход был найден. Была написана программа, которая переводит названия программ и файлов в номера дорожек и секторов. Человек мог загружать то, что ему нужно, пользуясь только названиями. Эта программа и стала дисковой операционной системой.

Дисковой операционной системе поручили и другие задачи. Она могла не только загружать файлы с диска в компьютер, но и записывать файлы на диск, следить за тем, чтобы два разных файла не попадали в один сектор, при необходимости удалять файлы, копировать их с диска на диск. В общем, она избавила человека от необходимости хранить множество записей на отдельных бумажках, упростила работу с дисководом и значительно уменьшила количество ошибок.

Неграфические операционные системы

В дальнейшем операционные системы развивались параллельно с аппаратным обеспечением. Появлялись новые дисководы гибких дисков, менялись и операционные системы. С появлением жестких дисков открылась возможность хранить на них не десятки, а сотни и тысячи файлов. В именах файлов стало так же легко запутаться, как в номерах дорожек и секторов. Тогда дисковые операционные системы стали сложнее. В них ввели средства для разбиения дисков на каталоги и средства для обслуживания каталогов (перенос и копирование файлов между каталогами, сортировка файлов и прочее). Так на дисках появилась файловая структура, а операционная система взяла на себя ее создание и обслуживание. Когда же жесткие диски приобрели еще большие размеры, операционная система «научилась» делить их на несколько логических дисков.

Вместе с развитием жестких и гибких дисков происходило увеличение оперативной памяти компьютера, менялись также процессоры. Каждая новая операционная система все лучше использовала оперативную память и могла работать со все более мощными процессорами.
Для компьютеров IВМ РС основной операционной системой с 1981 г. по 1995 г. была так называемая система МS-DOS. За эти годы она прошла развитие от версии МS-DOS 1.0 до МS-DOS 6.22.

Программы-оболочки

Операционная система МS-DOS позволила успешно работать с персональными компьютерами на протяжении почти 15 лет. Тем не менее, эту работу нельзя назвать удобной. Во-первых, МS-DOS - неграфическая операционная система, которая использует интерфейс командной строки. Это значит, что все команды надо набирать по буквам в специальной строке. Требовалось хорошо знать эти команды, помнить, как они записываются. Изучение операционной системы стало самостоятельной задачей, достаточно сложной для простого пользователя.

Когда-то МS-DOS выступила «посредником» между человеком и компьютером и помогла превратить сложные команды обращения к дискам в более простые и понятные, но по мере развития сама «обросла» изобилием команд и стала сдерживать работу с компьютером. Так возникла необходимость в новом посреднике - тогда появились так называемые программы-оболочки. Оболочка - это программа, которая запускается под управлением операционной системы и помогает человеку работать с этой операционной системой. Одна из самых известных и распространенных во всем мире программ-оболочек называется Norton Comander. Ее разработал известнейший американский программист Питер Нортон, получивший всемирное признание за то, что упростил работу с компьютером для миллионов людей. Программа-оболочка наглядно показывает на экране всю файловую структуру компьютера: диски, каталоги и файлы. С такой программой не надо набирать сложные команды МS-DOS в командной строке. Файлы можно разыскивать, копировать, перемещать, удалять, сортировать, изменять (редактировать, править) запускать, пользуясь всего лишь нескольким клавишами. Просто, понятно и удобно. Сегодня Norton Comander все еще используют на многих компьютерах, особенно на тех, которые работают в системе МS-DOS. Правда, она все-таки устарела. Сейчас для работы с принято использовать более современные средства

Графические оболочки

Несмотря на то, что появление программ-оболочек заметно упростило работу с компьютером и его операционной системой, оболочки все-таки долгое время оставались неграфическими.

Одна из особенностей компьютеров IВМ РС состоит в том, что в них текстовый и графический режим работы с экраном существуют отдельно. Компьютер переключается либо в тот режим, либо в другой. Нельзя, например, сделать так, чтобы часть экрана была в текстовом режиме, а часть - в графическом. Эти режимы несовместимы.

Работа с текстовым экраном долгое время была вполне приемлема для служебных целей. На многих предприятиях и в организациях не было необходимости в работе с графикой, а если такая потребность возникала, для этого было принято использовать компьютеры Macintosh. Однако когда встал вопрос об использовании IВМ РС в качестве домашнего компьютера, возникла острая необходимость в графической операционной системе, которая наглядно выводит информацию на экран и которой можно управлять с помощью мыши.

Работы над графической операционной системой для IВМ РС в компании Microsoft начались еще в 1981 г., но впервые такая система вышла в свет только в 1995 г. под названием Microsoft Windows 95. До появления Microsoft Windows 95 компьютеры IВМ РС работали с неграфической системой МS-DOS, но для нее были сделаны несколько графических оболочек Windows 1.0, Windows 2.0, Windows 3.0, Windows 3.1, Windows 3.11.

Оболочки Windows запускались под управлением МS-DOS, то есть не были самостоятельными операционными системами. Но поскольку с появлением Windows открылись некоторые новые возможности, все-таки принято называть Windows не оболочкой, а средой. Вот некоторые особенности Windows, отличающие эту среду от прочих оболочек:

Многозадачность.
Единый программный интерфейс.
Единый интерфейс пользователя.
Графический интерфейс пользователя.
Единый аппаратно-программный интерфейс.

Графические операционные системы

Выпущенная в сентябре 1995 г. система Windows 95 стала первой графической операционной системой для компьютеров IВМ РС.

Все следующие версии операционных систем Windows (98, NT, ME, 2000, XP) являются графическими.

Производители аппаратного обеспечения изготавливают узлы и приборы так, чтобы они были совместимы с Windows . Мы можем достаточно смело приобретать новые устройства и устанавливать их в компьютер, рассчитывая на то, что все прочие устройства и программы будут работать нормально. Система Windows ввела новый стандарт самоустанавливающихся устройств (plud-and-play). Подключение таких устройств происходит автоматически. Операционная система сама «узнает», что установлено в компьютере, и настраивается на работу с новым оборудованием.

На сегодняшний день на рынке программного обеспечения для IBM PC-совместимых компьютеров сосуществуют несколько семейств операционных систем, но операционные системы Windows являются наиболее распространенными среды пользователей.

Операционные системы компании Microsoft:

DOS (Disk Operating System). Интерфейс – командная строка. Все команды приходилось набирать вручную, в командной строке ОС.
Windows 3.1 и 3.11. – первый графический интерфейс. Хотя многие не считали эту систему операционной, а лишь системой, расширяющей возможности DOS.
У всех дальнейших операционных систем интерфейс графический.
Windows-95.
Семейство Windows-98 / NT / ME / 2000 / XP.

Элементы интерфейса Windows:

Рабочий стол.
Название «Рабочий стол» подобрано удачно. На нем, как и на обычном рабочем столе расположены раз-личные программы и инструменты, представленные в виде значков, или иконки.
Значки.
Значками в Windows обозначаются программы, документы. Запуск производится двойным щелчком кнопки мыши по значку. Программа может быть расположена непосредственно на Рабочем столе, а может быть скрыта глубоко на диске, но и в этом случае представлена на Рабочем столе своим образом – ярлыком.
Ярлыки.
Ярлык программы – это не сама программа, а только ее образ, указание на то место на диске, где она находится. Двойной щелчок по ярлыку также вызывает запуск программы. Ярлыки от значков отличаются наличием небольшой стрелочки внизу слева.
Панель задач.
Располагается в нижней части экрана. На ней находятся: кнопка Пуск, кнопки открытых окон, индикаторы и часы.
Окно.
Окно – один из главных элементов интерфейса Windows.