Концепция и характеристики операционных систем Windows.

Современные ОС Windows — высокопроизводительные, многозадачные и многопотоковые 64-разрядные операционные системы с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями, работающие в защищенном режиме, поддерживающие 16-разрядные приложения без всякой их модификации.

ОС Windows — это интегрированная среда, обеспечивающая обмен текстовой, графической, звуковой и видеоинформацией между отдельными программами.

Основными характеристиками ОС Windows являются:

· 32-разрядная архитектура;

· вытесняющая многозадачность и многопоточность;

· графический пользовательский интерфейс;

· подключение новых периферийных устройств по технологии Plug and Play$

· наличие коммуникационных программных средств (поддержки компьютерных сетей);

· наличие средств мультимедиа;

· интеграция с глобальной сетью Интернет;

 

 

2.1.1.1 Базовая архитектура системы. 32-разрядная архитектура.

Windows NT – второй представитель нового поколения мощных 32-битовых многопотоковых операционных систем. Первой такой ОС была Windows – 95. 32-разрядная ОС способна непосредственно обрабатывать 32-разрядные числа (а не 16-разрядные, как ее предшественники DOS, Windows 3.1, 3.11 и другие) и, что более важно оперировать с 32-разрядными адресами.

Сравнение с пропускной способностью дороги, у которой 8, 16, 32, 64 полосы.

Микропроцессоры ПК, начиная с Intel-386 (далее Intel-486, Intel Pro) стали 32-разрядными, т.е. способными управляться с 32-разрядными кодами, в том числе с 32-разрядными адресами. Так как Windows-3.1,11 не могли работать с 32 разрядами, то возможности этих микропроцессоров использовались неполностью.

Начиная с Windows – 95, отпадает необходимость в сегментной модели памяти. Windows NT также поддерживает плоскую (flat) модель памяти, в рамках которой память никак не структурируется. Ее придется структурировать, только если программные продукты превысят размер 4 Гбайта, так как именно такое адресное пространство обеспечивается 32-разрядным адресом.

Итак, Windows – 95 и Windows NT преодолевают 2 основных ограничения прежних ОС (DOS, Windows 3.1):

1) выполнение операций только над 16-разрядными двоичными числами;

2) использование сегментной модели памяти.

Комментарий.

Непосредственная поддержка операций только над 16-разрядными числами не означает невозможность обработки чисел большей разрядности, скажем 32-разрядных. Но работа с ними требует их дробления на части, выполнения необходимых действий над отдельными частями и последующего объединения частичных результатов в окончательный. Такая техника существенно замедляет обработку данных. При этом на времени исполнения программ сказывается не только необходимость обрабатывать длинные коды чисел по частям, но и потребность в многократном считывании таких кодов из памяти.

Суть сегментной модели памяти заключается в том, что основная память на логическом уровне представлена в видесовокупности сегментов различного, но не превосходящего некоторую величину размера. 16-разрядным кодом можно адресовать только 64 Кбайта памяти, а этого явно недостаточно.

Windows NT – интегрированная среда.

Интегрированная ОС – операционная система, ядро которой загружается в момент включения ПК, и активизируется графический интерфейс.

Вытесняющая многозадачность и многопоточность.

Вытесняющая многозадачность – свойство ОС, самостоятельно в зависимости от внутренней ситуации передавать или забирать управление у того или иного приложения.

Многозадачность увеличивает загрузку микоропроцессора. Даже если работает 1 пользователь, то при выполнении медленных операций ввода-вывода, например, микропроцессор вынужден простаивать. В такие отрезки времени он может выполнять другие задачи.

В Windows 3.х приложения работали в режиме кооперативной многозадачности, т.е. последовательно. Каждое приложение периодически самостоятельно проверяет очередь сообщений, чтобы при необходимости передать управление другому приложению. ОС при этом пассивно наблюдает за этим процессом, не вмешиваясь в него. Приложения, редко проверяющие очередь сообщений, забирают себе практически все процессорное время.

Комментарий. В Windows NT для 32-битовых приложений используется механизм вытесняющей многозадачности, основанный на многопоточности.

Многопоточность – свойство ОС выполнять операции одновременно над потоками нескольких 32-битовых приложений, называемых процессами.

Процесс состоит из потоков.

Поток – это некоторая часть процесса, которой может быть выделено процессорное время для одновременного выполнения наряду с другими потоками того или иного процесса.

32-битовые приложения Windows NT способны порождать или инициировать несколько потоков внутри данного процесса. Каждый процесс состоит как минимум из одного потока. Многопоточное приложение значительно эффективнее в работе, быстрее реагирует на действия пользователя и выполняет многие операции в фоновом режиме.

Распределение времени между приложениями в Windows NT осуществляет ядро операционной системы, а поддержка вытесняющей многозадачности обеспечивает плавное переключение между одновременно выполняемыми процессами и не позволяет одному приложению занять все системные ресурсы.

Технология Plug and Play (включи и работай).

Начиная с Windows 95, в ОС этого семейства широко используется технология Plug and Play, обеспечивающая новые возможности интеграции программных продуктов и аппаратных средств. Они ориентированы на поддержку любого типа устройств, включая мониторы, видеоплаты, принтеры, звуковые карты, модемы, приводы CD-ROM/

Кроме того настройка и конфигурирование ОС, которые можно определить как изменение и уточнение режимов ее работы, а также порядка ее работы для:

1) обеспечения функционирования ОС на ПК с конкретным набором аппаратных средств;

2) адаптации ОС к потребностям пользователя и приложений;

3) повышения эффективности функционирования ОС и производительности ПК в целом.

К радости неквалифицированных пользователей настраивать Windows, начиная с 95-ой версии гораздо проще. Здесь нет необходимости вручную готовить какие-либо файлы конфигурации (CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT не нужны). Некоторые функции унифицированы и вынесены в одно место

Настройка\Панель управления\Свойства системы\Общие …\Быстродействие

Настройка\Панель управления\Устройства

В функциях настройки Windows, начиная с 95-ой, впечатляет, прежде всего то, что она способна распознать конкретное технические средства ПК, после чего учесть в работе их особенности и произвести автонастройку самих устройств. Это и есть результат технологии Plug and Play.

Комментарий.

Технология Plug and Play – это набор спецификаций, предложенных хорошо известными фирмами Microsoft, Compaq, Intel, и Phoenix Technologies с целью автоматизации процесса настройки подключаемых к ПК периферийных устройств. Начиная с Windows 95, пользователю для подключения нового устройства, поддерживающего технологию Plug and Play, достаточно его просто вставить в систему. Перераспределение и настройка системных ресурсов далее происходит автоматически. Например, ПК легко превращается в мультимедийную систему, простым присоединением звуковой платы и привода CD-ROM и последующим запуском Windows 95, 98 или NT.

Раньше этот процесс был очень трудоемким, требовал сложных манипуляций с коммутационными перемычками с целью бесконфликтного задания адресов портов ввода-вывода, номеров линий запроса прерывания, каналов прямого доступа к памяти (DMA) и зон адресного пространства. Теперь же все это не требуется – система справляется с настройкой устройств самостоятельно, одновременно подстраивая и себя – в частности, обеспечивая загрузку требуемых драйверов.

Категория: драйвер = драйвер устройства (device driver) + драйвер ресурсов (например, драйвер расширенной памяти HIMEM.SYS).

Windows 95, 98, NT и последующие версии также поддерживают динамическое реконфигурирование – замену периферийных устройств, выполняемых на платах PC Card, непосредственно в процессе работы без выключения питания (“горячее подключение”). Другой пример динамического изменения конфигурации системы: если в процессе работы от станции отключился портативный компьютер, Windows в этом компьютере автоматически изменяет конфигурацию, настраиваясь на монитор низкого рарешения, отсутствие сетевой платы и большого жесткого диска.

Технология Plug and Play, позволяет также работать с устройствами, не подчиняющимися спецификации Plug and Play, упрощая их настройку и управление оборудованием.

Для корректного обращения с системными ресурсами ОС Windows отслеживает все устройства и выделяемые им ресурсы. Диспетчер устройств Windows позволяет пользователю получать информацию обо всех найденных системой устройствах, изменять при необходимости их конфигурацию. Кроме этого