Что относится к функциям операционной системы
Операционная система — что это такое, функции
Операционная система является неотъемлемой частью практически любого сложного компьютерного устройства. Мы видим ее на компьютерах, на смартфонах и даже на телевизорах.
ОС открывает множество возможностей для устройства, на котором она используется. Поэтому довольно важно знать, что она из себя представляет, на что способна и ее назначение.
Прошлый материал был посвящен тому, как сделать значок мой компьютер на рабочем столе Windows 10. Сейчас мы подробно разберем, что такое операционная система, дадим ей определение и рассмотрим зачем она нужна.
Что такое операционная система
Операционная система (ОС, OS) — это целый комплекс программного обеспечения, позволяющее управлять ресурсами устройства, на которое она установлена. Так, ОС полностью управляет всей начинкой/железом компьютера, ноутбука или, к примеру, смартфона. Она позволяет пользователю взаимодействовать с устройством и обеспечивает эффективное распределение вычислительных ресурсов между процессами.
ОС предоставляет разработчикам программного обеспечения простой интерфейс для создания программ, который значительно упрощает разработку. Важно отметить, что программы пишутся исключительно под отдельную OS. Подробно мы уже рассматривали это в материале — программа, что это.
В большинстве устройств именно операционная система является основной частью системного программного обеспечения. И, в зависимости от самой ОС, может предоставлять пользователю разный функционал. А чаще всего, к примеру, Windows позволяет пользователю самому устанавливать программное обеспечение и по желанию расширять возможности/функционал своего компьютера или ноутбука.
На данный момент самыми распространенными являются Windows и Unix, подобные системы, тот же Linux, Mac OS, Android, IOS и другие.
Интересно! Типы ОС мы подробно рассмотрели в материале — виды операционных систем. Там вы найдете всю нужную информацию с иллюстрированными картинками.
Стоит отметить, что не во всех устройствах используются ОС. К примеру, в простой технике она просто не нужна. Это те же магнитолы, простые приставки, кухонная техника. Т.е. в той, где по сути выполняется одна простая программа при включении.
А вот, если уже нужно выполнение нескольких разных программ, единый механизм хранения данных, вариативность и графический интерфейс, то ОС уже необходима.
Ядром операционной системы называется самая важная ее часть, которая управляет выполнением процессов и всеми ресурсами компьютера/устройства. Оно предоставляет запускаемым процессам доступ к этим ресурсам и координирует их работу.
Назначение операционной системы
Выделим два главных назначения, зачем она вообще нужна на компьютере, смартфоне или другом сложном компьютерном устройстве.
1. Управление всей начинкой/железом устройства. Обеспечивает его работу, взаимосвязь, контролирует все процессы.
2. Позволяет пользователю взаимодействовать с устройством на понятном ему языке. В зависимости от устройства, тип взаимодействия может отличаться. Современные OS обладают графической оболочкой и предоставляют управление разными способами.
Благодаря ОС у нас есть возможность вообще пользоваться различными девайсами и компьютерами, устанавливать на них программы и приложения.
Функции операционной системы
Функции ОС зависят от того, какие возможности вложили в нее разработчики и от установленного железа в устройстве/компьютере. Но есть самые основные, присущие всем ОС:
Также есть и множество дополнительных функций, которые уже зависят от типа ОС. К примеру, многопользовательский режим, сетевые операции или режим защиты.
Немного истории появления операционных систем
С появлением первых компьютеров, операторы оборудования для выполнения определенных операций вводили команды/код на машинном языке. Это были довольно длинные и сложные строчки кода, которые приходилось каждый раз вводить вручную.
Чтобы минимизировать их и упростить обращение с ПК, разрабатывались специальные служебные программы и библиотеки к ним. Так, у операторов появилась возможность избавиться от многократного ввода одних и тех же длинных строчек кода, за счет запуска этих программ. Это были 1 940-е года, именно эти служебные программы и принято считать предшественниками нынешних операционных систем.
Нужен был полноценный комплекс программного обеспечения, который позволял пользователю управлять компьютером максимально просто и значительно увеличивал бы эффективность работы. Так, уже в 1 950 годах были сформированы идеи, которые будут определять функционал будущих ОС. Это:
Первые ОС, типа MS-DOS не обладали графическим интерфейсом и использовались в большинстве своем только узким кругом лиц. С появлением же первой Windows в 1 985 году все изменилось, ею было удобно пользоваться, она была с графическим интерфейсом. Именно тогда компьютеры и стали набирать популярность.
Интересно! Первой самой популярной операционной системой в мире стала Windows 95. А сейчас это место принадлежит Windows 10.
В заключение
Эта была основная информация по этой теме, которую необходимо знать. С развитием технологий, они будут меняться и улучшаться, но одно ясно точно — эта часть IT индустрии не исчезнет никогда.
Операционные системы, их функции.
Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны. Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера — на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.
Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Она 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.
Операционная система, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, с другой стороны, предназначена для эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.
Основные функции операционных систем:
• Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение.
• Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
• Управление оперативной памятью (распределение между процессами, виртуальная память).
• Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, компакт-диск и т. д.), организованным в той или иной файловой системе.
• Сетевые операции, поддержка стека протоколов.
•Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
•Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
• Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
• Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).
В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами. В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают четыре основных класса операционных систем:
• однопользовательские однозадачные, которые поддерживают одну клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей;
• однопользовательские однозадачные с фоновой печатью, которые позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу, ориентированную, как правило, на вывод информации на печать. Это ускоряет работу при выдаче больших объёмов информации на печать;
• однопользовательские многозадачные, которые обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач. Например, к одному компьютеру можно подключить несколько принтеров, каждый из которых будет работать на «свою» задачу;
• многопользовательские многозадачные, позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти операционные системы очень сложны и требуют значительных машинных ресурсов.
Наиболее распространенными операционными системами являются:
• Mac OS – операционная система корпорации Apple.
• OS/2 — операционная система фирмы IBM.
Назначение и основные функции операционных систем.
Назначение и основные функции
операционных систем.
К системному программному обеспечению относят такие программы, которые являются общими, без которых невозможно выполнение или создание других программ, операционные системы (ОС) относят к этим программам.
Системное программное обеспечение – это те программы и комплексы программ, которые являются общими для всех пользователей технически средств компьютера. Системное программное обеспечение делится на пять основных групп:
— системы управления файлами;
— интерфейсные оболочки, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с операционной системой, и различные программные среды;
На сегодняшний день операционная система 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. Любой программный продукт работает под управлением ОС. Ни один из компонентов программного обеспечения, за исключением самой ОС, не имеет непосредственного доступа к аппаратуре компьютера. Пользователи со своими программами также взаимодействуют через интерфейс ОС. Любые команды, прежде чем попасть в прикладную программу, сначала проходят через ОС.
Основные функции ОС:
— Прием от пользователя (или оператора) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка. Задания могут передаваться в виде текстовых команд оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (клавиатура, мышь). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами, и иные команды;
— Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ;
— Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти;
— Инициализация программы (передача ей управления) и выполнение процессором программы;
— Идентификация всех программ и данных;
— Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений. ОС умеет выполнять очень большое количество системных функций, которые могут быть запрошены из выполняющейся программы. Обращение к этим сервисам осуществляется по соответствующим правилам, которые и определяют интерфейс прикладного программирования этой ОС;
— Обслуживание всех операций ввода-вывода;
— Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения;
— Обеспечение режима мультипрограммирования, т.е. обеспечение одновременной работы многих пользователей или многих программ;
— Планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания;
— Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;
— Для сетевых ОС характерной является функция обеспечения взаимодействия связанных между собой компьютеров;
— Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой ОС от исполняющихся на компьютерных приложений;
— Аутентификация и авторизация пользователей. Под аутентификацией понимается процедура проверки имени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи;
— Удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени;
— Обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы;
— Предоставление услуг на случай частичного сбоя системы;
— Распределение памяти, организация виртуальной памяти.
Файловые системы. Назначение систем управления файлами – организация более удобного доступа к данным, организованным как файлы. Благодаря системам управления файлами (они могут быть разными) вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной записи появилась возможность использовать логический доступ с указанием имени файла и записи в нем.
Любая система управления файлами (СУФ) не существует сама по себе – она разработана для работы в конкретной операционной системе и может работать с конкретной файловой системой.
СУФ выделяется в отдельную категорию программного продукта, т.к. некоторые ОС могут работать с несколькими файловыми системами, причем либо с одной из них, либо сразу с несколькими одновременно. Любая файловая система разработана для работы в конкретной ОС.
Файл – набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Для их управления создаются соответствующие системы управления файлами. Файл рассматривается пользователями и приложениями как единое целое. Обращение к нему осуществляется по имени, которое должно быть уникальным. Ограничение доступа осуществляется на уровне файла. Пользователь может быть допущен к работе с файлом или лишен такой возможности. В сложных системах (не рассматриваемых нами) управление доступом осуществляется на уровне записи, а иногда на уровне поля записи.
Не следует путать понятия файловая система и база данных. База данных представляет собой набор связанных между собой данных. База данных спроектирована специально для использования большим количеством различных приложений. Обычно база данных служит для какого-то конкретного проекта, например, содержит совокупность данных научного исследования. Обычно разрабатывается отдельная система управления базой данных (СУБД). Изучение СУБД составят отдельный курс программы.
Файловая система определяет способ организации данных на диске или ином носителе (CD). Для каждой ОС разрабатывается своя файловая система, например, FAT32, которая реализована на абсолютном большинстве ОС, работающих на ПК.
Лекция по информатике на тему: «Операционные системы: определение, состав, функции, типы, место в составе программного обеспечения ЭВМ. Оболочки операционных систем».
«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Раздел 1. Информатика
Операционные системы: определение, состав, функции, типы, место в составе программного обеспечения ЭВМ. Оболочки операционных систем.
Операционная система – комплекс программ, обеспечивающих управление аппаратными и программными ресурсами компьютера, а также осуществляющих диалог пользователя и ЭВМ.
ОС имеет три основных функции:
диспетчерские – координация работы всех аппаратных устройств компьютера, таких, как память, принтеры, диски и т.д., Сюда входит распределение и освобождение оперативной памяти ЭВМ, слежение за использованием процессорного времени, проверка готовности того или иного устройства ЭВМ, включенного в обработку текущей задачи.
сервисные – организация хранения файлов на всевозможных носителях (дискеты, жесткие диски, оптические диски, кассеты), выполнение операций с файлами (копирование, переименование, архивирование и т.д.)
функция обработчика прерываний – слежение за сбоями аппаратного обеспечения, прерывание работы программы при обнаружении ошибок, их анализ и возможное устранение.
Помимо этого, к функциям ОС можно отнести:
определение интерфейса пользователя;
обеспечивание разделение аппаратных ресурсов между пользователями;
предоставление возможность работ с общими данными;
планирование доступа к общим ресурсам;
эффективное использование операций ввода-вывода;
Состав ОС, ее основные компоненты:
Однопрограммные (однозадачные) ОС и многопрограммные (многозадачные) ОС.
Консольные (для автономных ПК) и сетевые (поддерживают работу ПК в сети) ОС.
ОС с командным ( MS DOS ) и графическим интерфейсом ( Windows ).
Многопроцессорные ОС (поддерживают работу нескольких процессоров).
Место ОС в составе программного обеспечения ЭВМ:
Программное обеспечение ( Software ) – совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов. Системное ПО ( System Software ) – совокупность программ и программных комплексов для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ. Базовое ПО ( Base Software ) – минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.
Операционные оболочки ( shell ) – специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы.
Оболочки ОС модифицируют только пользовательский интерфейс, повышая его уровень (в основном за счет «меню» и использования функциональных клавиш), а также предоставляя дополнительные возможности пользователю.
Интерфейс ( interface ) – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие.
Аппаратный интерфейс определяет тип стыка, уровни сигналов и другие параметры канала связи. Программный интерфейс определяет совокупность допустимых процедур или операций, список общих областей памяти или других объектов. Пользовательский интерфейс – программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или ЭВМ, определяет внешний вид программного продукта.
Оболочки ОС предоставляют пользователю качественно новый интерфейс, по сравнению с предоставляемым ОС, который освобождает пользователя-непрофессионала от знания ОС.
Эти программные комплексы существенно упрощают задание общеупотребительных действий и предлагают пользователю дополнительные услуги. Тем не менее, пользователю-профессионалу приходится изучать соответствующий интерфейс ОС, так как существующие оболочки не могут его полностью заменить.
Большинство распространенных оболочек ОС, обладающих универсальностью предоставляемого интерфейса, обеспечивают:
работу с файлами и каталогами, в том числе:
а) манипулирование файлами (создание, копирование, переименование, удаление и быстрый поиск по заданному образцу);
б) выдачу и смену характеристик файлов (времени, даты создания, размера, прав доступа и т.п.);
в) выдачу содержимого каталогов в естественном порядке, а также в отсортированном по определенному критерию виде (по имени файла, расширению, дате и времени создания или размеру);
г) выдачу части (фильтрацию) содержимого каталогов в соответствии с образцом составного имени файла;
д) сравнения содержимого каталогов;
e) выдачу файловой структуры в виде дерева;
ж) манипулирование каталогами (создание, удаление, переименование, иногда – копирование и пересылку каталогов);
просмотр как текстовых файлов (в формате ASCII ), так и файлов, подготовленных в специальных форматах различными популярными системными и прикладными программными продуктами. Для этого используются соответствующие программы просмотра (визуализаторы);
редактирование текстовых файлов встроенным или внешним текстовым редактором;
создание пользовательских меню для упрощения запуска часто используемых системных и прикладных программ;
выдачу сведений о размещении информации на дисках (например, о степени его занятости), а также об ОЗУ;
доступ к пользовательскому интерфейсу ОС, в частности, для запуска на выполнение системных и прикладных программ;
освобождение большей части занимаемой памяти при запуске внешней программы (в ОЗУ остается лишь небольшое резидентное ядро) и автоматическое восстановление состояния оболочки после завершения выполнения этой программы.
Возможна реализация и других дополнительных функций. Для всех оболочек характерна та или иная степень защиты от ошибок пользователя. Это может, например, уменьшить вероятность случайного удаления файлов. Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты пользовательского интерфейса.
Наиболее популярны следующие виды текстовых оболочек ОС MS DOS :
Norton Commander 5.0
Наиболее популярными из графических оболочек ОС MS DOS являлись:
Windows 3.11 for WorkGroup ( для рабочих групп )
Данные операционные оболочки позволяют изменить среду взаимодействия пользователя с компьютером, расширяют набор основных и сервисных функций. Впоследствии данные операционные оболочки были заменены графической операционной системой Windows 95.
ГЛАВА 1. Основные функции операционных систем
Введение
Для более полного понимания роли ОС рассмотрим основные составные компоненты любой вычислительной системы. Во-первых, это аппаратное обеспечение (в англоязычных странах принято называть словом hardware): процессор, память, монитор, дисковые устройства и т.д. Во-вторых, вычислительная система состоит из программного обеспечения. Все программное обеспечение принято делить на две части: прикладное и системное. К прикладному программному обеспечению, как правило, относятся разнообразные банковские и прочие бизнес-программы, игры, текстовые процессоры и т. п. Под системным программным обеспечением обычно понимают программы, способствующие функционированию и разработке прикладных программ.
ГЛАВА 1. Основные функции операционных систем
Операционная система (ОС) должна выполнять следующие функции:
— обеспечивать загрузку пользовательских программ и их выполнение (за исключением операционных систем, прошиваемых в ПЗУ);
Программы пользователя выполняются на компьютере под управлением системного программного обеспечения, реализованного в виде операционной системы (ОС). ОС выполняет достаточно много функций, из которых наиболее важными для системного программиста являются:
1) управление файлами. ОС поддерживает структуру файлов и папок (файловая система) на дисках компьютера. Это физический уровень хранения информации. Прикладные программы создают, изменяют информацию в файлах, но ОС управляет их размещением в дисковой памяти;
2) ввод/вывод информации. Прикладные программы запрашивают ввод исходных данных у системы и предоставляют результаты обработки системе с помощью прерываний. Низкоуровневые операции ввода/вывода (канальные программы) ОС выполняет без вмешательства программиста;
3) загрузка программ. Когда пользователь или прикладная программа запрашивают выполнение другой программы, загрузчик (ОС) выполняет последовательность шагов, описываемую ниже, для получения доступа к программе на диске, размещения ее в оперативной памяти и начала выполнения;
4) управление памятью. Когда загрузчик размещает программу в оперативной памяти, он выделяет достаточный объем памяти для кода программы и ее данных. Программы могут обрабатывать данные в первоначально зарезервированной области, могут освобождать ненужную память или запрашивать дополнительную память. Конкретные физические адреса оперативной памяти определяются ОС без вмешательства программиста;
5) обработка прерываний. ОС позволяет прикладным программам получать доступ к внешним устройствам посредством прерываний – специальных команд, включаемых в прикладную программу.
— обеспечивать управление памятью. Эта функция обеспечивает получение программой памяти и управление системными ресурсами;
Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Распределению подлежит вся оперативная память, не занятая операционной системой. Обычно ОС располагается в самых младших адресах, однако может занимать и самые старшие адреса. Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.
Существует пять требований к управлению памятью:
В многозадачной системе доступная память разделяется множеством процессов. Эти процессы могут многократно выгружаться и вновь загружаться в основную память. Требование, чтобы выгруженная из памяти программа была вновь загружена в то место, в котором она находилась до выгрузки, является слишком большим ограничением. Желательно, чтобы программа была перемещена в другую область памяти. В связи с этим возникает необходимость в создании определенных требований к адресации. Процессор и программное обеспечение должны быть способны перевести ссылки в коде программы в реальные физические адреса, соответствующие текущему расположению программы в основной памяти.
Требование защиты также связано с возможностью выполнения одновременно нескольких процессов. Каждый процесс должен быть защищен от нежелательного воздействия других процессов. Поэтому код одного процесса не должен иметь возможности без разрешения обращаться к данным другого процесса. Требования защиты памяти должны быть удовлетворены на уровне аппаратного обеспечения, а не на уровне операционной системы, так как операционная система не в состоянии предвидеть все обращения к памяти, которые выполнит программа.
Механизм защиты должен быть гибким и обеспечивать возможность нескольким процессам обращаться к одной и той же области оперативной памяти. Процессам может потребоваться, например, совместный доступ к одним и тем же структурам данных. Система управления памятью должна обеспечивать управляемый доступ к разделяемым областям памяти.
Большинство программ организовано в виде модулей. Если ОС и аппаратное обеспечение компьютера могут эффективно работать с пользовательскими программами и данными, представленными в виде модулей, это обеспечивает ряд преимуществ.
Память компьютера разделяется, как минимум, на два уровня: основная и вторичная. Вторичная память медленнее и дешевле основной и обычно энергонезависима. Следовательно, вторичная память большой емкости может служить для долговременного хранения программ и данных, а основная память меньшей емкости – для хранения программ и данных, использующихся в текущий момент. В такой структуре основная проблема – организация потоков информации между основной и вторичной памятью. Эта задачу должна выполнять операционная система.
— обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти (жесткие диски, магнитные ленты, оптические диски и т.п.). В этом случае ОС структурирует пользовательские данные в виде файловых систем;
Структуры данных
1. Линейные структуры (списки, вектора). Обычные списки. Адрес каждого элемента однозначно определяется его номером. Если все элементы списка имеют равную длину – вектора данных.
3. Иерархические структуры. Используются для представления нерегулярных данных. Адрес – определяется маршрутом – от вершины дерева. Файловая система – компьютера. (Маршрут может превысить – величину данных, дихотомия – всегда два разветвления – влево и вправо).
Упорядочение структур данных. Основной способ – сортировка! При добавлении нового элемента в упорядоченную структуру – возможно изменения адреса у существующих. Для иерархических структур – индексация – каждому элементу уникальный номер – который далее используется в сортировке и поиске.
· последовательность произвольного числа байтов;
· уникальное собственное имя (фактически – адрес);
· данные одного типа – тип файла.
Структура файлов. Файл представляет совокупность блоков данных, размещенных на внешнем носителе. Для произведения обмена с магнитным диском на уровне аппаратуры нужно указать номер цилиндра, номер поверхности, номер блока на соответствующей дорожке и число байтов, которое нужно записать или прочитать от начала этого блока. Поэтому во всех файловых системах явно или неявно выделяется некоторый базовый уровень, обеспечивающий работу с файлами, представляющими набор прямо адресуемых в адресном пространстве блоков.