Назначение и основные функции

НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ

ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.

Операционная система - это комплекс программ, обеспечивающих:

* управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

* управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

* пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд - операций по обработке информации.

Такое определение операционной системы уже апеллирует к ее функциям, поэтому рассмотрим эти функции подробнее.

Операционные системы - наиболее машинно-зависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или, как еще говорят, обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.

В той мере, в какой это необходимо для понимания функций операционных систем, аппаратную часть компьютера можно представлять себе состоящей из следующих элементов:

* центрального процессора, имеющего определенную архитектуру (структуру регистров, набор и форму представления команд, формат обрабатываемых данных и т.д.) и характеризующегося производительностью, т.е. количеством простейших операций, выполняемых в единицу времени, а также другими качествами;

* оперативной памяти, характеризующейся емкостью (объемом) и скоростью обмена данными (прежде всего с центральным процессором);

* периферийных устройств, среди которых имеются

* устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер и др.);

* устройства вывода (дисплей, принтер, графопостроитель и др.);

* внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и оптических дисков, устройства для работы с лентами и др.);

* мультимедийные устройства.

Все эти аппаратные устройства обобщенно называют ресурсами компьютера.

В сравнении с оперативной памятью внешние запоминающие устройства обладают практически неограниченной емкостью. Так, емкость встроенного накопителя персональных компьютеров - винчестера - обычно в 50-100 раз больше объема оперативной памяти. Для других устройств - накопителей на гибких магнитных дисках и оптических дисках - используются сменные носители информации, однако время доступа к информации на внешних запоминающих устройствах значительно больше, чем к информации в оперативной памяти (в тысячи раз). Медленнее, чем центральный процессор, работают и устройства ввода - вывода.

За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. Так, первые операционные системы были однопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройств компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства.

По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся однопользовательскими.

Такие операционные системы обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. Так, например, одно задание может выполнять ввод данных, другое - выполняться центральным процессором, третье - выводить данные, четвертое - стоять в очереди. Важнейшее техническое решение, обусловившее такие возможности, - появление у внешних устройств собственных процессоров (контроллеров).

При многозадачном режиме

* в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;

* время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором;

* параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

Суть режима разделения времени состоит в следующем. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом. Если интервал мультиплексирования достаточно мал (~200 мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (~10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, так как они сравнимы со временем реакции человека.

Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Работа в фоновом режиме реального времени аналогична работе секретаря руководителя. Секретарь занимается текущими делами до тех пор, пока начальник не дал срочное поручение.

Помимо рассмотренных режимов организации вычислительного процесса, все большее распространение получает схема, при которой ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления. Поскольку определяющим фактором являются реально поступающие от объекта управления данные, такой режим называют режимом реального времени, а его организация возлагается на специализированную операционную систему.

Остановимся на некоторых понятиях, важных для понимания принципов функционирования всех операционных систем (ОС).

Понятие процесса играет ключевую роль и вводится применительно к каждой программе отдельного пользователя. Управление процессами (как целым, так и каждым в отдельности) - важнейшая функция ОС. При исполнении программ на центральном процессоре следует различать следующие характерные состояния (рис. 1):

* порождение - подготовку условий для исполнения процессором;

* активное состояние (или «Счет») - непосредственное исполнение процессором;

* ожидание - по причине занятости какого-либо требуемого ресурса;

* готовность - программане исполняется, но все необходимые для исполнения программы ресурсы, кроме центрального процессора, предоставлены;

* окончание - нормальное или аварийное завершение исполнения программы, после которого процессор и другие ресурсы ей не предоставляются.

Рис. 1. - Граф состояний переходов процесса из одной фазы в другую

Понятие «ресурс» применительно к вычислительной технике следует понимать как функциональный элемент вычислительной системы, который может быть выделен процессу на определенный промежуток времени. Наряду с физическими ресурсами - реальными устройствами ЭВМ - средствами современных операционных систем могут создаваться и использоваться виртуальные (воображаемые) ресурсы, являющиеся моделями физических. По значимости виртуальные ресурсы - одна из важнейших концепций построения современных ОС. Виртуальный ресурс представляет собой модель некоего физического ресурса, создаваемую с помощью другого физического ресурса. Например, характерным представителем виртуального ресурса является оперативная память. Компьютеры, как правило, располагают ограниченной по объему оперативной памятью (физической). Функционально ее объем может быть увеличен путем частичной записи содержимого оперативной памяти на магнитный диск. Если этот процесс организован так, что пользователь воспринимает всю расширенную память как оперативную, то такая «оперативная» память называется виртуальной.

Наиболее законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины, являющееся исходным при программировании на языках высокого уровня, например Паскале. Виртуальная машина есть идеализированная модель реальной машины, изолирующая пользователя от аппаратных особенностей конкретной ЭВМ, воспроизводящая архитектуру реальной машины, но обладающую улучшенными характеристиками:

* бесконечной по объему памятью с произвольно выбираемыми способами доступа к ее данным;

* одним (или несколькими) процессами, описываемыми на удобном для пользователя языке программирования;

* произвольным числом внешних устройств произвольной емкости и доступа.

Концепция прерываний выполнения программ является базовой при построении любой операционной системы. Из всего многообразия причин прерываний необходимо выделить два вида: первого и второго рода. Системные причины прерываний первого рода возникают в том случае, когда у процесса, находящегося в активном состоянии, возникает потребность либо получить некоторый ресурс или отказаться от него, либо выполнить над ресурсом какие-либо действия. К этой группе относят и, так называемые, внутренние прерывания, связанные с работой процессора (например, арифметическое переполнение или исчезновение порядка в операциях с плавающей запятой). Системные причины прерывания второго рода обусловлены необходимостью проведения синхронизации между параллельными процессами.

При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:

* восприятие запроса на прерывание;

* запоминание состояния прерванного процесса, определяемое значением счетчика команд и других регистров процессора;

* передача управления прерывающей программе, для чего в счетчик команд заносится адрес, соответствующий данному типу прерывания;

* обработка прерывания;

* восстановление прерванного процесса.

В большинстве ЭВМ первые три этапа реализуются аппаратными средствами, а остальные - блоком программ обработки прерываний операционной системы.

В настоящее время используется много типов различных операционных систем для ЭВМ различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих операционных систем можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как оперативная память и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ. Такие программы называют резидентными. К резидентным относят также и программы-драйверы, управляющие работой периферийных устройств.

Важной частью ОС является командный процессор - программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС. Кроме того, к операционной системе следует относить богатый набор утилит - обычно небольших программ, обслуживающих различные устройства компьютера (например, утилита форматирования магнитных дисков, утилита восстановления необдуманно удаленных файлов и т.д.).

ВИДЫ ИНТЕРФЕЙСОВ

 

Интерфейс - это, прежде всего, набор правил. Как любые правила, их можно обобщить, собрать в "кодекс", сгруппировать по общему признаку. Таким образом, мы пришли к понятию "вид интерфейса" как объединение по схожести способов взаимодействия человека и компьютеров. Вкратце можно предложить следующую схематическую классификацию различных интерфейсов общения человека и компьютера.

Современными видами интерфейсов являются:

1) Командный интерфейс. Командный интерфейс называется так по тому, что в этом виде интерфейса человек подает "команды" компьютеру, а компьютер их выполняет и выдает результат человеку. Командный интерфейс реализован в виде пакетной технологии и технологии командной строки.

2) WIMP - интерфейс (Window - окно, Image - образ, Menu - меню, Pointer - указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью команд, а с помощью графических образов - меню, окон, других элементов. Хотя и в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается "опосредственно", через графические образы. Этот вид интерфейса реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и "чистый" WIMP - интерфейс.

3) SILK - интерфейс (Speech - речь, Image - образ, Language - язык, Knowlege - знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный "разговор" человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму. Этот вид интерфейса наиболее требователен к аппаратным ресурсам компьютера, и поэтому его применяют в основном для военных целей.

^

Командный интерфейс

Пакетная технология. Исторически этот вид технологии появился первым. Она существовала уже на релейных машинах Зюса и Цюзе (Германия, 1937 год). Идея ее проста: на вход компьютера подается последовательность символов, в которых по определенным правилам указывается последовательность запущенных на выполнение программ. После выполнения очередной программы запускается следующая и т.д. Машина по определенным правилам находит для себя команды и данные. В качестве этой последовательности может выступать, например, перфолента, стопка перфокарт, последовательность нажатия клавиш электрической пишущей машинки (типа CONSUL). Машина также выдает свои сообщения на перфоратор, алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), ленту пишущей машинки. Такая машина представляет собой "черный ящик" (точнее "белый шкаф"), в который постоянно подается информация и которая также постоянно "информирует" мир о своем состоянии (см. рисунок 1) Человек здесь имеет малое влияние на работу машины - он может лишь приостановить работу машины, сменить программу и вновь запустить ЭВМ. Впоследствии, когда машины стали помощнее и могли обслуживать сразу нескольких пользователей, вечное ожидание пользователей типа: "Я послал данные машине. Жду, что она ответит. И ответит ли вообще? " - стало, мягко говоря, надоедать. К тому же вычислительные центры, вслед за газетами, стали вторым крупным "производителем" макулатуры. Поэтому с появлением алфавитно-цифровых дисплеев началась эра по-настоящему пользовательской технологии - командной строки.

Рис.2. Вид большой ЭВМ серии ЕС ЭВМ
Технология командной строки. При этой технологии в качестве единственного способа ввода информации от человека к компьютеру служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью алфавитно-цифрового дисплея (монитора). Эту комбинацию (монитор + клавиатура) стали называть терминалом, или консолью. Команды набираются в командной строке. Командная строка представляет собой символ приглашения и мигающий прямоугольник - курсор. При нажатии клавиши на месте курсора появляются символы, а сам курсор смещается вправо. Это очень похоже на набор команды на пишущей машинке. Однако, в отличие от нее, буквы отображаются на дисплее, а не на бумаге, и неправильно набранный символ можно стереть. Команда заканчивается нажатием клавиши Enter (или Return) После этого осуществляется переход в начало следующей строки. Именно с этой позиции компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Затем процесс повторяется. Технология командной строки уже работала на монохромных алфавитно-цифровых дисплеях. Поскольку вводить позволялось только буквы, цифры и знаки препинания, то технические характеристики дисплея были не существенны. В качестве монитора можно было использовать телевизионный приемник и даже трубку осциллографа.

Обе эти технологии реализуются в виде командного интерфейса - машине подаются на вход команды, а она как бы "отвечает" на них.

Преобладающим видом файлов при работе с командным интерфейсом стали текстовые файлы - их и только их можно было создать при помощи клавиатуры. На время наиболее широкого использования интерфейса командной строки приходится появление операционной системы UNIX и появление первых восьмиразрядных персональных компьютеров с многоплатформенной операционной системой CP / M.

^

Графический интерфейс

Как и когда появился графический интерфейс? Его идея зародилась в середине 70-х годов, когда в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center (PARC) была разработана концепция визуального интерфейса. Предпосылкой графического интерфейса явилось уменьшение времени реакции компьютера на команду, увеличение объема оперативной памяти, а также развитие технической базы компьютеров. Аппаратным основанием концепции, конечно же, явилось появление алфавитно-цифровых дисплеев на компьютерах, причем на этих дисплеях уже имелись такие эффекты, как "мерцание" символов, инверсия цвета (смена начертания белых символов на черном фоне обратным, то есть черных символов на белом фоне), подчеркивание символов. Эти эффекты распространились не на весь экран, а только на один или более символов. Следующим шагом явилось создание цветного дисплея, позволяющего выводить, вместе с этими эффектами, символы в 16 цветах на фоне с палитрой (то есть цветовым набором) из 8 цветов. После появления графических дисплеев, с возможностью вывода любых графических изображений в виде множества точек на экране различного цвета, фантазии в использовании экрана вообще не стало границ! Первая система с графическим интерфейсом 8010 Star Information System группы PARC, таким образом, появилась за четыре месяца до выхода в свет первого компьютера фирмы IBM в 1981 году. Первоначально визуальный интерфейс использовался только в программах. Постепенно он стал переходить и на операционные системы, используемых сначала на компьютерах Atari и Apple Macintosh, а затем и на IBM - совместимых компьютерах.

С более раннего времени, и под влиянием также и этих концепций, проходил процесс по унификации в использовании клавиатуры и мыши прикладными программами. Слияние этих двух тенденций и привело к созданию того пользовательского интерфейса, с помощью которого, при минимальных затратах времени и средств на переучивание персонала, можно работать с любыми программным продуктом. Описание этого интерфейса, общего для всех приложений и операционных систем, и посвящена данная часть.

^

WIMP – интерфейс

Вторым этапом в развитии графического интерфейса стал "чистый" интерфейс WIMP, Этот подвид интерфейса характеризуется следующими особенностями.

1. Вся работа с программами, файлами и документами происходит в окнах - определенных очерченных рамкой частях экрана.

2. Все программы, файлы, документы, устройства и другие объекты представляются в виде значков - иконок. При открытии иконки превращаются в окна.

3. Все действия с объектами осуществляются с помощью меню. Хотя меню появилось на первом этапе становления графического интерфейса, оно не имело в нем главенствующего значения, а служило лишь дополнением к командной строке. В чистом WIMP - интерфейсе меню становится основным элементом управления.

4. Широкое использование манипуляторов для указания на объекты. Манипулятор перестает быть просто игрушкой - дополнением к клавиатуре, а становится основным элементом управления. С помощью манипулятора УКАЗЫВАЮТ на любую область экрана, окна или иконки, ВЫДЕЛЯЮТ ее, а уже потом через меню или с использованием других технологий осуществляют управление ими.

Следует отметить, что WIMP требует для своей реализации цветной растровый дисплей с высоким разрешением и манипулятор. Также программы, ориентированные на этот вид интерфейса, предъявляют повышенные требования к производительности компьютера, объему его памяти, пропускной способности шины и т.п. Однако этот вид интерфейса наиболее прост в усвоении и интуитивно понятен. Поэтому сейчас WIMP - интерфейс стал стандартом де-факто.

Ярким примером программ с графическим интерфейсом является операционная система Microsoft Windows.

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. ОБЗОР

DOS

DOS (аббревиатура словосочетания Disk Operating System) была вы­пущена корпорацией Microsoft в 1981 г. и предназначена для по­ставки с компьютерами IВМ РС (хотя сначала IВМ отдала предпо­чтение другой ОС под названием СР/М). МS-DOS не была оригинальной разработкой са­мой Microsoft: компания лишь доработала ОС под названием QDOS, созданную компанией Seattle Computer Products.

16-разрядная однозадачная операционная система DOS обладала «интерфейсом командной строки», т. е. все команды пользователю приходилось набирать на клавиатуре вручную, в командной строке ОС. DOS использовалась на протяжении 10 лет. Кампании Novell, DigitalResearch и IВМ выпустили свои версии DOS, которые во многом превосходили продукт Microsoft. В частности, Novel DOS (Net Ware) была превосходной сетевой ОС, продукт IВМ обладал лучшими сервисными возможностями.

Со временем DOS совершенствовалась и пополнялась но­выми программами, с каждой новой версией она поддерживала все больше типов устройств. Однако главные ее недостатки не были, да и не могли быть устранены:

 работа с оперативной памятью (стандартный сервис DOS не позволял работать с памятью более 640 килобайт), приходилось использовать менеджеры памяти Himem.sys, EMM386.exe и т.д.

 невозможность работы в полноценном графическом режиме. DOS практически не позволяла работать с загружаемыми драйверами для различных видеокарт, использовалась специальная программа-оболочка (NortonCommander, Volkov Commander).

 однозадачность.

 отсутствие механизмов защиты информации.

В результате, с появлением Windows 95, DOS практически сошла со сцены, хотя до сих пор установлена на наших компьютерах в качестве составляющей ядра Windows. А в 1999 году IВМ даже выпустила новую версию - DOS 2000.

Windows 3.1/3.11

Первая версия этой ОС вышла в свет в конце 80-х годов. Но только в 1994 году появились действительно рабочие версии 3.1 и 3.11 (последняя включала такой значи­тельный элемент, как полную поддержку мультимедиа и работу в ло­кальной сети - потому и носила уточняющее название Windows For Workgroups).

Windows устанавливалась поверх уже имеющейся на компьютере ОС - DOS - и лишь расширяла ее возможности. Фактически, она представляла из себя лишь графическую оболочку, надстройку над установленным на компьютере комплектом МS-DOS. Однако корпо­рация Microsoft предпочитала считать Windows операционной системой.

Достоинства Windows:

 полноценный графический интерфейс, поз­волявший пользователю избавится от списков фай­лов, а команды отдавать простым щелчком мыши по ярким иконкам.

 многозадачность (хотя число одновременно запускаемых приложений было ограничено двумя-тре­мя, запустить больше не позволяло малое количество оперативной па­мяти).

 исчез пресловутый барьер 640 КБайт, и ком­пьютер смог использовать всю установленную на нем опе­ративную память.

Недостатки:

 Windows отличалась неустойчивостью и большим количеством ошибок. Это было связано с тем, что программам в Windows приходилось работать в общем пространстве, конкурируя из-за опе­ративной памяти или мощности процессора, т. е. модель многозадач­ной работы в Windows была упрощенной.

 отсутствие механизмов защиты информации.

Windows 95

Windows 95 появилась в августе 1995 года под названием Chicago. Впервые Windows превратилась из графической над­стройки для DOS в полноценную операционную систему, хотя в качестве основы в Windows 95 по-прежнему использовалась DOS, модернизированная, и не заявленная в качестве от­дельного продукта.

Достоинства:

 развитый графический интерфейс.

 оставалась возможность работать в привычном DOS-режиме, не загружая графическую оболочку Windows.

 операционная система стала, подобно Windows NТ, 32-разрядной.

Недостатки:

 в целях совместимости со старыми программами ядро ОС по-преж­нему содержало старые, 16-разрядные модули.

 ОС также отличалась неустойчивостью и большим количеством ошибок.

Если Windows 3.11 обладала лишь относительной поддержкой муль­тимедиа, то Windows 95 сделала существенный шаг вперед: в эту опера­ционную систему впервые был интегрирован программно-драйверный комплекс DirectX, предоставляющий приложениям Windows прямой доступ к аппаратным устройствам ПК - звуковой карте, видеоплате и т. д. Именно благодаря этому стало возможным создание игр для Windows 95. А другая система - ActiveMovie - обеспечивала поддерж­ку воспроизведения большого количества мультимедийных файлов - от музыки в формате MIDIдо видеодисков.

Наконец, Windows 95 могла автоматически распознать большое чис­ло комплектующих и обладала значительно более совершенным меха­низмом настройки и конфигурации. Все это существенно снижало риск критических ошибок.

В течение двух лет, последовавших со дня выпуска Windows 95, вышло еще несколько промежуточных версий этой ОС. Летом 1996 года свет уви­дела новая версия Windows под названием OSR2 (ОЕМ Service Release), предназначенная только для поставки вместе с готовыми компьютерами (ОЕМ). В OSR2 были исправлены многие ошибки Windows 95, добавлена поддержка нескольких новых устройств. А самое главное - новая версия Windows 95 внесла серьезные изменения в способ расположения файлов на жестком диске (файловую систему) - вместо устаревшей FАТ16 поль­зователи OSR2 могли использовать файловую систему FАТ32, позволяю­щую сэкономить место на диске.

Windows 98/98 SE

ОС Microsoft Windows 98 Memphis появилась 25 июня 1998 года. В июле вышла русскоязычная версия Windows 98.

Отличия:

 «рабочий Стол» Windows 98 был полностью интегрирован со средой Internet. В новой ОС окончатель­но стерта разница между файлами и папками на вашем компьютере и объектами Всемирной Информационной Паутины (WorldWideWeb). Основным средством работы с файлами и папками в обоих случаях слу­жит программа Internet Explorer.

 рас­ширенные возможности управления интерфейсом (оформление на свой вкус). Впрочем, практически все новшества интерфейса Windows 98 можно получить и в Windows 95: для этого требовалось всего лишь установить по­верх ОС программу Internet Explorer версии 4.0, а также программный пакет Microsoft Plus.

 Windows 98 выигрывала у своей предшественницы за счет корректной работы с новыми комплектующими - процессором Pentium II, графи­ческим портом AGP, шиной USB, новыми моделями видеокарт, мате­ринских плат, модемов и т. д.

 Windows 98 содержала много новых программ и утилит - в первую оче­редь полный комплект программного обеспечения для работы в Интер­нет и утилиту конвертации файловой системы FАТ16 в более новую версию FАТ32.

В конце 1999 года в продаже появилась русскоязычная версия ново­го комплекта Windows 98 -Windows 98 SЕ. От предыдущей версии но­вая Windows отличается тем, что в ее состав включена последняя (пя­тая) версия браузера Internet Explorer, обновленная система соединения с Интернет, а также многочисленные исправления ошибок и новая библиотека драйверов устройств.

Windows NT

Одновременно с линией «домашних» ОС Microsoft разрабатывала и другие операционные системы, рассчитанные на корпоративных пользователей, на работу в локальных компьютерных сетях. Первая версия 32-рaзрядной ОС Windows NТ (Windows New Technology) появилась в 1993, а последняя - в 1998 году.

Достоинства:

 стабильность и надежность системы. Происходит это потому, что NТ заботится о надежном разделении рабо­тающих под ее управлением программ, не давая им конфликтовать за ресурсы. В Windows 3.1/98/МЕ каждая из загруженных программ конфликтовала с другими, считая себя вправе претендовать на любой ее объем и любую область, в результате чего оперативная система «зависала». В NТ же, каждой программе выделялась своя доля адрес­ного пространства оперативной памяти и системных ресурсов.

 в отличие от Windows 98/МЕ, она, безусловно, запрещает безоговорочный доступ к ресурсам компью­тера любым программам, пытающимся работать с «железом» напря­мую.

Недостаток:

 под NТ не могут работать любые программы, написанные под DOS, и многие созданные для Windows 95.

 расход ресурсов компьютера в Windows NT вдвое выше, чем Windows 98.

Наконец, следует учитывать и тот факт, что большая часть досто­инств NT проявляется лишь в сетевом режиме работы - т. е. в связке с другими компьютерами. И хотя на Западе «домашние сети» становятся явлением обыденным, нашей стране до этого еще очень далеко.

Windows 2000

Следующая версия Windows NТ (5.0) получила иное название - Windows 2000.

Достоинства:

 стабильное, полностью 32-разрядное ядро Windows NТ одето в яркую и удобную оболоч­ку от Windows 98.

 защищенность информации, отличные сетевые воз­можности и сервисы NТ.

 расширенные мультимедийные возмож­ности.

 программный комплекс DirectX для компьютерных игр.

Недостатки:

 высокая требовательность к ресурсам компьюте­ра.

Именно недостатки, а также то, что поддержка «игрового режи­ма» в Windows 2000 даже после доводок и доработок была далека от иде­ала, заставили Microsoft отказаться от идеи сделать Windows 2000 «еди­ной, универсальной операционной системой» для сетей и индивидуальных пользователей. Как и Windows NТ, Windows2000 выпушена в нескольких вариантах - серверном (Server), для установки на главный, управляющий компьютер сети, и клиентском (Professional) - для рабочих станций. Самая мощная версия - Datacenter - предназначенная для крупных корпораций, была официально представлена в сентябре 2000 года.

Принципы фон Неймана

В 1946 году группа учёных во главе с Джоном фон Нейманом (Г.Голдстайн, А. Беркс) опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логической конструкции Электронно-вычислительного устройства». В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций. До этого машины хранили данные в десятеричном виде)^[1], выдвигалась идея использования программами общей памяти. Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «Принципы фон Неймана».

1. Принцип программного управления.

 

• 
  Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определенной последовательности.

2. Принцип однородности памяти.

 

• 
  Как программы, так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления - чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3. Принцип адресуемости памяти.

 

• 
  Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фоннеймановских.
^

Состояния процесса

При исполнении процесс может изменять свое состояние следующим образом:

Новый (new):Процесс создается операционной системой, но еще не начал выполняться.

Исполняемый (running):Исполняются команды процесса на процессоре или процессорах компьютерной системы под управлением ОС.

Ожидающий (waiting):Процесс ожидает наступления некоторого события, например, завершения ввода-вывода. В состоянии ожидания процесс не занимает процессор.

Готовый к выполнению (ready):Процесс ожидает получения ресурсов процессора для его исполнения. В состояние готовности к выполнению процесс попадает обычно либо при его создании, либо после завершения ввода-вывода (из состояния ожидания).

Завершенный (terminated):Исполнение процесса завершено.

Диаграмма состояний процесса представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Диаграмма состояний процесса.

Как видно из схемы, новый процесс, созданный в системе, проходит стадию допущен (admitted) – включается операционной системой в очередь всех процессов в системе, после чего ОС переводит его в состояние готовности к выполнению. Отметим сразу, что очередь готовых к выполнению процессов – одна из наиболее часто используемых системных структур для управления процессами. Из состояния готовности в состояние выполнения процесс переводится планировщиком ОС в результате диспетчеризации – выделения кванта процессорного времени. При выполнении процесс может быть прерван (по таймеру, в результате ошибки и т.п.), а после обработки прерывания операционной системой переходит снова в состояние готовности к выполнению. Если в процессе выполняется синхронный ввод-вывод, либо процесс должен ожидать наступления некоторого события (например, определенного момента времени), процесс переходит в состояние ожидания. При завершении ввода-вывода или при наступлении ожидаемого события процесс не получает сразу же квант процессорного времени, а переходит в состояние готовности к выполнению. Процесс переходит в завершенное состояние при завершении работы программы процесса - например, в результате системного вызова exit(c), где c – код завершения. Если c = 0,процесс считается благополучно завершенным.

Блок управления процессом

Блок управления процессом (Process Control Block – PCB) – системная структура данных, используемая ОС для управления процессом, содержащая следующую информацию, ассоциируемую с каждым процессом:

• Состояние процесса
• Текущее значение счетчика команд (используется при продолжении выполнения процесса);
• Значения регистров процессора (также используются при возобновлении процесса);
• Информация для диспетчеризации процессора (указатель на стек процесса, номер процесса);
• Информация для управления памятью (границы области памяти процесса);
• Статистическая информация (общее время выполнения процесса, оставшееся из заявленного время выполнения, суммарное время ввода-вывода и т.д.)
• Информация о состоянии ввода-вывода (список открытых файлов).

Структура блока управления процессом изображена на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Блок управления процессом (PCB).

 

 

ПОНЯТИЕ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ

Правило привилегированности, управляющее процедурами прерывания, аналогично правилу, действующему при вызове процедуры: процессор не разрешает прерыванию передавать управление процедуре в менее привилегированный сегмент (с численно большим номером уровня привилегированности). Попытка нарушить это правило ведет к генерации исключения защиты.