Лекция: Общие сведения об операционных системах

Современный компьютер или современная компьютерная система состоит из аппаратного обеспечения и программного обеспечения.

Программное обеспечение состоит их двух больших частей:

— Системного программного обеспечения;

— Прикладного программного обеспечения;

Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, которые предназначены для организации диалога пользователя с компьютером и организации работы самого компьютера. Организация всего вычислительного процесса означает рациональное управление ресурсами компьютера в зависимости от некоторого критерия. Управление ресурсами компьютера включает:

— Управление оперативной памятью;

— Управление файловой системой;

— Управление внешними устройствами;

— Управление приложениями, которые выполняются в данный момент времени;

— Защита данных;

Операционная система, в которую включены средства создания приложений, для данной ОC называется операционной средой. Пример Windows, Unix.

По способу организации вычислительного процесса ОС делятся на два больших класса:

— Однопрограммные (однозадачные ОС) – т.е. в оперативной памяти может находиться только одна программа с которой работает процессор;

— Многопрограммные (многозадачные) – т.е. в ОП может находиться одновременно несколько программ, каждая из которых попеременно выполняется на одном процессоре — мультипрограммирование.

История развития ОС – насчитывает около 50 лет

Первый цифровой компьютер – «аналитическая машина» была создана в середине 19 века.

Первые вычислительные машины, появившиеся в 40 – х годах 20 века, работали без ОС и все задачи организации вычислительного процесса решались вручную программистом с пульта управления.

В середине 50 — х годов появились системы пакетной обработки, которые предназначались для управления вычислительным процессом, был разработан формализованный язык управления заданиями. Составлялся пакет заданий, в котором указывалось какие действия и в какой последовательности необходимо выполнить. Для организации ввода – вывода использовались перфокарты и перфоленты, которые вводились в систему по мере завершения программы.

1965 – 1975 годы — IBM / 360 – созданы ОС, в которых реализованы практически все функции современных ОС. Реализовано мультипрограммирование – способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находилось одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре.

Мультипрограммирование реализовано в двух вариантах:

— Системы пакетной обработки

— Системы разделения времени

Мультипрограммные системы пакетной обработки – основная цель максимальная загрузка аппаратуры компьютера. Пока одна программа выполняла операцию ввода – вывода, процессор переключался на выполнение другой программы.

Системы разделения времени (многотерминальные системы) – каждый пользователь работает за своим терминалом, который подключен к одной машине, каждой задаче периодически выделялась доля процессорного времени.

Кроме того, в состав ОС были включены средства, которые позволяли автоматически выбирать следующее задание из пакета, загружать его в освободившиеся место в ОП и запускать его. Пакет заданий загружался на жесткий диск, и можно было добавлять задание по мере поступления. Этот технический прием называется «подкачкой» данных. Был организован спулинг внешних устройств, то есть несколько внешних устройств могли одновременно вводить или выводить данные. Спулинг – совместная периферийная операция в интерактивном режиме (Simultaneous Peripheral Operation On Line).

Кроме больших машин в это время появились мини – компьютеры – PDP / 9, PDP / 11. Для них была разработана ОС UNIX — LINUX.

В начале 70 – х годов появились первые сетевые операционные системы, которые могли организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, связанных между собой.

В начале 80 – х годов появился первый персональный компьютер и ОС MS DOS.

С 90 – х годов все ОС стали сетевыми, то есть выполняет функции обычной ОС и функции взаимодействия по сети с ОС других компьютеров.

На современном этапе развития ОС решаются задачи обеспечения безопасности информации и повышение удобства работы человека с компьютером

Развитие вычислительной техники привело к созданию большого количества операционных систем, различных по своему назначению и возможностям.

По своему функциональному назначению ОС делятся на несколько типов:

Операционные системы мэйнфреймов (больших машин). Мэйнфрейм в настоящее время применяются на крупных вычислительных центров для решения, как правило, сложных вычислительных задач, или обработки большого количества запросов. Например для управления космическими объектами, составление прогноза погоды, обработка данных в банках или отчетов магазинов крупных корпораций. Отличаются от ПК возможностями ввода – вывода, могут иметь десятки или сотни дисков, содержащих терабайты данных. Обработка данных ведется в пакетном режиме без участия пользователя. Начинают использоваться в виде мощных Web – серверов.

Серверные операционные системы – обеспечение работы компьютерных сетей

Операционные системы для персональных компьютеров – ориентированы на широкий класс пользователей, имеют удобный интерфейс – Windows, UNIX, Macintosh.

Многопроцессорные операционные системы. Для увеличения мощности компьютера используется несколько процессоров в одной системе, вычислительный процесс распараллеливается между несколькими процессорами. Требуется специальное программное обеспечение, которое способно разделить задачу на части, обрабатывать части параллельно на отдельном процессоре, затем получить единый результат. Как правило, представляют собой серверную операционную систему со специальными возможностями связи.

Операционные системы реального времени используются для управления технологическими процессами (станки с ЧПУ), движущимися объектами (спутники, роботы). Главный критерий работы – время, ОС должна дать ответ за определенное время или в определенном диапазоне. ОС работает по заранее заданному алгоритму (программе).

Встроенные операционные системы работают на карманных компьютерах (электронные справочники, электронные записные книжки) или технических устройствах, не считающихся компьютерами, например телевизоры, микроволновые печки, мобильные телефоны и т.д. Имеют ограниченный набор функций, ограничения на размер памяти, мощности. Пример Windows CE (Consumer Electronics – бытовая техника)

Операционные системы для смарт-карт – самые маленькие примитивные ОС. Имеют жесткие ограничения по мощности и памяти. Способны управлять, как правило, одной операцией – например электронным платежом. Некоторые смарт — карты могут выполнять апплеты Java — маленькие программы. Из-за необходимости управлять несколькими апплетами возникает многозадачность, необходимость планирования и защиты.

Операционные системы для персональных компьютеров ориентированы на пользователя и предоставляют пользователю возможность работы в интерактивном режиме, как правило, с несколькими приложениями.

Остальные ОС являются специализированными, работают без участия пользователя, либо с пакетом программ, либо по заранее заданной программе.