Операционная система

Челябинский государственный педагогический университет

Реферат

на тему: «Операционная  система»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Челябинск 2011

Оглавление

Введение 2

Операционная система 3

Функции операционных систем 4

Основные функции: 4

Дополнительные функции: 4

Понятие операционной системы 6

Ядро операционной системы 9

Эволюция операционных систем и основные идеи 10

Существующие операционные системы 13

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Вы когда-нибудь задумывались, как происходит в компьютере обработка команд? Почему - то или иное наше действие вызывает тот или иной результат? Как именно происходит взаимодействие между человеком и компьютером?

Верю, что  задумывались. И вот теперь вам  пора узнать ответ.

Операционная  система— вот так называется первая и самая главная программа, благодаря которой становится возможным общение между компьютером и человеком.

Операционная  система (или, более фамильярно, просто ОС) — это своего рода буфер-передатчик между компьютерным железом и остальными программами. ОС принимает на себя сигналы-команды, которые посылают другие программы, и «переводит» их на понятный машине язык. ОС управляет всеми подключенными к компьютеру устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам. Наконец, третья задача ОС — обеспечить удобство работы с компьютером для человека-пользователя.

Так давайте  же узнаем, что такое операционная система.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Операционная  система

 

Операцио́нная систе́ма, сокр. ОС (англ. operating system) — 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 (см. интерфейс программирования приложений).

В большинстве вычислительных систем ОС являются основной, наиболее важной (а иногда 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).

 

 

 

 

 

Функции операционных систем

Основные функции:

Выполнение по запросу  программ тех достаточно элементарных (низкоуровневых) действий, которые  являются общими для большинства  программ и часто встречаются  почти во всех программах (ввод и  вывод данных, запуск и остановка  других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).

Загрузка программ в оперативную  память и их выполнение.

Стандартизованный доступ к  периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

Управление оперативной  памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).

Управление доступом к  данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в  той или иной файловой системе.

Обеспечение пользовательского  интерфейса.

Сетевые операции, поддержка  стека сетевых протоколов.

 

Дополнительные функции:

Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).

Эффективное распределение  ресурсов вычислительной системы между  процессами.

Разграничение доступа различных  процессов к ресурсам.

Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного  процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа  к ресурсам.

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.

Многопользовательский режим  работы и разграничение прав доступа (см. аутентификация, авторизация).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Понятие операционной системы

 

Существуют две группы определений ОС: «набор программ, управляющих  оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический  смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны  ОС.

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры  содержатся сегодня во многих бытовых  приборах, автомобилях (иногда по десятку  в каждом), сотовых телефонах и  т. п. Зачастую такой компьютер постоянно  исполняет лишь одну программу, запускающуюся  по включении. И простые игровые  приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры  — могут обходиться без ОС, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже»  или компакт-диске. Тем не менее, некоторые микрокомпьютеры и  игровые приставки всё же работают под управлением особых собственных  ОС. В большинстве случаев это UNIX-подобные системы (последнее особенно верно в отношении программируемого коммутационного оборудования: межсетевых экранов, маршрутизаторов).

ОС нужны, если:

вычислительная система  используется для различных задач, причём программы, решающие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и  обмене ими. Из этого следует необходимость  универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве  случаев ОС отвечает на неё реализацией  файловой системы. Современные ОС, кроме  того, предоставляют возможность  непосредственно «связать» вывод  одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;

различные программы нуждаются  в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой  ввод символа с клавиатуры и отображение  его на экране может потребовать  исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы  не программировать их каждый раз  заново, ОС предоставляют системные  библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);

между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в  программе не вызывала тотальных  неприятностей;

необходима возможность  имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет  их поочерёдно различным исполняющимся  программам (процессам);

наконец, оператор должен иметь  возможность так или иначе  управлять процессами выполнения отдельных  программ. Для этого служат операционные среды, одна из которых — оболочка и набор стандартных утилит —  является частью ОС (прочие, такие, как  графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы).

Таким образом, современные  универсальные ОС можно охарактеризовать, прежде всего, как

использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа  к данным),

многопользовательские (с  разделением полномочий),

многозадачные (с разделением  времени).

Многозадачность и распределение  полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой ОС. В составе ОС различают три  группы компонентов:

ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно  управляющие оборудованием; сетевая  подсистема, файловая система;

системные библиотеки;

оболочка с утилитами.

Большинство программ, как  системных (входящих в ОС), так и  прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном  режиме: именно в этом смысле говорят, что ОС (точнее, её ядро) управляет  оборудованием.

В определении состава  ОС значение имеет критерий операциональной  целостности (замкнутости): система  должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ядро  операционной системы

 

Ядро — центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.

 

Как основополагающий элемент  ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа  приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет  такой доступ исполняемым процессам  соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться  в зависимости от типа архитектуры  ядра и способа её реализации.

Объекты ядра ОС:

• Процессы
• Файлы
• События
• Потоки 
• Семафоры
• Мьютексы
• Каналы
• Файлы, проецируемые в память

 

 

 

Эволюция  операционных систем и основные идеи

 

Предшественником ОС следует  считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных  компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х  годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора  с оборудованием, а библиотеки позволяли  избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления  операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).

В 1950—1960-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб  времени, файловые структуры и файловые системы.

Пакетный режим

Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению  концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём ОС может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей  данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.

Разделение времени  и многозадачность

Уже пакетный режим в своём  развитом варианте требует разделения процессорного времени между  выполнением нескольких программ.

Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении  в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с  электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е  годы). Поскольку скорость клавиатурного  ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном»  режиме (с одним оператором) могло  привести к простою дорогостоящих  вычислительных ресурсов.