С какими основными свойствами операционных систем должны быть
Свойства операционной системы
Свойства операционной системы, прежде всего, вытекают из требований предъявляемых к ним, таких как:
Надежность.Операционная система должна быть надежной, как и аппаратура, с которой она взаимодействует. Она должна иметь возможность определения и диагностирования собственных ошибок, а также восстановления работоспособности компьютера после большинства характерных ошибок, происходящих по вине пользователя. Кроме того, ОС должна минимизировать вред, который пользователь может причинить системе своими неправильными действиями.
Защита программ и данных.Операционная система должна защищать выполняемые программы и данные от взаимного влияния их друг на друга.
Предсказуемость.Операционная система должна отвечать на запросы пользователя предсказуемым образом. Результаты выполнения любых команд пользователя должны быть одними и теми же, вне зависимости от последовательности, в которой эти команды посылаются на исполнение.
Удобство. Операционная система должна облегчать работу пользователю, освобождая его от задач по управлению ресурсами ЭВМ и распределению их между программами. Система должна быть спроектирована с учетом основных факторов человеческой психологии.
Эффективность.При распределении ресурсов операционная система должна использовать минимум системных ресурсов для собственных нужд, максимально предоставляя их выполняющимся задачам (программам) пользователя.
Гибкость.ОС должна позволять увеличивать или уменьшать используемые аппаратные ресурсы для того, чтобы улучшать эффективность и скорость работы программ.
Модифицируемость.ОС должна иметь возможность добавления новых функциональных модулей, появляющихся в процессе ее совершенствования.
Ясность.Пользователь может оставаться в неведении относительно механизма внутренних операций ОС, но в то же время должен иметь возможность получения полного отчета о ходе их выполнения Информатика: учебник. Курносов А.П., Кулев С.А., Улезько А.В. и др.; Под ред. А.П. Курносова, стр. 126..
Состав операционной системы и назначение компонент
Важнейшим достоинством большинства ОС является модульность.Это свойство позволяет объединить в каждом модуле определенные логически связанные группы функций. Если возникает необходимость в замене или расширении такой группы функций, это можно сделать путем замены или модификации лишь одного модуля, а не всей системы.
Большинство ОС состоит из следующих основных модулей: базовая система ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System); загрузчик операционной системы (Boot Record); ядро ОС; драйверы устройств; командный процессор; внешние команды (файлы).
Базовая система ввода-вывода (BIOS)- это набор микропрограмм, реализующих основные низкоуровневые (элементарные) операции ввода-вывода. Они хранятся в ПЗУ компьютера и записываются туда при изготовлении материнской платы. Данная система, по сути, «встроена» в компьютер и является одновременно его аппаратной частью и частью операционной системы.
Первая функция BIOS – автоматическое тестирование основных компонентов компьютера при его включении. При обнаружении ошибки на экран выводится соответствующее сообщение и / или выдается звуковой сигнал.
Далее BIOS осуществляет вызов блока начальной загрузки операционной системы, находящейся на диске (эта операция выполняется сразу по окончании тестирования). Загрузив в ОЗУ этот блок, BIOS передает ему управление, а он в свою очередь загружает другие модули ОС.
Еще одна важная функция BIOS – обслуживание прерываний. При возникновении определенных событий (нажатие клавиши на клавиатуре, щелчок мыши, ошибка в программе и т.д.) вызывается одна из стандартных подпрограмм BIOS по обработке возникшей ситуации.
Загрузчик операционной системы- это короткая программа, находящаяся в первом секторе любого загрузочного диска (дискеты или диска с операционной системой). Функция этой программы заключается в считывании в память основных дисковых файлов ОС и передаче им дальнейшего управления ЭВМ.
ЯдроОС реализует основные высокоуровневые услуги, загружается в ОЗУ и остается в ней постоянно. В ядре ОС выделяют несколько подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение той или иной задачи:
– файловая система (отвечает за размещение информации на устройствах хранения);
– система управления памятью (размещает программы в памяти);
– система управления программами (осуществляет запуск и выполнение программ);
– система связи с драйверами устройств (отвечает за взаимодействие с внешними устройствами);
– система обработки ошибок;
– служба времени (предоставляет всем программам информацию о системном времени).
Модуль расширения BIOS придает гибкость операционной системе, позволяя добавлять драйверы, обслуживающие дополнительные устройства.
Драйверытребуются в тех случаях, когда обмен информацией с устройствами должен происходить иначе, чем определено в BIOS. Драйверы устройств – это программы, управляющие работой внешних (периферийных) устройств на физическом уровне. Они дополняют систему ввода-вывода ОС и обеспечивают обслуживание новых устройств или нестандартное использование имеющихся. Они передают или принимают данные от аппаратуры и делают пользовательские программы независимыми от ее особенностей.
Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке операционной системы; необходимость и порядок их загрузки указываются в специальных файлах конфигурации. Такая схема облегчает подключение к машине новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы ОС.
Командный процессор – этопрограмма, функции которой заключаются в следующем:
– прием и синтаксический разбор команд, полученных с клавиатуры или из командного файла;
– исполнение внутренних команд операционной системы;
– загрузка и исполнение внешних команд (реализованных в виде самостоятельных программ) операционной системы и прикладных программ пользователя (файлы с расширением СОМ, ЕХЕ или ВАТ).
Некоторые стандартные команды (TYPE, DIR и другие) командный процессор выполняет сам. Такие команды называются внутренними(как правило, это основные команды работы с файлами и каталогами). Для выполнения внешних команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем и расширением СОМ, ЕХЕ (например, FORMAT.COM), и если находит ее, то загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет ее из памяти. Таким образом, внешние команды ОС-это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов.
В функции командного процессора входит также исполнение командных файлов (это текстовые файлы с набором команд и расширением ВАТ). Когда в качестве команды задается имя такого файла, командный процессор начинает последовательно читать и интерпретировать содержащиеся в нем строки, каждая из которых может содержать одну команду, метку или комментарий. Если в очередной строке стоит команда, осуществляющая вызов какой-то программы, выполнение командного файла приостанавливается и начинается работа вызванной программы. После ее завершения происходит выполнение следующей команды командного файла Информатика: учебник. Курносов А.П., Кулев С.А., Улезько А.В. и др.; Под ред. А.П. Курносова, стр. 131..
Источник
Разновидности программ для компьютеров: системные и прикладные программы, системы программирования
ЛЕКЦИЯ 3. Программные средства ЭВМ
Электронно-вычислительная машина или компьютер, состоит из двух взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов: элек-тронных блоков (аппаратуры) и программного обеспечения.
Программное обеспечение (ПО) – совокупность программ и пра-вил, позволяющая использовать ЭВМ для решения различных за-дач. Программное обеспечение микроЭВМ разделяются ПРИ-КЛАДНОЕ, СИСТЕМНОЕ.
ПРИКЛАДНОЕ программное обеспечение (ППО) – совокуп-ность программ, предназначенных для решения конкретных задач. Прикладное программное обеспечение разрабатывается самим пользователем в зависимости от интересующей его задачи. В неко-торых источниках можно встретить деление прикладного про-граммного обеспечения на кроссовое и тестовое.
КРОССОВОЕ программное обеспечение (КПО) – предназначено для работы с соответствующей микроЭВМ и ее программами, но реализованное на вычислительных машинах других классов (боль-ших или мини-ЭВМ) или на микроЭВМ другого типа.
ТЕСТОВОЕ программное обеспечение (ТПО) – совокупность предназначенных для проверки работоспособности устройств, вхо-дящих в состав микроЭВМ на стадиях ее изготовления, эксплуата-ции и ремонта.
СИСТЕМНОЕ программное обеспечение (СПО) – совокупность программ и языковых средств, предназначенных для поддержания функционирования ЭВМ и наиболее эффективного выполнения его целевого назначения. По функциональному назначению в систем-ном программном обеспечение можно выделить две системы – опе-рационную систему и систему программирования.
ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА (ОС) – комплекс программ, предназначенный для обеспечения определенного уровня эффек-тивности вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и представляемых пользователям услуг. Эту
систему можно рассматривать как программное продолжение и расширения аппаратуры микроЭВМ.
СИСТЕМА ПРОГРАММИРОВАНИЯ (СП) – совокупность языка программирования и соответствующего ему языкового процессора, обеспечивающие автоматизацию отработки и отладки программ. Программные компоненты системы программирования работают под управлением операционной системы наравне с прикладными программами пользователя.
Свойства операционной системы:
1. НАДЕЖНОСТЬ. Операционная система должна быть надеж-на, как и аппаратура на которой работает. Она должна быть в со-стоянии определять и диагностировать ошибки, а также восстанав-ливаться после большинства характерных ошибок, произошедших по вине пользователя. Она должна защищать пользователя от его же собственных ошибок или, по крайней мере, минимизировать вред, который они могут оказать на все программное окружение, нахо-дящиеся в микроЭВМ.
2. ЗАЩИТА. Операционная система должна защищать выпол-няемые задачи от взаимного влияния их друг на друга.
3. ПРЕДСКАЗУЕМОСТЬ. Операционная система должна отве-чать на запросы пользователя предсказуемым образом. Результаты выполнения команд пользователя должны быть одними и теми же вне зависимости от последовательности, в которой эти команды по-сылаются на исполнение (при соблюдении установленных в системе правил).
4. УДОБСТВО. Операционная система предлагается пользовате-лю потому, что она намного облегчает его работу и освобождает его от бремени задач по определению различных ресурсов и задач по управлению этими ресурсами. Система должна быть спроектирова-на с учетом основных факторов человеческой психологии.
5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ. При распределении ресурсов операци-онная система должна максимально повысить использование сис-темных ресурсов пользователем. Сама система не должна использовать большое количество ресурсов, так как эти ресурсы становятся недостаточными для удовлетворения запросов пользователя.
6. ГИБКОСТЬ. Системные операции могут настраиваться для согласования поведения пользователя. Ресурсы могут быть увели-чены (уменьшены) для того, чтобы улучшить эффективность и дос-тупность.
7. РАСШИРЯЕМОСТЬ. В процессе эволюции к операционной системе могут быть добавлены новые программные средства.
8. ЯСНОСТЬ. Пользователь может оставаться в неведении отно-сительно вещей, существующих ниже уровня интерфейсной систе-мы. В тоже время он должен иметь возможность узнать о системе столько, сколько он хочет. В данном случае интерфейсной системой являются правила и функциональные характеристики средств под-ключения и взаимодействия устройств вычислительной машины.
Причиной существования операционных систем являются задачи по распределению ресурсов и задач по управлению этими ресурса-ми. Цель управления ресурсами заключается в том, чтобы добиться эффективного использования ресурсов пользователем, а также ос-вободить пользователя от бремени задач по оперированию ресурса-ми. Под ресурсами микроЭВМ подразумевается следующее: про-цессорное время, оперативная память, периферийные устройства и математическое обеспечение.
ПРОЦЕССОРНОЕ ВРЕМЯ – время доступа к процессору и, сле-довательно, время счета. Большинство задач при вычислении их на ЭВМ тратит половину времени на ожидание завершения операций ввода/вывода. Экономическая необходимость вынуждает разделять ЭВМ между многими пользователями, одновременно работающи-ми. Таким образом, для эффективного использования процессорно-го времени требуется сложный механизм разделения времени – ме-ханизм, использующий одновременную работу центрального про-цессора (ЦП) и устройства ввода/вывода информации.
ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ. Планирование доступа к оператив-ной памяти неотъемлемо от доступа к центральному процессору. Программа может выполняться, если есть доступ к центральному процессору, она оказывается в оперативной памяти и исполняется, а
так_как память дефицитна, система должна использовать ее с мак-симальной эффективностью. Есть много предложений использовать оперативную память между несколькими пользователями. Цель этих предложений: максимально сократить пустые пространства оперативной памяти, возникающие из – за различных объектов и особенностей программ пользователя.
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА. С большинством перифе-рийных устройств в каждый момент времени может работать только один пользователь. Такая работа периферийных устройств может привести к неэффективному их использованию, если время счета программы довольно велико. Устройства с быстрым доступом раз-деляются между пользователями с помощью системы управления файлами. Задержки, возникающие при работе с периферийными устройствами быстрого доступа, вполне удовлетворительны виду скорости этих устройств и в виду интервалов времени между про-граммными запросами ввода/вывода.
Так как большинства мини-ЭВМ имеют по одному ЦП, медлен-ность работы этого устройства может привести к приостановке вы-полнения программ. Для того чтобы этого не было, операционная система обслуживания ввода/вывода включает механизм, который называется СПУЛИНГОМ. Спулинг – процедура автоматической записи на магнитный диск данных, предназначенных для вывода на принтер, и распечатки их по мере готовности последнего.
РЕСУРСЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ – представ-ляют собой доступные пользователю функции, предназначенные для работы с данными и для контроля над выполнением программ. Среди этих ресурсов находятся сервисные программы по управле-нию файлами и по обслуживанию ввода/вывода, программ систем-ного планирования и системные библиотеки.
При рассмотрении операционной системы необходимо остано-вится на типах и составе операционных систем.
Назначение операционной системы – это распределение ресур-сов микроЭВМ. Освободив пользователя от забот по распределе-нию ресурсов, операционная система может обеспечить
функционирование микроЭВМ в одном из трех режимов: однопрограммный; многопрограммный; многозадачный.
МНОГОПРОГРАММНЫЙ РЕЖИМ – МУЛЬТИПРОГРАММ-НЫЙ режим, в котором несколько независимых друг от друга про-грамм выполняют обработку данных одновременно. При этом про-граммы делят ресурсы ЭВМ между собой. Основой мультипро-граммного режима является совмещение во времени работы цен-трального процессора и выполнения операций периферийных уст-ройств. Достоинство этого режима перед однопрограммным режи-мом более эффективное использование ресурсов ЭВМ и повышение ее пропускной способности. Многопрограммный режим возможен только в мультисистеме (системе с несколькими ЦП).
МНОГОЗАДАЧНЫЙ РЕЖИМ – режим мультизадачный, преду-сматривающий параллельное, т. е. одновременное выполнение бо-лее чем одной программы по разным задачам, использующим результат одной задачи как исходные данные для другой, другими словами в операционной системе должны быть средства, позво-ляющие задачам взаимодействовать друг с другом. В отличие от многопрограммного режима, где используется принцип разделения времени между программами, в этом режиме идет параллельное вычисление по всем задачам.
Операционная система является посредником между ЭВМ и пользователем. Операционная система осуществляет анализ запро-сов пользователя и обеспечивает их выполнение. Запрос представ-ляется последовательностью команд на особом языке директив опе-рационной системы.
Операционная система может выполнять запросы в разных ре-жимах, поэтому операционные системы можно разделить на сле-дующие типы:
– операционная система пакетной обработки;
– операционная система разделения времени;
– операционная система реального времени;
– операционная система диалоговая.
ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПАКЕТНОЙ ОБРАБОТКИ – это система, которая обрабатывает пакет заданий, т. е. несколько заданий, подготовленных одним или больше пользователями. Пакет за-даний поступает в ЭВМ и взаимодействие между пользователем и его заданием во время вычислительного процесса невозможно. Данная операционная система может функционировать однопро-граммном и мультипрограммном режимах.
ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА РАЗДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ – обеспечивает одновременное обслуживание многих пользователей, позволяет любому пользователем взаимодействовать со своим зада-нием. Эффект одновременной работы достигается разделением процессорного времени и других ресурсов между несколькими вы-числительными процессами, которые заданны разными пользовате-лями. Операционная система выстраивает очередь из поступающих заданий, выделяет квант времени для доступа к центральному про-цессору каждому заданию согласно очереди. Выполнив первое за-дание, операционная система отсылает его в конец очереди и пере-ходит ко второму и т. д.
ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ – это система, которая гарантирует оперативное выполнение запросов в течение заданного интервала времени. При этом скорость вычисли-тельных процессов в ЭВМ должна согласоваться со скоростью вре-менных процессов, т.е. и ходом реального времени. ЭВМ с данной операционной системой чаще всего работает в однозначном режи-ме.
ДИАЛОГОВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ – предназначе-ны для индивидуального пользования и обеспечивают удобную форму диалога ЭВМ с пользователем через дисплей при вводе и выполнении команд. Функционирует операционная система обычно в однопрограммном режиме.
Независимо от типа операционная система чаще всего состоит из относительно компактного ядра – монитора (супервизора) и на-бора системных программ и данных.
БИБЛИОТЕКА ПРОГРАММ – набор файлов, связанных одним каталогом, в который могут входить объектные модули (програм-мы), макроопределения языка программирования и др.
Источник