Место операционных систем в структуре программного и аппаратного обеспечения ЭВМ.
Первая ОС – General motors (1952 г.)
«Нулевой уровень» – уровень физических устройств (аппаратное обеспечение ЭВМ). Включает микросхемы, проводники, различные электронные приборы, контроллеры, шины и т.д. Электронные схемы этого уровня реагируют на команды, выданные на языке «Первого уровня».
«Первый уровень» - уровень микроархитектуры – на этом уровне физические устройства рассматриваются как отдельные функциональные единицы. В него входят внутренние регистры центрального процессора (они формируют локальную память и АЛУ (арифметико-логическое устройство)). Они формируют тракт данных, по которому движутся данные, выбираются 1 или 2 регистра, АЛУ производит над ними заданную операцию и результат помещается в один из регистров, то есть на этом уровне реализуется выполнение машинных команд. На некоторых ЭВМ работа уровня контролируется особой программой (микропрограмма), но в основном этот контроль выполняется аппаратным обеспечением.
«Второй уровень» - машинный язык. Содержит от 50 до 300 команд и служит преимущественно для перемещения данных по компьютеру, выполнения операции арифметической направленности и сравнения величин. Команды используют регистры и другие возможности аппаратуры, они формируют уровень ISA (архитектура систем команд), который и называется машинным языком.
«Третий уровень» - Операционная система. Скрывает от программиста и пользователя все сложности нижних уровней. Уровень обычно гибридный. Большинство команд на его языке есть так же на «втором уровне», но существуют и дополнительные особенности: набор новых команд, собственная организация памяти, способность выполнять несколько программ одновременно, возможность работать сети и др. Новые средства, появившиеся на этом уровне, выполняются интерпретатором, который работает на втором уровне. Именно он был назван операционной системой. Команды «третьего уровня», идентичные командам «второго уровня», выполняются микропрограммой, а новые команды интерпретируются операционной системой и становятся доступны для микропрограммы (дополнительный переводчик). Конечный пользователь не должен знать тонкостей аппаратного устройства ЭВМ. Он должен воспринимать ЭВМ, как набор приложений, написанных программистом на языке программирования. Программист использует для написания программы набор системных программ, которые и составляют основное содержание следующего уровня. ОС позволяет программисту, используя удобный интерфейс и системные программы, создавать приложения любого уровня сложности, не владея глубокими знаниями технического устройства ЭВМ. ОС выступает в роли посредника, предоставляя программам и приложениям доступ к ресурсам ЭВМ.
Операционная система – набор программ, контролирующих работу прикладных программ и системных приложений и исполняющий роль интерфейса между пользователями, программами, прикладными программами, системными приложениями и аппаратным обеспечением компьютера.
Операционная среда – программная среда, образуемая операционной системой, определяющая интерфейс прикладного программирования (API), как множество системных функция и сервисов, предоставляемых прикладным программам.
Операционная оболочка – часть операционной среды, определяющая интерфейс пользователя, его реализацию (текстовый, графический…), коммандные и сервисные возможности пользователя по управлению прикладными программами и компьютером.
Назначение, состав и функции ОС.
Назначение ОС принято делить на 4 основные составляющие:
1) Обеспечение удобного интерфейса предполагает создание средствами ОС виртуальной машины, с которой удобнее работать и которую легче настраивать и программировать. Это обеспечивается основными сервисами:
· Инструменты для разработки программ – предоставляются средствами операционной системы в виде редакторов, библиотек, отладчиков и т. д. Программисту не обязательно знать детали функционирования устройств, систему команд ЦП – в его распоряжении ОС предоставляет мощные высокоуровневые функции в виртуальной машине.
· Автоматизация исполнения программ – ОС выполняет всю рутинную работу по загрузке в оперативную память программы и данных, различных библиотек, подключению устройств ввода-вывода и других ресурсов автоматически, вместо пользователя
· Единообразный интерфейс доступа – ОС скрывает двоичный набор команд для управления устройствами, предоставляя программисту доступ к устройствам с помощью простых команд виртуальной машины.
· Контролируемый доступ к файлам – ОС обладает возможностью получения информации о структуре файлов и обеспечивает механизмы защиты при их обработке.
· Управление доступом к совместным ресурсам – ОС обеспечивает своими средствами доступ к общим ресурсам, их защиту от несанкционированного доступа и разрешение конфликтных ситуаций.
· Обнаружение ошибок и их обработка – ОС в состоянии обнаружить разнообразные сбои за счет внутренних и внешних ошибок, как случайного, так и преднамеренного характера и минимизировать влияние этих ошибок на работу ПК (от выдачи простого сообщения об ошибке до аварийной остановки программы).
· Учет использования ресурсов – ОС ведет специальными средствами учет и отображение параметров использования ресурсов, что позволяет оптимальным образом настроить компьютер.
2) Ресурсы распределяются ОС между выполняемыми программами, которые называются процессами. Критерии эффективности, в соответствии с которыми ОС организует управление устройствами зависит от позиционирования системы (в одном случае пропускная способность, в другом время реакции). К основным задачам управления ресурсами относят:
· Планирование использования ресурсов.
· Удовлетворение запросов на ресурсы
· Отслеживание состояния и учет использования ресурсов
· Разрешение конфликтов между процессами, претендующими на одни и те же ресурсы.
3) Облегчение процессов эксплуатации средств вычислительной системы. Большинство современных ОС имеют в своей основе набор штатных средств, обеспечивающих повышение надежности, безопасности и устойчивости работы системы. К ним относят:
· Широкий набор служебных программ (утилит), обеспечивающих резервное копирование, архивацию данных, проверку, очистку, дефрагментацию дисковых устройств и др.
· Средства диагностики и восстановления работоспособности вычислительной системы и операционной системы
o Диагностические программы для выявления ошибок в конфигурации ОС.
o Средства восстановления последней работоспособной конфигурации
o Средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др.
4)Возможность развития:
· Обновление и возникновение новых видов аппаратного обеспечения.
· Новые сервисы.
· Исправление (обнаружение) программных ошибок.
· Новые версии и редакции ОС.
Операционные системы являются постоянно развивающимися структурами в процессе своего жизненного цикла. Для удобства их развития они должны иметь модульную структуру, что позволяет изменять один модуль, не влияя на другие.