|
1 Операционные системы
1.1 Назначение операционной системы
Операционная система – важнейшая часть ПК. Существуют операционные системы с различными характеристиками. Единой операционной системы, которая, будучи достаточно дружественной к пользователю, полно удовлетворяла бы все его требования, не существует.
В этом разделе рассматриваются вопросы, связанные с характеристиками различных операционных систем.
Операционная система – комплекс программ, входящих в состав программного обеспечения компьютера, обеспечивающих управление работой аппаратных средств компьютера, обменом данными между различными аппаратными узлами ПК, а также организующих диалог компьютера с пользователем.
Операционная система управляет вычислительным процессом и информационным обменом между оперативной памятью, внешними устройствами и центральным процессором. При параллельной работе процессора, памяти и внешних устройств операционная система обеспечивает разделение ресурсов, чем предотвращает опасность возникновения конфликтов между компонентами вычислительной системы.
Пользователь взаимодействует с ПК через внешний интерфейс, организуемый операционной системой. Он вводит задания и получает результаты их выполнения либо, работая в диалоговом режиме, использует для общения с ПК специальный интерфейс диалога.
Существуют два типа диалоговых интерфейсов – текстовый, как, например, в операционной системе MS DOS, и графический, характерный для семейства операционных систем Windows. В графических интерфейсах информация и команды представляются в виде пиктограмм (значков), и пользователь выполняет те или иные действия, указывая на эти пиктограммы и манипулируя ими определенным образом.
Операционная система получает от пользователя простую директиву, набранную в командной строке. Пользователю операционной системы Windows 98 достаточно выделить соответствующий графический объект, представляющий ту или иную программу, и щелкнуть на нем кнопкой мыши. Каждая программа состоит из цепочки команд, которые вводятся на обработку в центральный процессор. Поступившая на выполнение цепочка команд подробно опишет процессору весь ход вычислительного или обменного процесса и передаст управление какой-либо прикладной программе.
Пользователь не знает всех подробностей обработки и вычислительной деятельности, а получает лишь конкретные конечные результаты.
1.2 О системах программирования
Программы пишутся на алгоритмических языках трех типов: машинном, языке ассемблера и языке высокого уровня.
Программы, написанные на машинном языке, компьютер "понимает" и выполняет без какой-либо промежуточной обработки.
Ассемблерные команды приблизительно соответствуют машинным командам, но записываются в виде символьных цепочек, которые понятнее человеку. Поэтому для предоставления таких команд процессору используется программа-переводчик с одного языка на другой – транслятор. Транслятор программ, написанных на языке ассемблера, называется ассемблером.
Команды языков высокого уровня приближены к категориям, соответствующим логическому мышлению человека, поэтому они также подлежат "переводу" с помощью программ–трансляторов.
1.3 Составные части операционной системы
Наиболее важными частями операционной системы являются файловая система, драйверы внешних устройств, загрузчик, системная библиотека.
Кроме того, в состав операционной системы могут входить такие программы, как текстовые редакторы и редакторы связей, системные мониторы, трансляторы и т.д.
Рассмотрим наиболее важные из них.
1.3.1 Файловая система
Файловая система, являясь одним из основных элементов операционной системы, представляет собой способ организации хранения файлов в дисковой памяти.
Тип файловой системы и организация хранения данных на носителях устройств внешней памяти (накопители на гибких и жестких магнитных дисках) определяют удобство работы пользователя, скорость доступа к файлам, организацию многозадачной работы, возможность создания хороших баз данных.
Существуют различные файловые системы. Например, в операционных системах МS DOS, Windows З.х и Windows 95/98 файловая система FAT (File Allocation Table–таблица размещения файлов) имеет структуру управляющей информации на носителе, включающую загрузчик (BOOT), таблицу размещения файлов (FAT) и корневой каталог (RDA).
В операционной системе OS/2 используется файловая система HPFS (High-Performance File System–высокопроизводительная файловая система), которая не воспринимается DOS. В Windows NT используется файловая система NTFS NT File System–файловая система NT), совместимая с файловыми системами FAT и HPFS.
Файл – это поименованная целостная совокупность данных на диске. Файлы – это программы, тексты, данные или какая-либо иная информация, хранящаяся на диске, которая идентифицируется с помощью уникального имени, позволяющего отличить один файл от другого.
Файл может быть разделен на несколько частей, каждая из которых может храниться на различных участках диска или на различных дисках.
Имя каждого файла и основные сведения о нем хранятся в каталоге (directory), который упрощает поиск и доступ к информации. В операционной системе Windows каталоги называются папками.
Каталог – это специальное место на диске, организованное для хранения имен файлов и сведений о них. Исходный каталог, в состав которого входят все остальные каталоги, называется корневым каталогом.
Каталоги, каждый под своим именем, могут входить в состав другого каталога и т.д. Такие каталоги, или подкаталоги, хранятся наряду с отдельными файлами. Все подкаталоги и файлы входят в состав главного корневого каталога (root directory). Вся эта разветвленная система образует иерархическую древовидную файловую структуру, которую можно представить как оглавление очень большой книги. Любой файл или каталог может быть переименован, прочитан, удален. К файловой системе имеет доступ любая прикладная программа.
FAT32 более эффективно использует дисковое пространство. В FAT 16 таблица размещения файлов разделена на блоки по 16 кб. Если блок используется не полностью, оставшийся объем пропадает. В FAT32 объем блоков–4 кб, поэтому при частичном заполнении блока меньше дискового пространства остается пус¬тым. Кроме того, файловая система FAT16 поддерживает диски разме¬ром лишь до 2 Гб, в то время как FAT32–до 2 Тб.
Жесткий диск с FAT16
Не используется 7Кб
Файл #1 (25 Кб)
7Кб Файл #2 (32 Кб)
16Кб 16Кб 16Кб 16Кб
Жесткий диск с FAT32
Не используется 3Кб
Файл #1 (25 Кб) Файл #2 (32 Кб)
4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб 4Кб
Файловая система NTFS предпочтительна для компьютеров под управлением Windows NT. Однако иногда на том же компьютере нужно использовать другую файловую систему – например, для работы с другой операционной системой (в этом случае хотя бы один раздел диска должен быть отформатирован соответствующей файловой системой). NTFS поддерживается только на компьютерах под управлением Windows NT.
Преимущество NTFS в том, что она может работать с разделами большого размера. Предельный размер файла на разделе NTFS — 16 экзабайт. Это очень много, так например:
1024 Мб = 1Гб (гигабайт) 1024 Гб = 1Т (терабайт)
1024 Тб = 1П6 (петабайт) 1024 Пб = 1Э6 (экзабайт)
Один экзабайт — это чуть больше миллиарда гигабайт. Минимальный размер раздела NTFS — 5 Мб.
При применении файловой системы NTFS необходимо иметь в виду следующее:
- в NTFS встроены средства восстановления после сбоя, поэтому пользователям не нужно запускать утилиту восстановления диска на разделе NTFS;
- на разделе NTFS нельзя восстановить удаленный файл;
- при использовании NTFS значительно уменьшаются потери из-за фрагментации файлов;
- NTFS поддерживает модель защиты Windows NT, поэтому все файлы и каталоги на разделе NTFS можно защищать правами доступа и подвергать аудиту;
- из-за падения производительности не рекомендуется применять NTFS на томах размером менее 400 Мб.
1.3.2 Драйверы внешних устройств
Для управления внешними устройствами предназначены короткие программы – драйверы. Драйвер – это программа операционной системы, обслуживающая отдельное периферийное устройство ПК.
Каждое устройство располагает своим драйвером, реализующим информационный обмен между памятью компьютера и внешним устройством Драйвер должен учитывать все характеристики и элементы конструкции периферийного устройства.
Драйверы стандартных устройств хранятся в микросхеме флэш-памяти BIOS или в микросхемах, смонтирован¬ных на контроллерах устройств ввода-вывода. Драйверы модернизированных или новых устройств представлены отдельными программами, которые при запуске компьютера динамически подключаются к операционной системе.
1.4 Характеристики операционных систем
Различные операционные системы располагают теми или иными возможностями обслуживания компонентов компьютера и организации диалога с пользователем. К числу основных характеристик операционных систем относятся разрядность, поддержка многопроцессорное, многозадачность, многопоточность, поддержка многопользовательского режима
Разрядность операционной системы показывает, какую разрядность внутренней шины данных центрального процессора способна поддерживать операционная система. Разрядность операционной системы говорит о том, с какими программами она будет работать. Все современные операционные системы поддерживают 32-разрядный интерфейс прикладных программ. Разрядность кода интерфейса прикладных программ имеет непосредственное отношение к адресному пространству ОЗУ.
Адресное пространство памяти – это область адресов памяти, распределяемая между отдельными программными модулями операционной системы и данными. Адресное пространство распределяется также между видеопамятью, памятью BIOS, блоком информации защищенного режима работы и т.д.
Операционная система может поддерживать два режима работы центрального процессора – реальный и защищенный. В реальном режиме работы, характерном для операционной системы MS DOS, все программы и данные располагаются в одной области оперативной памяти. Режим разделения адресного пространства, при котором менее приоритетные программы не смогут попасть в область памяти, в которой хранятся более приоритетные программы, и испортить их, называется защищенным.
32-разрядные операционные системы поддерживают защищенный режим работы, который позволяет хранить программы и данные раздельно, в соответствии с их важностью в системе.
Многопроцессорностъ – это способность операционной системы, центрального процессора и системных контроллеров компьютера поддерживать одновременную работу нескольких процессоров. Многопроцессорная операционная система обеспечивает контроль одновременной параллельной работы нескольких процессоров над выполнением одной и той же задачи.
Операционные системы могут быть ориентированы на одновременное обслуживание нескольких процессов (задач). Такое свойство операционных систем называется многозадачностью. Многозадачность могут поддерживать все современные центральные процессоры и чипсеты ПК.
Процесс – это программа или часть программы, выполняемая на центральном процессоре.
Центральный процессор в определенные кванты времени выполняет работу над отдельными фрагментами различных задач. У пользователя же складывается впечатление одновременности их выполнения. Операционная система (ОС) обеспечивает переключение ЦП и других устройств с выполнения одной задачи на другую, распределяет между задачами системные ресурсы, обеспечивает между задачами взаимосвязь и синхронизацию.
Переносимость операционной системы – это возможность операционной системы работать на компьютерах, базирующихся на центральных проц
|
На уровень вверх
Купить