Что такое операционная система? Операционные системы, их назначение и разновидности

Доброго времени суток уважаемый пользователь. На этой страничке мы поговорим на такие темы, как: Назначение и основные функции операционных систем. Состав операционной системы.

Операционная система (ОС) – это комплекс взаимосвязанных системных программ для организации взаимодействия пользователя с компьютером и выполнения всех других программ. ОС относятся к составу системного программного обеспечения и являются основной его частью. Операционные системы: MS DOS 7.0, Windows Vista Business, Windows 2008 Server, OS/2, UNIX, Linux.

Основные функции ОС:

управление устройствами компьютера (ресурсами), т.е. согласованная работа всех аппаратных средств ПК: стандартизованный доступ к периферийным устройствам, управление оперативной памятью и др.
управление процессами, т.е. выполнение программ и их взаимодействие с устройствами компьютера.
управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жесткий диск, компакт-диск и т.д.), как правило, с помощью файловой системы.
ведение файловой структуры.
пользовательский интерфейс, т.е. диалог с пользователем.

Дополнительные функции:

параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от злонамеренных действий пользователей или приложений.
разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).

Состав операционной системы

В общем случае в состав ОС входят следующие модули:

Программный модуль, управляющий файловой системой.
Командный процессор, выполняющий команды пользователя.
Драйверы устройств.
Программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс.
Сервисные программы.
Справочная система.

Драйвер устройства (device driver) – специальная программа, обеспечивающая управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами.

Командный процессор (command processor) – специальная программа, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их (интерпретатор программ).

Интерпретатор команд отвечает за загрузку приложений и управление информационным потоком между приложениями.

Для упрощения работы пользователя в состав современных ОС входят программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс.
Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В ОС имеется программный модуль, управляющий файловой системой.

Сервисные программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и др.), выполнять операции с файлами (копирование, переименование и др.), работать в компьютерных сетях.

Для удобства пользователя в состав ОС входит справочная система , позволяющая оперативно получить необходимую информацию о функционировании как ОС в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Примечание

Состав модулей ОС, а также их количество зависит от семейства и вида ОС. Так, например, в ОС MS DOS отсутствует модуль, обеспечивающий графический пользовательский интерфейс.

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:

Ядро – это модули, выполняющие основные функции ОС.
Вспомогательные модули , выполняющие вспомогательные функции ОС. Одним из определяющих свойств ядра является работа в привилегированном режиме .

Модули ядра выполняют следующие базовые функции ОС: Управление процессами, Управление системой прерываний, Управление памятью, управление устройствами ввода-вывода, Функции, решающие внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса: переключение контекстов, загрузка/выгрузка страниц, обработка прерываний. Эти функции недоступны для приложений. Функции, служащие для поддержки приложений, создавая для них так называемую прикладную программную среду.

Приложения могут обращаться к ядру с запросами – системными вызовами – для выполнения тех или иных действий: для открытия и чтения файла, вывода графической информации на дисплей, получения системного времени и т.д. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования – API (Application programming interface) .

Пример.
Базовый код API Win32 содержится в трех библиотеках динамической загрузки (Dynamic Link Library, DLL): USER32, GDI32 и KERNEL32.

Kernel — модуль Windows, который поддерживает низкоуровневые функции по работе с файлами и управлению памятью и процессами. Этот модуль обеспечивает сервис для 16- и 32-разрядных приложений.
GDI (Graphics Device Interface) — модуль Windows, обеспечивающий реализацию графических функций по работе с цветом, шрифтами и графическими примитивами для дисплея и принтеров.
User — модуль Windows, который является диспетчером окон и занимается созданием и управлением отображаемыми на экране окнами, диалоговыми окнами, кнопками и другими элементами пользовательского интерфейса.
Ядро является движущей силой всех вычислительных процессов в компьютерной системе, и крах ядра равносилен краху всей системы, без него ОС является полностью неработоспособной и не сможет выполнить ни одну из своих функций. Поэтому разработчики операционной системы уделяют особое внимание надежности кодов ядра, в результате процесс их отладки может растягиваться на многие месяцы.

Обычно ядро оформляется в виде программного модуля некоторого специального формата, отличающегося от формата пользовательских приложений.
Вспомогательные модули ОС выполняют вспомогательные функции ОС (полезные, но менее обязательные чем функции ядра).

Примеры вспомогательных модулей:

Программа архивирования данных.
Программа дефрагментации диска.
Текстовый редактор.

Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде приложений, либо в виде библиотек процедур. Вспомогательные модули ОС подразделяются на следующие группы:

утилиты – программы, решающие задачи управления и сопровождения компьютерной системы: обслуживание дисков и файлов.

системные обрабатывающие программы – текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики.

программы предоставления пользователю дополнительных услуг пользовательского интерфейса (калькулятор, игры).

библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений (библиотека математических функций, функций ввода-вывода).

Как и обычные приложения, для выполнения своих задач утилиты, обрабатывающие программы и библиотеки ОС, обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов.
Функции, выполняемые модулями ядра, являются наиболее часто используемыми функциями операционной системы, поэтому скорость их выполнения определяет производительность всей системы в целом. Для обеспечения высокой скорости работы ОС все модули ядра или большая их часть постоянно находятся в оперативной памяти, то есть являются резидентными.

Вспомогательные модули обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, то есть являются транзитными. Такая организация ОС экономит оперативную память компьютера.

Примечание

Разделение операционной системы на ядро и вспомогательные модули обеспечивает легкую расширяемость ОС. Чтобы добавить новую высокоуровневую функцию, достаточно разработать новое приложение, и при этом не требуется модифицировать основные функции, образующие ядро системы.

Объектами ядра ОС являются:

Процессы (рассмотрено в теме 2.3).
Файлы.
События.
Потоки (рассмотрено в теме 2.3).
Семафоры – объекты, позволяющие войти в заданный участок кода не более чем n потокам.
Мьютексы – одноместные семафоры, служащие в программировании для синхронизации одновременно выполняющихся потоков.
Файлы, проецируемые в память.

И действительно, что это такое? Для определения давайте обратимся к Википедии. Вот что там написано: «Операционная система — 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 операционных систем общего назначения». Если говорить более простым языком, то это специальная программа для компьютера, ноутбука или другого устройства, с помощью которой вы сможете управлять этим самым устройством. Можно сказать, ОС — это мост между человеком и его ПК.

Функции работы ОС

На самом деле функций этих великое множество, поэтому я расскажу о наиболее важных из них. Итак, операционная система:

Позволяет исполнять запросы команд

Загружает программы в оперативную память и выполняет их

Обеспечивает пользовательский интерфейс

Предоставляет доступ к различным устройствам, включая периферийные

Управляет оперативной памятью, а также доступом к различного вида носителям

Разграничивает доступ процессов к ресурсам

Взаимодействует между рабочими процессами

Обеспечивает многопользовательский режим между различными пользователями

Обеспечивает выполнение многозадачности

Кстати, интересный факт. В большинстве бытовых приборов, многих телефонах, автомобилях и т.д. ОС не используется. Она просто не нужна устройству, которое выполняет всего несколько простых действий. Для этого используются специальные микрокомпьютеры, которые могут обходится самостоятельно, запуская тот или иной вид программы.

Виды операционных систем

В рамках данной статьи также хотелось бы немного рассказать о самых популярных операционных системах на сегодняшний день. И начну я, пожалуй, с наиболее популярной из них.

Windows

Нет на свете человека, который не знал бы о Windows — операционной системе компании Microsoft, первый запуск которой состоялся еще в 1985 году. На сегодняшний день на рынке наибольшей популярностью пользуются Windows 7 и Windows 8.

К сожалению, популяризация имеет несколько больших минусов, один из которых — огромнейшее количество вирусов и троянов, созданных специально под «Виндовс». Трояны зачастую очень опасны, поскольку не только влияют на работу ПК в целом, но и могут воровать ценные данные.

Впрочем, у Windows куда больше плюсов. Например, для нее существует такое количество всевозможных программ и игр, опробовать даже десятую часть из которых не получится за всю жизнь.

Apple Mac OS X

Вторая по популярности операционная система в мире, занимает чуть более пяти процентов рынка по данным на 2011 год. Стоит отметить, что именно в Mac OS началась популяризация графического интерфейса пользователя в том виде, в котором мы видим его сейчас.

Mac OS была разработана под началом великого Стива Джобса, однако всегда находилась в тени Windows. Это связано еще и с тем, что ось устанавливалась исключительно на компьютеры Apple, хотя сегодня ее можно установить на любой ПК.

Одним из плюсов является относительно неплохая защита от вирусов, так как для этой ОС их крайне мало. И все же они есть.

Linux

Это общее название Unix-подобных операционных систем, которые основаны на одноименном ядре. Поскольку ядро представляет из себя открытое программное обеспечение, то какой-то официальной версии Linux нет и никогда не было — распространяется ПО в виде сборок и всегда только бесплатно.

Несмотря на то, что данная ось распространяется бесплатно, по последним прикидкам ее разработка обошлась в несколько миллиардов долларов, хотя дорабатывалась операционная система исключительно руками энтузиастов.

Linux пользуется неплохой популярностью как у пользователей, так и у различных компаний, в том числе государственных.

Android

А это — мобильная операционная система, созданная для планшетов, смартфонов, нетбуков и т.д. Ныне принадлежит интернет-гиганту Google, до этого разрабатывалась одноименной компанией.

По состоянию на текущий момент принадлежит более 70% рынка мобильных устройств. Это лидер, равных которому просто нет — именно на Android выпускается наибольшее число смартфонов и планшетов.

iOS

Операционная система используется исключительно на мобильных гаджетах компании Apple. Была разработана в 2007 году. Показали ее значительно раньше, нежели Android, поэтому если бы ось можно было устанавливать на устройства других компаний, возможно, сегодня она была бы намного популярнее Android.

Операционная система является основным программным обеспечением, которое управляет всем аппаратным и другим программным обеспечением на компьютере. Операционная система, также известная как «ОС», взаимодействует с аппаратным обеспечением компьютера и предоставляет службы, которые могут использовать приложения.

Что делает операционная система

Операционная система является основным набором программного обеспечения на устройстве, которое поддерживает все вместе. Операционные системы взаимодействуют с оборудованием устройства. Они обрабатывают все с клавиатуры и мыши до Wi-Fi-радио, устройств хранения и отображения. Другими словами, операционная система обрабатывает устройства ввода и вывода. Операционные системы используют драйверы устройств, написанные разработчиками оборудования для связи со своими устройствами.

Операционные системы также включают в себя множество программных продуктов, таких как общие системные службы, библиотеки и интерфейсы прикладного программирования (API) , которые разработчики могут использовать для написания программ, работающих в операционной системе.

Операционная система находится между приложениями, которые Вы запускаете, и оборудованием, используя аппаратные драйверы в качестве интерфейса между ними. Например, когда приложение хочет что-то напечатать, оно переносит эту задачу в операционную систему. Операционная система отправляет инструкции на принтер, используя драйверы принтера для отправки правильных сигналов. Приложению, которое печатает, не нужно заботиться о том, какой принтер у Вас есть, или понять, как он работает. ОС обрабатывает детали.

ОС также обрабатывает многозадачность, выделяя аппаратные ресурсы среди нескольких запущенных программ. Операционная система контролирует, какие процессы выполняются, и распределяет их между различными ЦП, если у Вас есть компьютер с несколькими процессорами или ядрами, позволяя нескольким процессам работать параллельно. Он также управляет внутренней памятью системы, выделяя память между запущенными приложениями.

Операционная система — это одна большая часть программного обеспечения, которая отвечает за многое. Например, операционная система также контролирует файлы и другие ресурсы, к которым могут обращаться программы.

Большинство программных приложений написано для операционных систем, что позволяет операционной системе делать много работы. Например, при запуске Minecraft Вы запускаете его в операционной системе. Minecraft не должен точно знать, как работает каждый отдельный аппаратный компонент. Minecraft использует различные функции операционной системы, а операционная система переводит их в низкоуровневые аппаратные инструкции.

Операционные системы предназначены не только для ПК

Когда мы говорим, что «компьютеры» запускают операционные системы, мы не просто имеем в виду традиционные настольные ПК и ноутбуки. Ваш смартфон — это компьютер, как и планшеты, смарт-телевизоры, игровые консоли, смарт-часы и маршрутизаторы Wi-Fi. Amazon Echo или Google Home — это компьютерное устройство, работающее под управлением операционной системы.

Знакомые настольные операционные системы включают Microsoft Windows, Apple MacOS, Google Chrome OS и Linux. Основными операционными системами для смартфонов являются iOS от Apple и Android от Google.

Другие устройства, такие как маршрутизатор Wi-Fi, могут запускать «встроенные операционные системы». Это специализированные операционные системы с меньшим количеством функций, чем имеет обычная операционная система, разработанная специально для одной задачи — например, для работы с маршрутизатором Wi-Fi, навигации или управления банкоматом.

Где заканчиваются операционные системы и начинаются программы

Операционные системы также включают другое программное обеспечение, включая пользовательский интерфейс, который позволяет людям взаимодействовать с устройством. Это может быть рабочий стол на ПК, сенсорный интерфейс на телефоне или голосовой интерфейс на цифровом помощнике.

Операционная система — это большое программное обеспечение, состоящее из множества различных приложений и процессов. Линия между тем, что является операционной системой и что такое программа, может иногда быть немного размытой. Точного официального определения операционной системы нет.

Например, в Windows приложение File Explorer (или Windows Explorer) является неотъемлемой частью операционной системы Windows — оно даже обрабатывает отрисовку Вашего рабочего интерфейса — и приложение, работающее в этой операционной системе.

Центром операционной системы является ядро

На низком уровне «ядро» является основной компьютерной программой, лежащей в основе Вашей операционной системы. Эта отдельная программа является одной из первых вещей, загружаемых при запуске Вашей операционной системы. Он обрабатывает выделение памяти, преобразование программных функций в инструкции для процессора Вашего компьютера и обработку входных и выходных данных с аппаратных устройств. Ядро, как правило, запускается в изолированной области, чтобы предотвратить его несанкционированное использование другим программным обеспечением на компьютере. Ядро операционной системы очень важно, но это всего лишь одна часть операционной системы.

Но и здесь не все конкретно. Например, Linux — это просто ядро. Однако Linux по-прежнему часто называют операционной системой. Android также называется операционной системой, и она построена на ядре Linux. Linux-дистрибутивы, такие как Ubuntu, используют ядро Linux и добавляют к нему дополнительное программное обеспечение. Они также называются операционными системами.

В чем разница между прошивкой и ОС

Многие устройства просто запускают «прошивку» — тип низкоуровневого программного обеспечения, которое обычно запрограммировано непосредственно в памяти аппаратного устройства. Прошивка — это всего лишь небольшая часть программного обеспечения, предназначенного для работы только с абсолютными основами.

Когда компьютер загружается, он загружает прошивку UEFI с материнской платы. Эта прошивка — это низкоуровневое программное обеспечение, которое быстро инициализирует аппаратное обеспечение Вашего компьютера. Затем он загружает Вашу операционную систему с твердотельного накопителя Вашего компьютера или жесткого диска. (Этот твердотельный накопитель или жесткий диск имеет собственную встроенную прошивку, которая управляет хранением данных на физических секторах внутри накопителя.)

Граница между прошивкой и операционной системой также может быть немного размытой. Например, операционную систему для iPhone и iPads от Apple, называемую iOS, часто называют «прошивкой». Операционная система PlayStation 4 официально называется прошивкой.

Это операционные системы, которые взаимодействуют с несколькими аппаратными устройствами, предоставляют услуги программам и распределяют ресурсы между приложениями. Тем не менее, очень простая прошивка, которая работает на пульте дистанционного управления телевизором, например, обычно не называется операционной системой.

Обычный пользователь не обязан точно понимать, что такое операционная система. Возможно, будет полезно узнать, какую операционную систему Вы используете, какое программное и аппаратное обеспечение совместимо с Вашим устройством.

Базовое системное программное обеспечение

В базовое программное обеспечение входят:

· операционная система (ОС);

· операционные оболочки (текстовые и графические);

· сетевая операционная система.

Операционная система предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ.

В секторе программного обеспечения и операционных систем ведущее положение занимают системы семейства MS Windows. Рассмотрим наиболее распространенные типы операционных систем.

Операционные системы для персональных компьютеров делятся на:

· одно- и многозадачные (в зависимости от числа параллельно выполняемых прикладных процессов);

· одно- и многопользовательские (в зависимости от числа пользователей, одновременно работающих с операционной системой);

· непереносимые и переносимые на другие типы компьютеров;

· несетевые и сетевые, обеспечивающие работу в локальной вычислительной сети ЭВМ.

Сетевые операционные системы - комплекс программ, обеспечивающий обработку, передачу и хранение данных в сети. Сетевая ОС предоставляет пользователям различные виды сетевых служб (управление файлами, электронная почта, процессы управления сетью и др.), поддерживает работу в абонентских системах.

Операционные оболочки - специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы. Операционные оболочки имеют текстовый и графический варианты интерфейса конечного пользователя.

Наиболее популярны следующие виды текстовых оболочек операционной системы: Total Commander, Windows Commander и др.

Рассмотрим подробнее операционную систему.

Операционная система - совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

Операционная система выполняет следующие функции:

· управление работой каждого блока персонального компьютера и их взаимодействием;

· управление выполнением программ;

· организацию хранения информации во внешней памяти;

· взаимодействие пользователя с компьютером, т.е. поддержку интерфейса пользователя.

Обычно операционная система хранится на жестком диске, а при его отсутствии выделяется специальный диск, который называется системным. При включении компьютера операционная система автоматически загружается с диска в оперативную память и занимает в ней определенное место. Операционная система создается не для отдельной модели компьютера, а для серии компьютеров, в структуре которых заложена и развивается во всех последующих моделях определенная концепция.

В основе любой операционной системы лежит принцип организации работы внешнего устройства хранения информации. Несмотря на то, что внешняя память может быть технически реализована на разных материальных носителях, их объединяет принятый в операционной системе принцип организации хранения логически связанных наборов информации в виде так называемых файлов.

Файл - логически связанная совокупность данных или программ, для размещения которой во внешней памяти выделяется именованная область.

Файл служит учетной единицей информации в операционной системе. Любые действия с информацией осуществляются над файлами.

В файлах могут храниться разнообразные виды и формы представления информации: тексты, рисунки, чертежи, числа, программы, таблицы и т.п. Особенности конкретных файлов определяются их форматом. Под форматом понимается элемент языка, в символическом виде описывающий представление информации в файле.

Для характеристики файла используются следующие параметры:

· полное имя файла;

· объем файла в байтах;

· дата и время создания файла;

· специальные атрибуты файла: только для чтения, скрытый, системный, архивированный.