Назначение операционной системы

Введение

Операционная система (ОС) - это комплекс программного обеспечения, предназначенный для снижения стоимости программирования, упрощения доступа к системе, повышения эффективности работы. Операционная система (ОС) является основой системного ПО, под управлением которыми, осуществляется начальная загрузка компьютера, управление работой всех его устройств и проверка их работоспособности, управление файловой системой компьютера, загрузка пользовательских приложений и распределение ресурсов компьютера между ними, поддержка пользовательского интерфейса и др. К числу широко известных семейств операционных систем относятся DOS, WINDOWS, UNIX, NETWARE и др.

  Операционная  система (ОС) представляет собой совокупность программ, выполняющих две функции: предоставление пользователю удобств  виртуальной машины и повышение эффективности использования компьютера при рациональном управлении его ресурсами.

Процессор компьютера выполняет команды, заданные на машинном языке. Непосредственная подготовка таких  команд требует от пользователя знаний языка и специфики построения и взаимодействия аппаратных средств. Так, например, для доступа к хранящейся на магнитном носителе информации необходимо указать номера блоков на диске и  номера секторов на дорожке, определить состояние двигателя механизма перемещения  головок записи/считывания, обнаружить наличие и типы ошибок, выполнить их анализ и пр. Требовать этих знаний от всех пользователей практически невозможно. Поэтому и возникла необходимость в создании ОС – совокупности программ, скрывающих от пользователя особенности физического расположения информации и выполняющих обработку прерываний, управление таймерами и оперативной памятью. В результате пользователю предоставляется виртуальная машина, реализующая работу на логическом уровне.

Вместо реальной аппаратуры компьютера ОС представляет пользователю расширенную виртуальную  машину, с которой удобнее работать и которую легче программировать. Операционные системы относятся к системному программному обеспечению. Все программное обеспечение разделяется на системное и прикладное. К системному программному обеспечению принято относить такие программы и комплексы программ, которые являются общими, без которых невозможно выполнение или создание других программ. История появления и развития системного программного обеспечения началась с того момента, когда люди осознали, что любая программа требует операций ввода-вывода данных. Это произошло в далекие 50-е годы прошлого столетия. Собственно операционные системы появились чуть позже.

  Действительно, если мы не будем иметь возможности  изменять исходные данные и получать результаты вычислений, то зачем вообще эти вычисления? Очевидно, что исходные данные могут вводиться различными способами. На практике используются самые  разнообразные устройства и методы. Например, мы можем вводить исходные значения с клавиатуры, задавать нужные действия или функции с помощью  указателя мыши, считывать записи из файла, снимать оцифрованные значения с датчиков и т.д. Часть исходных данных может быть передана в программу  через область памяти, в которую  предварительно другая программа занесла  свои результаты вычислений. Способов много. Главное – выполнить в  программе некоторые действия, связанные  с получением исходных данных.

  Аналогично, и вывод результатов может  быть организован, например, на соответствующие  устройства и в форме, удобной  для восприятия ее человеком. Либо результаты расчетов будут отправляться программой на какие-нибудь исполнительные устройства, которые управляются компьютером. Наконец, мы можем организовать запись полученных значений на некие устройства хранения данных (с целью их дальнейшей обработки).

  Очевидно, что имело смысл создать набор  подпрограмм управления операциями ввода-вывода и использовать его  в своих программах, чтобы не заставлять программистов каждый раз заново программировать все эти операции. С этого и началась история  системного программного обеспечения. Впоследствии набор подпрограмм  ввода-вывода стали организовывать в виде специальной библиотеки ввода-вывода, а затем появились и сами операционные системы. Основной причиной их появления  было желание автоматизировать процесс  подготовки вычислительного комплекса  к выполнению программы.

  В 50-е годы взаимодействие пользователей  с вычислительным комплексом было совершенно иным, чем ныне. Программист-кодер (от англ. coder – кодировщик) – специально подготовленный специалист, знающий архитектуру компьютера и язык(и) программирования, - по заказу составлял текст программы, часто по уже готовому алгоритму, разработанному программистом-алгоритмистом. Текст этой программы затем отдавался оператору, который набирал его на специальных устройствах и переносил на соответствующие носители. Чаще всего в качестве носителей использовались перфокарты или перфолента. Далее колода с перфокартами передавалась в вычислительный зал, где для вычислений по этой программе требовать следующие действия:

  1. Оператор вычислительного комплекса  с пульта вводил в рабочие  регистры центрального процессора  и в оперативную память компьютера  ту первоначальную программу,  которая позволяла считать в  память программу для трансляции  исходных кодов и получения  машинной (двоичной) программы (проще  говоря, транслятор, который тоже  хранился на перфокартах или  перфоленте).

  2. Транслятор считывал исходную  программу, осуществлял лексический  разбор исходного текста, и промежуточные  результаты процесса трансляции  зачастую так же выводили на  перфокарты (перфоленту). Трансляция  – сложный процесс, часто требующий  нескольких проходов. Порой для  выполнения очередного прохода  приходилось в память компьютера  загружать с перфокарт и следующую  часть транслятора, и промежуточные  результаты трансляции. Ведь результат  трансляции выводился также на  носители информации, поскольку  объем оперативной памяти был  небольшим, а задача трансляции  – это очень сложная задача.

  3. Оператор загружал в оперативную  память компьютера полученные  двоичные коды, оттранслированной  программы и подгружал двоичные  коды тех системных подпрограмм,  которые реализовывали управлениями  операциями ввода-вывода. После этого  готовая программа, расположенная  в памяти, могла сама считывать  исходные данные и осуществлять  необходимые вычисления. В случае  обнаружения ошибок на одном  из этих этапов или после  анализа полученных результатов  весь цикл необходимо было  повторить.

  Для автоматизации труда программиста (кодера) стали разрабатывать специальные  алгоритмические языки высокого уровня, а для автоматизации труда  оператора вычислительного комплекса  была разработана специальная управляющая  программа, загрузив которую в память один раз оператор мог ее далее  использовать неоднократно и более  не обращаться к процедуре программирования ЭВМ через пульт оператора. Именно эту управляющую программу и  стали называть операционной системой. Со временем на нее стали возлагать  все больше и больше задач, она  стала расти в объеме. Прежде всего разработчики стремились к тому, чтобы операционная система как можно более эффективно распределяла вычислительные ресурсы компьютера, ведь в 60-е годы операционные системы уже позволяли организовать параллельное выполнение нескольких программ. Помимо задач распределения ресурсов появились задачи обеспечения надежности вычислений. К началу 70-х годов диалоговый режим работы с компьютером стал преобладающим, и у операционных систем стремительно начали развиваться интерфейсные возможности. Термин интерфейс (interface) обозначает целый комплекс спецификаций, определяющих конкретный способ взаимодействия пользователя с компьютером.

На сегодняшний  день можно констатировать, что операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между  аппаратурой компьютера и пользователем  с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений

Назначение  операционных систем

Назначение операционной системы можно разделить на четыре основные составляющие:

1.Организация (обеспечение) удобного интерфейса между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера – с другой.

2. Организация эффективного использования ресурсов компьютера. ОС не только представляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является своеобразным диспетчером ресурсов компьютера. К числу основных ресурсов современных вычислительных систем относятся процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители, принтеры, сетевые устройства, и др. Эти ресурсы определяются операционной системой между выполняемыми программами. В отличие от программы, которая является статическим объектом, выполняемая программа – это динамический объект, он называется процессом и является базовым понятием современных ОС.

3. Облегчение  процессов эксплуатации аппаратных  и программных средств вычислительной  системы. Ряд операционных систем  имеет в своем составе наборы  служебных программ, обеспечивающие  резервное копирование, архивацию  данных, проверку, очистку и дефрагментацию  дисковых устройств и др.

Кроме того, современные  ОС имеют достаточно большой набор  средств и способов диагностики  и восстановления работоспособности  системы. Сюда относятся:

- диагностические  программы для выявления ошибок  в конфигурации ОС;

- средства восстановления  последней работоспособной конфигурации;

- средства восстановления  поврежденных и пропавших системных  файлов и др.

4. Возможность  развития. Современные ОС организуются  таким образом, что допускают  эффективную разработку, тестирование  и внедрение новых системных  функций, не прерывая процесса  нормального функционирования вычислительной  системы. Большинство операционных  систем постоянно развиваются  (нагляден пример Windows).

  . 
 
 
 
 

Перечислим  основные функции  операционных систем 

- связь с пользователем  в реальном времени для подготовки  устройств к работе, переопределение  конфигурации и изменения состояния  системы.

- выполнение  операций ввода-вывода; в частности,  в состав операционной системы  входят программы обработки прерываний  от устройств ввода-вывода, обработки запросов к устройствам ввода-вывода и распределения этих запросов между устройствами.

- управление  памятью, связанное с распределением  оперативной памяти между прикладными  программами.

- управление  файлами; основными задачами при  этом являются обеспечение защиты, управление выборкой и сохранение  секретности хранимой информации.

- обработка исключительных  условий во время выполнения  задачи

- появление арифметической  или машинной ошибки, прерываний, связанных с неправильной адресацией  или выполнением привилегированных  команд.

- вспомогательные, обеспечивающие организацию сетей, использование служебных программ и языков высокого уровня.

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. 
 
 

  Мультипрограммирование - это режим обработки данных, при котором ресурсы вычислительной системы предоставляются каждому  процессу из группы процессов обработки  данных, находящихся в ВС, на интервалы  времени, длительность и очередность  предоставления которых определяется управляющей программой этой системы  с целью обеспечения одновременной  работы в интерактивном режиме.

  Дж. фон Нейман разработал архитектуру  принцип архитектуры современных  компьютерных систем.  Все устройства компьютера работают под управлением центрального процессора. Поэтому осуществлял и выполнял и операции ввода/вывода. С введением в состав специальных контроллеров позволило организовать…

  Было  предложено организовать мультипрограммный, мультизадачный режим работы вычислительной системы. Он заключается в том, что пока один вычислительный процесс или задача ожидает завершения очередной операции ввода/вывода, другая задача может быть поставлена на решение.