Операционная система (ОС) – это комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами ЭВМ и процессами, которые используют эти ресурсы при вычислениях. Процесс – это последовательность действий, предписанных программой. Ресурс – это любой логический или аппаратный компонент ЭВМ. Основными ресурсами являются процессорное время и оперативная память. Ресурсы могут принадлежать одной или нескольким внешним ЭВМ, к которым операционная система обращается, используя вычислительную сеть.

Управление ресурсом состоит из двух функций: упрощение доступа к ресурсу и распределение ресурсов между конкурирующими за них процессами. Для решения первой задачи операционные системы поддерживают пользовательский и программный интерфейсы . Для решения второй операционные системы используют различные алгоритмы управления виртуальной памятью и процессором.

Операционные системы характеризуются основными признаками:

· количеством пользователей, одновременно обслуживаемых системой (однопользовательские и многопользовательские);

· числом одновременно выполняемых процессов (однозадачные и многозадачные);

· типом используемой вычислительной системы (однопроцессорные, многопроцессорные, сетевые, распределённые).

Пример. Операционная система Windows98 является многозадачной, ОС Linux – многопользовательской, MS-DOS однозадачной и, следовательно, однопользовательской. Операционные системы Windows NT и Linux могут поддерживать многопроцессорные ЭВМ. Операционная система Novell NetWare является сетевой, встроенные сетевые средства имеют также Windows NT и Linux.

Пользовательский и программный интерфейсы. Для упрощения доступа к ресурсам ЭВМ операционные системы поддерживают пользовательский и программный интерфейсы. Пользовательский интерфейс – это набор команд и сервисных услуг, которые упрощают пользователю работу с ЭВМ. Программный интерфейс – это набор процедур, которые упрощают для программиста управление ЭВМ.

Рис. 1. Интерфейсы операционной системы

Пример. ОС Windows предоставляет пользователю графический интерфейс, который представляет собой (с точки зрения пользователя) набор правил для наглядного управления ЭВМ. Кроме основного графического интерфейса пользователю предоставляется также командный интерфейс, то есть набор команд определённого формата. Для этого в системном меню имеется пункт «Выполнить». Набор системных функций в Windows носит название API (Application Programming Interface). В этом наборе имеются более тысячи процедур для решения разных системных задач. В операционной системе Linux также имеются две возможности для управления ЭВМ, но, как правило, предпочтение отдаётся командам.

Процессорное время и организация памяти. Для организации многозадачного режима ОС должна некоторым образом распределять время работы процессора между одновременно работающими программами. Обычно используется так называемый вытесняющий режим многозадачной работы. При вытесняющем режиме каждая программа непрерывно работает в течение строго определённого промежутка времени (кванта времени), по истечении которого процессор переключается на другую программу. Так как квант времени очень небольшой, то при достаточной производительности процессора создаётся иллюзия одновременной работы всех программ.

Одной из главных задач операционной системы является управление памятью. Когда основной памяти не хватает, все данные, которые не используются в данный момент, записываются в особый файл подкачки. Память, представленная файлом подкачки, называется внешней страничной памятью . Совокупность основной и внешней страничной памяти называется виртуальной памятью . Однако для программиста виртуальная память выглядит как единое целое, то есть рассматривается как неупорядоченный набор байтов. В этом случае говорят, что используется линейная адресация памяти.

Пример. Операционные системы Windows и Linux используют линейную адресацию виртуальной памяти. В операционной системе MS-DOS использовалась нелинейная адресация основной памяти. Основная память имела сложную структуру, которую приходилось учитывать при программировании. Файлы подкачки системой MS-DOS не поддерживались.

Структура операционной системы. Современные ОС, как правило, имеют многоуровневое строение. Непосредственно с аппаратурой работает ядро операционной системы. Ядро – это программа или совокупность связанных программ, которые используют аппаратные особенности ЭВМ. Таким образом, ядро является машинно-зависимой частью операционной системы. Ядро определяет программный интерфейс. На втором уровне находятся стандартные программы операционной системы и оболочка, которые работают с ядром и предоставляют пользовательский интерфейс. Программы второго уровня стараются делать машинно-независимыми. В идеале замена ядра равнозначна замене версии операционной системы.

Рис. 2. Уровни операционной системы Linux

Файловая система. Любые данные хранятся во внешней памяти ЭВМ в виде файлов. Файлами нужно управлять: создавать, удалять, копировать, изменять и др. Такие средства пользователю в виде пользовательского и программного интерфейсов предоставляет ОС. Способ организации файлов и управления ими называется файловой системой . Файловая система определяет, например, какие символы могут использоваться для имени файла, каков максимальный размер файла, каково имя корневого каталога и др. Способ организации файлов влияет на скорость доступа к нужному файлу, на безопасность хранения файлов и др.

Одна и та же ОС может работать одновременно с несколькими файловыми системами. Как правило, функции файловой системы реализуются средствами ядра операционной системы.

Пример. Для ПЭВМ используется несколько видов файловых систем:

FAT16 – используется в ОС Windows95, OS\2, MS-DOS;

FAT32 и VFAT – используется в ОС Windows95;

NTFS – используется в ОС Windows NT;

HPFS – используется в ОС OS\2;

Linux Native, Linux Swap – используются в ОС Linux.

Файловая система FAT наиболее просто устроена. Имя корневого каталога имеет всегда вид: А:\, В:\, С:\ и т.д. Имя файла состоит из трёх частей: путь, собственно имя, расширение. Путь – это имя каталога, в котором файл расположен. Расширение указывает на тип файла. Например, полное имя файла C:\Windows\System\gdi.exe, путь - C:\Windows\System\, расширение – exe, собственно имя - gdi. Согласно правилам FAT собственно имя файла может содержать от 1 до 8 символов, а расширение имени, отделяемое от имени точкой – до 3-х. При именовании файлов прописные и строчные буквы не различаются. Полное имя файла включает в себя наименование логического устройства, на котором находится файл и имя каталога, в котором файл расположен. Система хранит информацию о размере файла и дате его создания.

По организации данных VFAT напоминает FAT. Однако она позволяет использовать длинные имена файлов: имена до 255 символов, полные имена до 260. Система позволяет хранить также дату последнего доступа к файлу, что создаёт дополнительные возможности для борьбы с вирусами.

Файловая система может быть реализована в виде драйвера, с которым через операционную систему общаются все программы, читающие или записывающие информацию на внешние устройства. Файловая система может включать в себя средства безопасности хранения информации. Например, файловая система NTFS имеет средства автоматического исправления ошибок и замены дефектных секторов. Специальный механизм отслеживает и фиксирует все действия, выполняемые над магнитными дисками, поэтому в случае сбоя целостность информации восстанавливается автоматически. Кроме этого, файловая система может иметь средства защиты информации от несанкционированного доступа.

Модель «клиент-сервер». Важной особенностью современных операционных систем является то, что в основу взаимодействия прикладной программы и ОС заложена модель «клиент-сервер». Все обращения пользовательской программы (клиента) к ОС обрабатываются специальной программой (сервером). При этом используется механизм, аналогичный вызову удаленной процедуры, что позволяет легко перейти от взаимодействия между процессами в пределах одной ЭВМ к распределенной системе.

Технология «plug and play». Под технологией «plug and play» (PnP-технология) понимается способ взаимодействия между ОС и внешними устройствами. Операционная система проводит опрос всех периферийных устройств и должна получить от каждого устройства определённый ответ, из которого можно определить, какое устройство подключено и какой драйвер требуется для его нормальной работы. Цель использования данной технологии заключается в упрощении подключения новых внешних устройств. Пользователь должен быть избавлен от сложной работы по настройке внешнего устройства, требующей высокой квалификации.

Сервисные системы – программный продукт, изменяющий и дополняющий пользовательский и программный интерфейсы ОС. Сервисные системы различаются на операционные среды, оболочки и утилиты.

Операционная среда – система, изменяющая и дополняющая как пользовательский, так и программный интерфейс. Операционная среда создаёт для пользователя и прикладных программ иллюзию работы в полноценной ОС. Появление операционной среды обычно означает, что используемая операционная система не полностью удовлетворяет требованиям практики.

Рис. 3. Роль операционной среды

Защита информации – это очень большая проблема. В рамках работы ОС под защитой информации подразумевается в основном обеспечение целостности информации и защита от несанкционированного доступа. Обеспечение целостности возлагается в основном на файловую систему, а защита от несанкционированного доступа – на ядро. Обычным механизмом такой защиты является использование паролей и уровней привилегий. Для каждого пользователя определяются границы доступа к файлам и приоритетность его программ. Наивысший приоритет имеет системный администратор.

Сетевые средства и распределённые системы. Составной частью современных ОС являются средства, которые позволяют связываться через вычислительную сеть с приложениями, работающими на других ЭВМ. Для этого ОС решает в основном две задачи: обеспечение доступа к файлам на удалённых ЭВМ и возможность запуска программы на удалённой ЭВМ.

Первая задача наиболее естественно решается с помощью использования так называемой сетевой файловой системы , которая организует работу пользователя с удалёнными файлами так, как будто эти файлы находятся на магнитном диске самого пользователя.

Вторая задача решается с помощью механизма вызова удалённой процедуры , который реализуется средствами ядра и также скрывает от пользователя разницу между локальными и удалёнными программами.

Наличие средств для управления ресурсами удалённых ЭВМ, является основой для создания распределённых вычислительных систем. Распределённая вычислительная система – это совокупность нескольких связанных ЭВМ, работающих независимо, но выполняющих общее задание. Такую систему можно рассматривать как многопроцессорную.

Оболочка – система, изменяющая пользовательский интерфейс. Оболочка создаёт для пользователя интерфейс, отличный от такового самой операционной системы. Задача оболочки – упрощение некоторых общеупотребительных действий с операционной системой. Однако оболочка не заменит ОС, и потому пользователь-профессионал должен изучать также командный интерфейс самой ОС.

Утилиты имеют узкоспециализированное назначение и выполняют каждая свою функцию. Утилиты выполняются в среде соответствующих оболочек и предоставляют пользователям дополнительные услуги (в основном по обслуживанию дисков и файлов). Чаще всего это:

Обслуживание дисков (форматирование, обеспечение сохранности информации, возможности ее восстановления в случае сбоя и т. д.);

Обслуживание файлов и каталогов (поиск, просмотр и т.д.);

Создание и обновление архивов;

Предоставление информации о ресурсах компьютера, о занятости дискового пространства, о распределении оперативной памяти между программами;

Печать текстовых и других файлов в различных режимах и форматах;

Защита от компьютерных вирусов.

Рис. 4. Роль оболочки ОС

Инструментальные системы – это программный продукт, обеспечивающий разработку информационно-программного обеспечения. К инструментальным системам относятся: системы программирования, системы быстрой разработки приложений и системы управления базами данных (СУБД).

Система программирования предназначена для разработки прикладных программ с помощью некоторого языка программирования. В её состав включаются:

· компилятор и/или интерпретатор;

· редактор связей;

· среда разработки;

· библиотека стандартных подпрограмм;

· документация.

Компилятор – это программа, выполняющая преобразование исходной программы в объектный модуль, то есть файл, состоящий из машинных команд. Интерпретатор – программа, непосредственно выполняющая инструкции языка программирования.

Редактор связей – это программа, которая собирает несколько объектных файлов в один исполняемый файл.

Интегрированная среда разработки – совокупность программ, включающая в себя текстовый редактор, средства управления файлами программного проекта, отладчик программ, которая автоматизирует весь процесс разработки программ.

Библиотека стандартных подпрограмм – набор объектных модулей, организованных в специальные файлы, которые предоставляются производителем системы программирования. В таких библиотеках имеются обычно подпрограммы ввода-вывода текста, стандартные математические функции, программы управления файлами. Объектные модули из стандартной библиотеки обычно автоматически подключаются редактором связей к пользовательским объектным модулям.

Рис. 5. Этапы разработки программ

Системы быстрой разработки приложений представляют собой развитие обычных систем программирования. В RAD-системах во многом автоматизирован сам процесс программирования. Программист не пишет сам текст программы, а с помощью некоторых наглядных манипуляций указывает системе, какие задачи должны выполняться программой. После чего RAD-система сама генерирует текст программы.

Система управления базами данных - это универсальное программное средство, предназначенное для организации хранения и обработки логически взаимосвязанных данных и обеспечения быстрого доступа к ним. Одной из важных возможностей ЭВМ является хранение и обработка больших объемов информации, причем на современных компьютерах происходит накопление не только текстовых и графических документов (рисунки, чертежи, фотографии, географические карты), но и Web-страниц глобальной сети Internet, звуковых и видео файлов. Создание баз данных обеспечивает интеграцию данных и возможность централизованного управления ими. В базы данных собирается информация, организованная по определённым правилам, которые предусматривают общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, для того, чтобы с ними могли работать различные пользователи и программы.

СУБД дают возможность программистам и системным аналитикам быстро разрабатывать более совершенные программные средства обработки данных, а конечным пользователям осуществлять непосредственное управление данными. СУБД должна обеспечивать пользователю поиск, модификацию и сохранность данных, оперативный доступ, защиту целостности данных от аппаратных сбоев и программных ошибок, разграничение прав и защиту от несанкционированного доступа, поддержку совместной работы нескольких пользователей с данными. Существуют универсальные системы управления базами данных, используемые для различных приложений. При настройке универсальных СУБД для конкретных приложений они должны обладать соответствующими средствами. Процесс настройки СУБД на конкретную область применения называется генерацией системы. К универсальным СУБД относятся, например системы Microsoft Access, Microsoft Visual FoxPro, Borland dBase, Borland Paradox, Oracle.

Телекоммуникационные технологии обработки данных. Важной особенностью многих ОС является способность их взаимодействия друг с другом, посредством сети, что позволяет компьютерам взаимодействовать друг с другом, как в рамках локальных вычислительных сетей (ЛВС), так и в глобальной сети Интернет.

Современные операционные системы, как вновь создаваемые, так и обновленные версии существующих, поддерживают полный набор протоколов для работы в локальных и глобальных компьютерных сетях. На данный момент мировая компьютерная индустрия развивается очень стремительно. Производительность систем возрастает, а следовательно возрастают возможности обработки больших объёмов данных. Операционные системы класса MS-DOS уже не справляются с таким потоком данных и не могут целиком использовать ресурсы современных компьютеров. Поэтому она больше нигде широко не используется. Все стараются перейти на более совершенные ОС, какими являются Unix, Windows, Linux или Mac OS.

Если дать определение ОС словами пользователя, то операционную систему можно называть самой главной программой, которая загружается первой при включении компьютера и благодаря которой становится возможным общение между компьютером и человеком. Задача ОС - обеспечить удобство работы с компьютером для человека-пользователя. ОС управляет всеми подключенными к компьютеру устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам. Кроме того, ОС - это своего рода буфер-передатчик между компьютерным железом и остальными программами, она принимает на себя сигналы-команды, которые посылают другие программы, и «переводит» их на понятный машине язык.

Получается, что каждая ОС состоит как минимум из трех обязательных частей:

Первая - ядро , командный интерпретатор , «переводчик» с программного языка на «железный», язык машинных кодов.

Вторая - специализированные программки для управления различными устройствами, входящими в состав компьютера. Такие программки называются драйверами - т. е. «водителями», управляющими. Сюда же относятся так называемые «системные библиотеки», используемые как самой операционной системой, так и входящими в ее состав программами.

И, наконец, третья часть - удобная оболочка, с которой общается пользователь - интерфейс . Своего рода красивая обертка, в которую упаковано скучное и не интересное для пользователя ядро. Сравнение с упаковкой удачно еще и потому, что именно на нее обращают внимание при выборе операционной системы, - о ядре же, главной части ОС, вспоминают уже потом. Поэтому такая нестабильная и ненадежная с точки зрения ядра ОС, как Windows 98/ME, и пользовалась таким сногсшибательным успехом - благодаря красивой обертке-интерфейсу.

Сегодня графический интерфейс - неизменный атрибут любой операционной системы, будь то Windows XP, Windows NT или Mac OS (операционная система для компьютеров Apple Macintosh). Операционные системы первых поколений имели не графический, а текстовый интерфейс, т. е. команды компьютеру отдавались не щелчком мышки по рисунку-пиктограмме, а с помощью введения команд с клавиатуры. Например, сегодня для запуска программы редактирования текстов Microsoft Word достаточно щелкнуть по значку этой программы на Рабочем Столе Windows. А раньше, при работе в ОС предыдущего поколения - DOS, необходимо было вводить команду типа

C:\WORD\word.exe mybook.doc.

ОС классифицируются по :

· количеству одновременно работающих пользователей: однопользовательские (предназначенные для обслуживания одного клиента) и многопользовательские (рассчитанные на работу с группой пользователей одновременно за различными терминалами). Примером первой может служить Windows 95/98, а второй - Windows NT. Для домашнего использования вам понадобится однопользовательская ОС, а для локальной сети офиса или предприятия нужна многопользовательская ОС;

· числу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы: однозадачные , многозадачные. Однозадачные операционные системы (DOS) могут выполнять в одно и то же время не более одной задачи, а многозадачные ОС способны поддерживать параллельное выполнение нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы, деля между ними мощность компьютера. Например, пользователь может вводить текст в документ Word, слушая музыку с любимого компакт-диска, а компьютер в это же время будет копировать файл из Интернет. В принципе число задач, которое может выполнять ваша ОС, не ограничено ничем, кроме мощности процессора и емкости оперативной памяти;

· количеству поддерживаемых процессоров: однопроцессорные , многопроцессорные (поддерживают режим распределения ресурсов нескольких процессоров для решения той или иной задачи);

· разрядности кода операционной системы:

Ø 16-разрядные (DOS, Windows 3.1),

Ø 32-разрядные (Windows 95 - Windows XP),

Ø 64-разрядные (Windows Vista);

Разрядность ОС не может превышать разрядности процессора;

· типу интерфейса: командные (текстовые) и объектно-ориентированные
(как, правило, графические);

· типу доступа пользователя к ЭВМ:

Ø с пакетной обработкой - из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности),

Ø с разделением времени - обеспечивается одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется ОС в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания),

Ø реального времени - обеспечивают определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя с управлением им какими-либо внешними по отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами. ОС РВ в основном применяется в автоматизации таких областей, как добыча и транспортировка нефти и газа, управление технологическими процессами в металлургии и машиностроении, управление химическими процессами, водоснабжение, энергетика, управление роботами. Из них выгодно выделяется ОС РВ QNX своим полным набором инструментальных средств, к которым пользователь привык, работая с ОС семейства UNIX.

· типу использования ресурсов: сетевые, локальные . Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных, и предоставляют мощные средства разграничения доступа к данным в рамках обеспечения их целостности и сохранности, а также множество сервисных возможностей по использованию сетевых ресурсов. В большинстве случаев сетевые ОС устанавливаются на один или более достаточно мощных компьютеров-серверов, выделяемых исключительно для обслуживания сети и совместно используемых ресурсов. Все остальные ОС будут считаться локальными и могут использоваться на любом персональном компьютере, подключенном к сети в качестве рабочей станции или клиента.

Наконец, еще деление - специализация , предназначение той или иной ОС. Ведь что бы там ни говорили отдельные руководители отдельной программной корпорации, универсальных операционных систем не существует. Одна более пригодна для работы в сети, другую выберут программисты, третью - домашние пользователи. Как показывает практика, знания одной ОС в наше время отнюдь не достаточно. В своей профессиональной работе вам наверняка придется столкнуться не только с Windows, но и с другими ОС - и готовиться к этому надо заранее.

Машинно-зависимыми свойствами ОС являются:

· обработка прерываний;

· планирование процессов;

· управление вводом-выводом;

· управление реальной памятью;

· управление виртуальной памятью.

Машинно-независимыми свойствами ОС являются:

· работа с файлами;

· способы планирования заданий пользователей;

· организация параллельной работы программ;

· распределение ресурсов;

· защита.

Основные критерии подхода при выборе операционной системы. Имеется большое количество ОС и пользователь должен определить, какая ОС лучше других (по тем или иным критериям). Чтобы выбрать ту или иную ОС, необходимо знать:

· на каких аппаратных платформах и с какой скоростью работает ОС;

· какое периферийное аппаратное обеспечение ОС поддерживает;

· как полно удовлетворяет ОС потребности пользователя, т.е. каковы функции системы;

· каков способ взаимодействия ОС с пользователем, т.е. насколько нагляден, удобен, понятен и привычен пользователю интерфейс;

· существуют ли информативные подсказки, встроенные справочники и т.д.;

· какова надежность системы, т.е. ее устойчивость к ошибкам пользователя, отказам оборудования и т.д.;

· какие возможности предоставляет ОС для организации сетей;

· обеспечивает ли ОС совместимость с другими ОС;

· какие инструментальные средства имеет ОС для разработки прикладных программ;

· осуществляется ли в ОС поддержка различных национальных языков;

· какие известные пакеты прикладных программ можно использовать при работе с данной системой;

· как осуществляется в ОС защита информации и самой системы.

Существует несколько видов операционных систем: DOS, Windows, UNIX, Macintosh OS, Linux. У других современных ОС, например Linux, UNIX, OS/2, имеют свои преимущества и недостатки. Linux предоставляет наиболее совершенную защиту, чем Windows, и имеет более продуманный интерфейс; UNIX применяется там, где требуется высокая надежность систем. Большим недостатком OS/2 и UNIX является довольно скудный выбор программных средств, и здесь Windows выигрывает у остальных операционных систем.

Наиболее распространенной является операционная система Windows. Существует несколько версий Windows: Windows-3.1, Windows-95, Windows-98, Windows-2000, Windows NT. Все они близки между собой по содержанию. По-этому рассмотрим такие ОС как DOS и Windows-95.

MS-DOS - одна из первых операционных систем и одна из самых известных. Пик популярности этой операционной системы приходится на 90-е годы, сейчас эта операционная система используется редко. Наибольшей популярностью в мире на данный момент пользуются операционные системы фирмы Microsoft. Их доля составляет около 90% среди всех операционных систем. Наиболее устойчивые системы этой фирмы основаны на технологии NT.

Операционная система DOS

Операционная система DOS состоит из следующих частей:

1) Базовая система ввода-вывода (ВIOS), находящаяся в постоянной памяти (постоянном запоминающем устройстве, ПЗУ) компьютера. Эта часть операционной системы является «встроенной» в компьютер. Ее назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг операционной системы, связанных с осуществлением ввода-вывода. Базовая система ввода-вывода содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении его электропитания. Кроме того, базовая система ввода-вывода содержит программу вызова загрузчика операционной системы.

2) Загрузчик операционной системы - это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты с операционной системой DOS. Функция этой программы заключается в считывании в память еще двух модулей операционной системы, которые и завершают процесс загрузки DOS.

3) Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем. Командный процессор находится в дисковом файле! COMMAND.COM на диске, с которого загружается операционная система. Некоторые команды пользователя, например Туре, Dir или Сор) командный процессор выполняет сам. Такие команды называются внутренними. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем и если находит ее, то загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет программу из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению команд (приглашение DOS).

Внешние команды DOS - это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Эти программы выполняют действия обслуживающего характера, например форматирование дискет, проверку дисков и т.д.

Драйверы устройств - это специальные программы, которые дополняют систему ввода-вывода DOS и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся устройств. Например, с помощью драйверов возможна работа с «электронным диском» т.е. частью памяти компьютера, с которой можно работать так же, как с диском. Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке операционной системы, их имена указываются в специальном файл CONFIG.SYS. Такая схема облегчает добавление новых устройств позволяет делать это, не затрагивая системные файлы DOS.

Window-95 превратились из графической надстройки для DOS в полноценную операционную систему. По крайней мере, так заявляли ее разработчики. На самом же деле все было сложнее: в качестве основы в Windows-95 по-прежнему использовалась добрая старая DOS. Чуть модернизированная, конечно, и не заявленная в качестве отдельного продукта. Впрочем, большинство потребителей такой вариант устраивал. Ведь у них оставалась возможность работать в привычном DOS-режиме, не загружая графическую оболочку Windows, и, следовательно, не расставаться с привычными DOS-программами.

Так же операционная система Window-95 сталf 32-разрядной. Все предыдущие версии DOS и Windows были 16-разрядными и, стало быть, не могли в полной мере использовать возможности даже процессоров семейства 386 и уж тем более новых процессоров Pentium. Конечно, в этом достоинстве крылись и некоторые неудобства. Специально под Windows пользователям пришлось заменять все свои Windows-программы на новые 32-разрядные версии. Однако на практике переход оказался сравнительно легким. Уже в течение года были выпущены новые версии всех популярных программных продуктов. Но и старые 16-разрядные версии могли работать с новой ОС без всяких проблем.

На сегодняшний момент операционная система Windows фирмы Microsoft во всех ее проявлениях, бесспорно, считается самой распространенной операционной системой на ПК: в мире более 150 млн. IBM PC-совместимых компьютеров, и система Windows установлена на 100 млн. из них. Очевидно, что ознакомление с ПК необходимо начинать с ознакомления с Windows, ведь без нее работа на ПК немыслима для большинства пользователей. Знание системы Windows — необходимый кирпичик в стене познания ПК. Операционные системы, развиваясь вместе с ЭВМ, прошли длинный путь от простейших программ в машинных кодах длинной в несколько килобайт до монстров, написанных на языках высокого уровня, размер которых исчисляется десятками мегабайт. Такой значительный рост размера операционных систем обусловлен, главным образом, стремлением разработчиков «украсить» операционную систему, расширить ее возможности, добавить возможности, изначально несвойственные операционным системам, а также сделать интерфейс пользователя интуитивным. Все эти попытки дали свои результаты, и положительные, и отрицательные (усложнение настройки и программного интерфейса при упрощении пользовательского).

Графический интерфейс пользователя изначально был несвойственен неигровым программам, однако, будучи призванным, облегчить общение пользователя с компьютером и программой, хорошо прижился на IBM PC и стал неотъемлемой частью любой уважающей себя операционной системы.

Оболочка Microsoft Windows не была изначально операционной системой, да и сейчас не может считаться полноценной операционной системой, так как она, в некоторых оболочках, существует «поверх» операционной системы типа MS-DOS. Она возникла в виде стандартизатора графического интерфейса и прижилась исключительно потому, что пользователь хотел видеть программу, с которой ему часто приходится работать красивой, практичной, удобной и легкой в освоении и использовании.

Операционная система - это программа, которая загружается при включении компьютера. Она производит диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках и т.д.), запускает другие (прикладные) программы на выполнение. Операционная система обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера.

Основная причина необходимости операционной системы состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления ресурсами компьютера - это операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

Первая версия Windows вышла в свет в конце 80-х годов и осталась совершенно незамеченной. Аналогичная участь постигла и следующую версию - лишь версия Windows 3.0 (1992) сумела пробить себе дорогу к сердцам пользователей и стать «продуктом года». А еще через два года на свет появились 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), окончательно утвердившие господство Windows на Олимпе операционных систем.

Однако ОС Windows 95 не была полностью 32-разрядной программой. Она содержала большие куски 16-разрядного ассемблерного кода (а также немного 32-разрядного) и продолжала использовать файловую систему MS-DOS, практически со всеми её ограничениями. Единственное значительное изменение файловой системы заключалось в добавлении длинных имен файлов к именам из 8+3 символа, разрешенным в MS-DOS.

Даже в выпуске Windows 98 в июне 1998 года MS-DOS все ещё присутствовала (теперь она называлась версией 7.1) и состояла из 16-разрядного кода. Хотя теперь ещё больше функций было переведено из MS-DOS-части системы в часть Windows, а поддержка больших дисковых разделов стала стандартом, по своему строению ОС Windows 98 не сильно отличалась от Windows 95. Основное отличие заключалось в интерфейсе пользователя, в большей степени интегрировавшем в себе Интернет и рабочий стол пользователя. Именно эта интеграция и привлекла внимание Министерства юстиции США, которое затем выдвинуло против корпорации Microsoft иск, обвиняя корпорацию Microsoft в нарушении закона о монополиях. Корпорация Microsoft яростно отрицала свою вину. В апреле 2000 года Федеральный суд США согласился с правительством. Кроме того, что в ядре ОС Windows 98 содержался большой кусок 16-разрядного ассемблерного кода, у этой системы были ещё серьёзные проблемы, Во-первых, хотя эта система была многозадачной, само ядро не был реентерабельным, Если процесс был занят управлением какой-либо структурой данных в ядре, а затем его квант времени заканчивался и начинал работу другой процесс, новый процесс мог получить структуру данных в противоречивом состоянии. Чтобы предотвратить возникновение подобной проблемы, большинство процессов, зайдя в ядро, первым делом получали гигантский мьютекс, покрывающий всю систему, прежде чем приступить к каким-либо действиям. Хотя такой подход и устранял потенциальную угрозу противоречивости структур данных, он также уничтожал большую часть преимуществ многозадачности, так как процессам, чтобы войти в ядро, часто приходилось ждать пока другой процесс ядро покинет.

Во-вторых, у каждого процесса было 4-гигабайтное адресное пространство, в котором первые 2 Гбайт полностью принадлежали процессу. Однако следующий 1Гбайт совместно использовался (с возможностью записи) всеми процессами системы. Нижний 1Мбайт так совместно использовался всеми процессами, чтобы все они могли получать доступ к векторам прерывания MS-DOS. Эта возможность вовсю использовалась большинством приложений Windows 98. В результате ошибка в одной программе могла повредить ключевые структуры данных, используемые посторонними процессами, вследствие чего все эти процессы рушились. Что ещё хуже, последний 1Гбайт совместно использовался (с возможностью записи) процессами и ядром и содержал некоторые критические структуры данных. Любая программа, записав поверх этих структур какой-либо мусор (преднамеренно или нет), могла вывести из строя всю систему. Очевидное решение, заключающееся в том, чтобы не помещать структуры данных ядра в пространство пользователя, было неприменимо, так как старые программы, написанные для MS-DOS, не смогли бы тогда работать в Windows 98.

В 2000 году корпорация Microsoft выпустила слегка измененную версию системы Windows 98, названную Windows Me (Windows Millennium Edition - Windows, выпуск тысячелетия). Хотя в данной версии были исправлены некоторые ошибки, а также добавлены новые функции, под внешней оболочкой скрывалась все та же Windows 98. Новые функции включали в себя улучшенные возможности организации и совместного использования изображений, музыки и фильмов, серьезнее поддерживали работу с сетью на дому и многопользовательские игры, а также содержали больше функций, относящихся к Интернету, таких как поддержка мгновенных сообщений и широкополосных соединений (кабельных модемов и ADSL). Одна интересная новая функция состояла в возможности восстановить прежние настройки компьютера после неверной установки каких-либо параметров. Если пользователь перенастраивал систему (например, изменял paзрешение экрана с 640×480 на 1024х768), и после этого система переставала работать, теперь он мог вернуться к последней работающей конфигурации.

Следом за NT 4.0 предполагалось выпустить версию NT 5.O. Однако в 1999 году корпорация Microsoft изменила ее название на Windows 2000 , в основном из-за попыток найти нейтральное имя, выглядящее логическим продолжением как для пользователей Windows 98, так и для пользователей NT. Таким образом, корпорация Microsoft рассчитывала иметь единую операционную систему, построенную на основе надежной 32-разрядной технологии, но использующую популярный интерфейс пользователя системы Windows 98.

Поскольку в действительности операционная система Windows 2000 представляет собой NT 5.0, она унаследовала множество свойств системы NT 4.0. Она является полностью 32-разрядной (планируется переход на 64-разрядную) многозадачной системой с индивидуально защищенными процессами. У каждого процесса есть собственное 32-разрядное (будет 64-разрядное) виртуальное адресное пространство. Операционная система работает в режиме ядра, тогда как процессы пользователя работают в пользовательском режиме, что обеспечивает полноценную защиту (в отличие от Windows 98). У процессов может быть один или несколько потоков, видимых для операционной системы и управляемых ею. Она удовлетворяет требованиям безопасности уровня С2 Министерства обороны США для всех файлов, каталогов и процессов, а также других объектов, которые могут использоваться совместно (по крайней мере, если гибкий диск вынут, а сеть отключена). Наконец, она обладает полной поддержкой симметричных многопроцессорных систем с числом процессоров от 2 до 32.

Тот факт, что Windows 2000 в действительности представляет собой NT 5.0, проявляется во многом. Например, системный каталог называется \winnt , а двоичный файл операционной системы (в каталоге \winnt\system32 ) называется ntoskrnl.exe. Если щелкнуть на этом файле правой кнопкой мыши и посмотреть его свойства, мы увидим, что номер его версии представляет собой 5xxx.yyy.zzz , где 5 означает NT 5, ххх - номер выпуска, ууу - номер сборки (компиляции), a zzz - дополнительный номер версии. Кроме того, многие файлы в каталоге \winnt
и его подкаталогах содержат буквы nt в своих именах, как, например, виртуальный эмулятор MS-DOS ntz’dm.

Операционная система Windows 2000 - это не просто улучшенная версия NT 4.0 с интерфейсом Windows 98. Начнем с того, что она содержит множество других функций, которые ранее были только в Windows 98. К ним относится полная поддержка устройств plug-and-play, шины USB, стандарта IEEE 1394 (FireWire), IrDA (Infrared Data Association - стандарт на инфракрасную передачу данных и вывод на печать, разработанный ассоциацией IrDA), а также, среди прочего, управление питанием. Кроме того, были добавлены несколько новых функций, не присутствовавших ранее в других операционных системах корпорации Microsoft, включая каталоговую службу Active Directory, систему безопасности Kerberos, поддержку смарт-карт, инструменты мониторинга системы, лучшую интеграцию лэптопов и настольных компьютеров, инфраструктуру системного администрирования и рабочие объекты. Другая новая особенность файловой системы NTFS состоит в разновидности связи с копированием при записи, при использовании которой два пользователя могут совместно использовать один связанный файл. Как только один из пользователей начинает запись в этот файл, автоматически создается копия файла.

Еще одно значительное усовершенствование заключается в интернационализации. Операционная система NT 4.0 поставлялась в виде отдельных версий для различных языков, так как текстовые строки были внедрены в программный код.

Единственная вещь, которой нет в Windows 2000 - это MS-DOS. Ее просто нет здесь ни в каком виде (как не было в NT). Есть интерфейс командной строки, но это новая 32-разрядная программа, включающая функциональность старой системы MS-DOS, а также некоторые новые функции.

Несмотря на многочисленные свойства, способствующие переносимости системы с точки зрения программ, аппаратуры, языков и т. д., в одном отношении операционная система Windows 2000 обладает меньшей переносимостью, чем NT 4.0. Она работает только на двух платформах - Pentium и Intel IA-64. Изначально операционная система NT поддерживала дополнительные платформы, включая PowerPC, MIPS и Alpha, но с годами корпорация Microsoft перестала поддерживать эти процессоры один за другим по коммерческим соображениям.

Операционная система Microsoft Windows XP (от англ. eXPerience - опыт), известная также под кодовым наименованием Microsoft Codename Whistler, является новой ОС семейства Windows, созданной на базе технологии NT. Первоначально в планы корпорации Microsoft входила разработка двух независимых операционных систем нового поколения. Первый проект получил рабочее название Neptune, эта ОС должна была стать очередным обновлением Windows Millennium Edition, новой системой линейки Windows 9X. Второй проект, называвшийся Odyssey, предполагал создание ОС на платформе Windows NT, которая должна была придти на смену Windows 2000. Однако руководство Microsoft посчитало нецелесообразным рассредоточивать ресурсы на продвижение двух разных ОС, вследствие чего оба направления разработок были объединены в один проект — Microsoft Whistler. Возможно, именно благодаря этому решению Windows XP объединяет в себе достоинства уже знакомых пользователям операционных систем предыдущих поколений: удобство, простоту в инсталляции и эксплуатации ОС семейства Windows 98 и Windows ME, а также надежность и многофункциональность Windows 2000. В настоящее время Windows XP для настольных ПК и рабочих станций выпускается в трех модификациях: Home Edition для домашних персональных компьютеров, Professional Edition - для офисных ПК и, наконец, Microsoft Windows XP 64bit Edition - это версия Windows XP Professional для персональных компьютеров, собранных на базе 64-битного процессора Intel Itanium с тактовой частотой более 1 ГГц.

Для запуска Microsoft Windows XP необходим персональный компьютер, отвечающий следующим минимальным системным требованиям: процессор - Pentium-совместимый, тактовая частота от 233 МГц и выше; объем оперативной памяти - 64 Мбайт; свободное дисковое пространство - 1,5 Гбайт. Однако для стабильной и быстрой работы рекомендуется устанавливать данную операционную систему на компьютер со следующими оптимальными характеристиками: процессор - Pentium-II-совместимый (или выше), тактовая частота от 500 МГц и выше; объем оперативной памяти - 256 Мбайт; свободное дисковое пространство - 2 Гбайт. Устройство для чтения компакт-дисков (CD-ROM), модем со скоростью не менее 56 Kbps.

Если сравнить Windows XP с более ранними версиями Microsoft Windows, в новой операционной системе легко обнаружить множество значительных отличий. Несмотря на то, что эта ОС была разработана на основе уже хорошо знакомой российским пользователям платформы NT и, на первый взгляд, по своим характеристикам во многом схожа с Microsoft Windows 2000, фактически Windows XP относится к принципиально иному поколению операционных систем семейства Windows. Теперь пользователь Windows не привязан к какому-либо стандартному интерфейсу, устанавливаемому в системе по умолчанию. Если вам не нравится традиционный вид окон, элементов управления и Панели задач, доставшийся новой ОС «в наследство» от Windows 2000, то вы можете без труда изменить их, загрузив из Интернета любой из сотен специально разработанных «Тем». Традиционное Главное меню, открывающее доступ к установленным на компьютере программам, хранящимся на дисках документам и настройкам операционной системы, также претерпело ряд значительных изменений. Теперь при нажатии кнопки Пуск появляется динамическое меню, содержащее значки лишь пяти программ, которыми пользуется наиболее часто. Благодаря этому можно начать работу с нужными приложениями значительно быстрее. Здесь же расположены значки браузера Microsoft Internet Explorer 6 и почтового клиента Outlook Express 6, кнопки Выход из системы (Log Off) и Выключение компьютера (Turn Off Computer), позволяющие завершить текущий сеанс работы с Windows и выключить компьютер.

В среде Microsoft Windows пользователю часто приходится одновременно работать с несколькими документами или набором различных программ.

В состав Windows XP включен специальный механизм — быстрое переключение сеансов (Fast User Switching), с применением которого можно быстро, без регистрации подключать к работе с операционной системой новых пользователей и групп пользователей. Появилась также возможность переключаться между несколькими сеансами работы без необходимости сохранять данные или перезагружать систему.

Так как операционная система Windows Vista вышла чуть больше месяца назад, то нет ещё сведений по её архитектуре.

Можно сказать точно, что эта система имеет похожесть по строению с Windows XP во многих решениях (например она построена как и XP на ядре NT и имеет поддержку NTFS), но в ней содержится очень много новых служб, продуманный интерфейс Windows Aero и доработка системы поиска и индексации.

Windows Vista – это новое решение от небезызвестной Microsoft. Эта ОС сочетает в себе все достижения в сфере безопасности, дизайна, коммуникаций и широкой совместимости с разными устройствами.

Windows 7 - операционная система семейства Windows NT, следующая за Windows Vista. В линейке Windows NT система носит номер версии 6.1 (Windows 2000 - 5.0, Windows XP - 5.1, Windows Server 2003 - 5.2, Windows Vista и Windows Server 2008 - 6.0). Серверной версией является Windows Server 2008 R2, версией для интегрированных систем - Windows Embedded Standard 2011 (Quebec), мобильной - Windows Embedded Compact 2011 (Chelan, Windows CE 7.0)

Операционная система поступила в продажу 22 октября 2009 года, меньше чем через три года после выпуска предыдущей операционной системы, Windows Vista. Партнёрам и клиентам, обладающим лицензией Volume Licensing, доступ к RTM был предоставлен 24 июля 2009 года.

В состав Windows 7 вошли как некоторые разработки, исключённые из Windows Vista, так и новшества в интерфейсе и встроенных программах. Из состава Windows 7 были исключены игры Inkball, Ultimate Extras; приложения, имеющие аналоги в Windows Live (Почта Windows и пр.), технология Microsoft Agent, Windows Meeting Space; из меню «Пуск» исчезла возможность вернуться к классическому меню и автоматическая пристыковка браузера и клиента электронной почты. Также из состава Windows исчез Календарь Windows.

Задание 2

Выполнение данного задания предусматривает решение примеров на перевод чисел из одной системы счисления в другую с представлением полных математических выкладок (точность представления чисел — до пятого знака после запятой) и представление чисел в форме с плавающей и с фиксированной точкой.

В первом примере необходимо перевести числа из десятичной системы счисления в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную.

Во втором примере необходимо перевести числа из двоичной системы счисления в десятичную, восьмеричную и шестнадцатеричную.

В третьем примере числа, заданные в форме с плавающей точкой необходимо представить в форме с фиксированной точкой.

Варианты заданий определяются по таблице:

248,615 322,549

11001100,10101 11110001,11101

2.462Е+03 7.355Е-02

5.526Е+04 1.254Е-01

248,615 =8F.9D70FA (16) = 370. 47270 (8) =10111000.10011 (2)

248|16

240 15

8

0.615 * 16 =9.84

0.84*16 =13.44

0.44*16= 7.04

0.04*16 = 0.64

0.64*16 = 10.24

248|8

248 31|8

0 24 3

7

0.615*8 =4.92

0.92*8 = 7.36

0.36*8 = 2.88

0.28*8=7.04

0.04*8 = 0.32

248 |2

248 124|2

0 124 62 |2

0 62 31 |2

0 30 15|2

1 14 7|2

1 6 3 |2

1 2 1

0

0.615*2 = 1.23

0.23*2 = 0.46

0.46*2 = 0.92

0.92*2 = 1.84

0.84*2 = 1.68

322.549 =142.8C8B4 (16) =502.43105 (8) =
101000010.10001 (2)

322|8

320 40 |8

2 40 5

0

0.549*8= 4.392

0.392 * 8 = 3.136

0.136 * 8 = 1.088

0.088 * 8 = 0.704

0.704 * 8 = 5.632

322|16

320 20 |16

2 16 1

4

0.549*16 =8.784

0.784 * 16 =12.544

0.544*16 =8.704

0.704*16 =11.264

0.264*16 = 4.224

322 |2

322 161|2

0 160 80 |2

1 80 40 |2

0 40 20 |2

0 20 10 |2

0 10 5 |2

0 4 2 |2

1 2 1

0

0.549 *2 = 1.098

0.098*2 = 0.196

0.196*2 = 0.392

0.392*2 = 0.784

0.784 *2 = 1.568

11001100.10101 =204.65625 (10) = 314.52 (8) =CC.A8 (16)

11110001.11101= 241.90625 (10) = 361.72 (8) =F1.E8 (16)

2.462E+03 = 2462

7.355Е-02 = 0,07355

5,526Е+04 = -55260

1,254Е-01 = 0,1254

Задание 3

Целью данного задания является проверка умения студента работать с файловой системой. Задание состоит из двух частей. В первой части требуется записать шаблон, объединяющий в группу заданные файлы. Во второй части задания требуется записать маршруты (пути доступа) к заданным файлам, если иерархическое дерево папок диска имеет следующий вид:

Таблица вариантов заданий:

Запишите маршрут к следующим файлам:	Запишите шаблон, объединяющий…
договор.doc из корневой папки диска D: программа.bas из папки Учебная	все файлы с расширением .bmp ; все файлы, имена которых состоят не более чем из четырех символов;

D:\договор.doc

D:\Мгук\Работа\Учебная\ программа.bas

*.bmp

????.*

Задание 4

Для выполнения задания по данному вопросу необходимо разработать в текстовом процессоре Microsoft Word рекламный лист на заданную тему. Документ должен содержать:

текст;


фигурный текст;


рисунок;


таблицу;


Темы для разработки документов представлены в таблице:






Кандагар
	Сеансы: В пятницу В субботу В воскресенье 14:15 16:30 18:45 21:00 14:25 16:50 18:55 21:30 23-55 14:05 16:20 18:25 20:50 Афганистан, 1995 год. В Афганистане идет гражданская война. Движение «Талибан» контролирует страну. По обвинению в контрабанде оружия российский грузовой лайнер, совершавший рейс в Кабул с оружием на борту, захвачен в аэропорту Кандагара. Экипаж лайнера – пятеро русских летчиков — оказывается в плену. Российское правительство вынуждено отказать экипажу в помощи. Проведя год в нечеловеческих условиях афганского плена, брошенные Родиной на произвол судьбы, русские летчики понимают, что рассчитывать приходится только на себя и решаются совершить дерзкий побег… Внимание! Фильм только для зрителей старше 14 лет!
Легион
	В пятницу В субботу В воскресенье 14:05 16:20 18:15 21:10 14:00 16:00 18:00 21:00 23-05 14:15 16:25 18:25 20:55 Когда Господь совсем потерял веру в человечество, Он послал на землю ангелов смерти, дабы навсегда стереть с лица Земли сей непотребный род. И лишь Архангел Михаил воспротивился этому. Собрав под своими крыльями горстку людей, обитающих посреди пустыни в Богом забытой закусочной и ждущих появления Спасителя, он встал на защиту человечества. Внимание! Фильм только для зрителей старше 16 лет

Задание 5


Решение задачи должно содержать следующие разделы:

Постановка задачи.


Список идентификаторов, включающий обозначение каждого идентификатора, его физический смысл и тип данных.


Графическая схему алгоритма, описывающая процесс решения задачи (с подробными комментариями).


Текст программы на языке высокого уровня, описывающей разработанный алгоритм (с комментариями).


Расчет коэффициента К широты ассортимента товаров по формуле:


К = ,


где n — количество проверок;


Постановка задачи.


Программа должна вычислять
коэффициент широты ассортимента товаров по формуле:



,


где n — количество проверок;


M i — количество разновидностей товаров, предусмотренных ассортиментным минимумом;


G i — количество разновидностей товаров, из предусмотренных ассортиментным перечнем, имеющихся в продаже в момент проверки.


Описание переменных


Для решения задачи необходимы следующие переменные:


n – количество проверок – целое число (integer), значение должно быть строго больше 0, т.к. на n осуществляется деление;


i – текущий шаг вычисления – целое число (integer);


M – количество разновидностей товаров, предусмотренных ассортиментным минимумом – целое число (integer), значение должно быть строго больше 0, т.к. на М осуществляется деление;


G – количество разновидностей товаров, из предусмотренных ассортиментным перечнем, имеющихся в продаже в момент проверки – целое число (integer), значение должно быть больше или равно нулю;


S – сумма значений G/M – вещественное число (real);


K – коэффициент широты ассортимента товара, вещественное число (real).

Год за годом происходит эволюция структуры и возможностей операционных систем. В последнее время в состав новых операционных систем и новых версий уже существующих операционных систем вошли некоторые структурные элементы, которые внесли большие изменения в природу этих систем. Современные операционные системы отвечают требованиям постоянно развивающегося аппаратного и программного обеспечения. Они способны управлять работой многопроцессорных систем, работающих быстрее обычных машин, высокоскоростных сетевых приспособлений и разнообразных запоминающих устройств, число которых постоянно увеличивается. Из приложений, оказавших влияние на устройство операционных систем, следует отметить мультимедийные приложения, средства доступа к Internet, а также модель клиент/сервер.
Неуклонный рост требований к операционным системам приводит не только к улучшению их архитектуры, но и к возникновению новых способов их организации. В экспериментальных и коммерческих операционных системах были опробованы самые разнообразные подходы и структурные элементы, большинство из которых можно объединить в следующие категории.

• Архитектура микроядра.
• Многопоточность.
• Симметричная многопроцессорность.
• Распределенные операционные системы.
• Объектно-ориентированный дизайн.

Отличительной особенностью большинства операционных систем на сегодняшний день является большое монолитное ядро. Ядро операционной системы обеспечивает большинство ее возможностей, включая планирование, работу с файловой системой, сетевые функции, работу драйверов различных устройств, управление памятью и многие другие. Обычно монолитное ядро реализуется как единый процесс, все элементы которого используют одно и то же адресное пространство. В архитектуре микроядра ядру отводится лишь несколько самых важных функций, в число которых входят работа с адресными пространствами, обеспечение взаимодействия между процессами (interprocess communication - IPC) и основное планирование. Работу других сервисов операционной системы обеспечивают процессы, которые иногда называют серверами. Эти процессы запускаются в пользовательском режиме и микроядро работает с ними так же, как и с другими приложениями.

Такой подход позволяет разделить задачу разработки операционной системы на разработку ядра и разработку сервера. Серверы можно настраивать для требований конкретных приложений или среды.

Выделение в структуре системы микроядра упрощает реализацию системы, обеспечивает ее гибкость, а также хорошо вписывается в распределенную среду. Фактически микроядро взаимодействует с локальным и удаленным сервером по одной и той же схеме, что упрощает построение распределенных систем.

Многопоточность (multithreading) - это технология, при которой процесс, выполняющий приложение, разделяется на несколько одновременно выполняемых потоков. Ниже приведены основные различия между потоком и процессом.

Поток . Диспетчеризуемая единица работы, включающая контекст процессора (куда входит содержимое программного счетчика и указателя вершины стека), а также свою собственную область стека (для организации вызова подпрограмм и хранения локальных данных). Команды потока выполняются последовательно; поток может быть прерван при переключении процессора на обработку другого потока.

Процесс . Набор из одного или нескольких потоков, а также связанных с этими потоками системных ресурсов (таких, как область памяти, в которую входят код и данные, открытые файлы, различные устройства). Эта концепция очень близка концепции выполняющейся программы. Разбивая приложение на несколько потоков, программист получает все преимущества модульности приложения и возможность управления связанными с приложением временными событиями.
Многопоточность оказывается весьма полезной для приложений, выполняющих несколько независимых заданий, которые не требуют последовательного исполнения. В качестве примера такого приложения можно привести сервер базы данных, который одновременно принимает и обрабатывает несколько запросов клиентов. Если в пределах одного и того же процесса обрабатываются несколько потоков, то при переключении между различными потоками непроизводительный расход ресурсов процессора меньше, чем при переключении между разными процессами. Кроме того, потоки полезны при описанном в последующих главах структурировании процессов, которые являются частью ядра операционной системы.
До недавнего времени все персональные компьютеры, рассчитанные на одного пользователя, и рабочие станции содержали один виртуальный микропроцессор общего назначения. В результате постоянного повышения требований к производительности и понижения стоимости микропроцессоров производители перешли к выпуску компьютеров с несколькими процессорами.

Для повышения эффективности и надежности используется технология симметричной многопроцессорности (symmetric multiprocessing - SMP).

Этот термин относится к архитектуре аппаратного обеспечения компьютера, а также к образу действий операционной системы, соответствующему этой архитектурной особенности. Симметричную многопроцессорность можно определить как автономную компьютерную систему со следующими характеристиками.

1. В системе имеется несколько процессоров.
2. Эти процессоры, соединенные между собой коммуникационной шиной или какой-нибудь другой схемой, совместно используют одну и ту же основную память и одни и те же устройства ввода-вывода.
3. Все процессоры могут выполнять одни и те же функции (отсюда название симметричная обработка).

Операционная система, работающая в системе с симметричной многопроцессорностью, распределяет процессы или потоки между всеми процессорами. У многопроцессорных систем есть несколько потенциальных преимуществ по сравнению с однопроцессорными, в число которых входят следующие.

Производительность. Если задание, которое должен выполнить компьютер, можно организовать так, что какие-то части этого задания будут выполняться параллельно, это приведет к повышению производительности по сравнению с однопроцессорной системой с процессором того же типа. Сформулированное выше положение проиллюстрировано на рис. 2.12. В многозадачном режиме в один и тот же момент времени может выполняться только один процесс, тогда как остальные процессы вынуждены ожидать своей очереди. В многопроцессорной системе могут выполняться одновременно несколько процессов, причем каждый из них будет работать на отдельном процессоре.

Надежность. При симметричной мультипроцессорной обработке отказ одного из процессоров не приведет к остановке машины, потому что все процессоры могут выполнять одни и те же функции. После такого сбоя система продолжит свою работу, хотя производительность ее несколько снизится.

Наращивание. Добавляя в систему дополнительные процессоры, пользователь может повысить ее производительность.

Масштабируемость. Производители могут предлагать свои продукты в различных, различающихся ценой и производительностью, конфигурациях, предназначенных для работы с разным количеством процессоров.
Важно отметить, что перечисленные выше преимущества являются скорее потенциальными, чем гарантированными. Чтобы надлежащим образом реализовать потенциал, заключенный в многопроцессорных вычислительных системах, операционная система должна предоставлять адекватный набор инструментов и возможностей.

Заблокирован
- Выполняется
Рис. 2.12. Многозадачность и многопроцессорность

Часто можно встретить совместное обсуждение многопоточности и многопроцессорности, однако эти два понятия являются независимыми. Многопоточность - полезная концепция для структурирования процессов приложений и ядра даже на машине с одним процессором. С другой стороны, многопроцессорная система может обладать преимуществами по сравнению с однопроцессорной, даже если процессы не разделены на несколько потоков, потому что в такой системе можно запустить несколько процессов одновременно. Однако обе эти возможности хорошо согласуются между собой, а их совместное использование может дать заметный эффект.

Заманчивой особенностью многопроцессорных систем является то, что наличие нескольких процессоров прозрачно для пользователя - за распределение потоков между процессорами и за синхронизацию разных процессов отвечает операционная система. В этой книге рассматриваются механизмы планирования и синхронизации, которые используются, чтобы все процессы и процессоры были видны пользователю в виде единой системы. Другая задача более высокого уровня - представление в виде единой системы кластера из нескольких отдельных компьютеров. В этом случае мы имеем дело с набором компьютеров, каждый из которых обладает своей собственной основной и вторичной памятью и своими модулями ввода-вывода. Распределенная операционная система создает видимость единого пространства основной и вторичной памяти, а также единой файловой системы. Хотя популярность кластеров неуклонно возрастает и на рынке появляется все больше кластерных продуктов, современные распределенные операционные системы все еще отстают в развитии от одно- и многопроцессорных систем. С подобными системами вы познакомитесь в шестой части книги.

Одним из последних новшеств в устройстве операционных систем стало использование объектно-ориентированных технологий. Объектно-ориентированный дизайн помогает навести порядок в процессе добавления к основному небольшому ядру дополнительных модулей. На уровне операционной системы объектно-ориентированная структура позволяет программистам настраивать операционную систему, не нарушая ее целостности. Кроме того, этот подход облегчает разработку распределенных инструментов и полноценных распределенных операционных систем.

Об операционной системе "Виндовс" знает каждый пользователь компьютера. На сегодня она считается самой распространенной, простой и удобной, ориентированной и на начинающего, и на "продвинутого" владельца. В этой статье мы предлагаем читателю кратко познакомиться со всеми операционными системами семейства Windows, начиная от самой первой и заканчивая самой современной. Представим основную информацию, отличительные характеристики версий.

О MS Windows

Windows - "Окна". Так на русский язык с английского переводится название популярной ОС.

MS Windows - название семейства проприетарных операционных семейств компании "Майкрософт", которые ориентированы на использование графического интерфейса при управлении. Надо сказать, что первоначально "Окна" были лишь графической надстройкой для MS-DOS.

В августе 2014 года Net Application предприняла масштабное статистическое исследование. По его итогам было выявлено, что 89 % персональных компьютеров в мире работают с операционными системами семейства Windows. Согласитесь, значительный показатель.

Сегодня "Виндовс" функционирует на платформах x86, x86-64, IA-64 и ARM. Ранее существовали версии для DEC Alpha, MIPS, PowerPC и SPARC.

Развитие ОС

Первые версии операционных систем семейства Windows, как мы уже говорили, не были полноценными ОС. Это настойки к MS-DOS. Подобное многофункциональное расширение прибавляло новые режимы работы процессора, поддержку многозадачных операций, стандартизацию интерфейсов аппаратного обеспечения компьютера, единообразные программы для пользователей. Эта характеристика касается следующих версий:

Новый этап развития - семейства Windows 9x: 95 и 98, 2000, МЕ.

Современный шаг развития приходится на 2001-2016 гг. Его начало считается выпуск двух версий популярной "Виндовс ХР" - корпоративной и "домашней". Затем были представлены версии "Виста", 7, 8, 10.

Рассмотрим каждую вариацию ОС подробнее.

Windows 1.0

Раскроем особенности операционной системы семейства Windows. Данная версия являлась графическим интерфейсом пользователя "Майкрософт" для ОС MS-DOS. Тут использовался принцип фреймового менеджера окон. Помогал диалогу с операционной системой, унифицировал внешний вид программ, оптимизировал работу с периферийными аппаратами.

Билл Гейтс официально анонсировал разработку в 1983 году в Нью-Йорке. Над созданием Windows 1.0 трудились 24 ученых. В розничную продажу интерфейс поступил спустя два года - в 1985-ом. В США тогда продукт стоил 99 долларов, а в Германии - 399 марок.

Один из самых существенных минусов разработки: для ее использования требовалось приобретение дорогостоящих комплектующих - новой модели процессора, мыши, объемной памяти для компьютера.

Windows 2.0

Это пополнение семейства операционных систем MS Windows увидело свет в 1987 году. Его отличали новые характеристики и возможности:

• Использование скоростного процессора Intel 286.
• Возможности для расширения памяти и взаимодействия приложений с применением DDE.
• Применение сочетаний "горячих клавиш".
• Использование многооконной среды.
• Собственный API-код.

Несмотря на все вышеперечисленное, данная операционная система не стала широко распространенной, хотя находились разработчики, писавшие под нее программы. Ее существенные минусы: слабая аппаратная часть, большие программные ограничения.

Windows 3.0

Главная характеристика операционной системы семейства Windows: это первый продукт, действительно получивший массовое распространение. Его выпуск начался в 1990 году. Объяснялось тем, что ОС устанавливалась производителями на продаваемые компьютеры.

Файловая оболочка MS-DOS в этой версии была заменена "Диспетчером программ". Использовалась также собственная надстройка: "Диспетчер файлов", применяющийся для навигации по диску.

Можно выделить и внешнее оформление. Интерфейс был псевдотрехмерным: это достигалась расширенной цветовой палитрой VGA. В этой версии уже была полнофункциональная "Панель управления". Она позволяла оперировать настройками системы и открывала совершенно новую возможность - использование изображения в качестве подложки рабочего стола.

Система помощи пользователю была организована с применением языка HTML, уже содержала в себе гиперссылки. Расширенным был и набор сопутствующего программного обеспечения:

• Текстовой редактор Wordpad.
• Графический редактор Paintbrush.
• Игры "Пасьянс-свободные ячейки", "Пасьянс-косынка", "Сапер".
• Иные утилиты.

Поддерживалось несколько режимов памяти: 16- и 32-разрядный. По словам пользователей, в плане удобства работы ОС была на равных с современными ей продуктами Apple Macintosh.

Windows 3.1

Какое достоинство операционной системы семейства Microsoft Windows версии 3.1? Это первая ОС от корпорации, имеющая поддержку русского языка, отчего получившая широкое распространение в России.

Вышла на рынок в 1992 году. Каких-то отличительных черт тут нет - 3.1 была улучшенной версией предыдущего выпуска. Добавили расширенные настройки рабочей среды, улучшили графический интерфейс, исправили ошибки и повысили стабильность работы.

Windows 95

Кодовое название этой графической операционной системы семейства Windows - "Чикаго". Она была выпущена в августе 1995 года (версия для России представлена в ноябре того же года).

В основном предназначалась для домашних компьютеров. Была гибридной: поддерживала 16- и 32-разрядные системы. Именно здесь появился рабочий стол с привычными нам значками, панели задач и "фирменное" меню "Пуск".

Windows 98

Официальный выпуск (после бета-тестирования) этой версии пришелся на 1998 год. Перечислим основные возможности, характеристику операционной системы семейства Windows:

• Улучшенная поддержка AGP.
• Доработанные драйверы для USB.
• Поддержка работы системы с несколькими мониторами.
• Первый браузер Internet Explorer.
• Поддержка Web TV.

В 1999 году была выпущена обновленная версия ОС. Ее отличал более усовершенствованный браузер, добавление поддержки DVD.

Windows 2000 и МЕ

Версия была выпущена, соответственно, в 2000 году. Ее характеризовало следующее:

• Обновленный интерфейс.
• Поддержка службы каталогов Active Directory.
• Файловая система стандарта NTFS 3.0.
• Служба IIS, представленная в версии 5.0.

В том же 2000-м вышла новая версия системы - Windows ME (Millennium Edition). Кратко представим, чем же она отличалась:

• Улучшение работы с мультимедийными средствами.
• Возможность записи как аудио-, так и видеоконференций.
• Появление средств для восстановления информации после сбоев системы.
• Отсутствие реального режима от MS-DOS.

Windows XP и Vista

ХР - самая популярная операционная система из группы "Виндовс". Имела версию как для домашних, так и для корпоративных компьютеров. Ключевые добавления:

• Улучшенный графический интерфейс.
• Быстрая смена "юзеров".
• Возможности удаленного управления ПК.
• Улучшение возможностей восстановления системы.

В 2003 году увидел свет серверный вариант ОС - Windows Server 2003. По словам его разработчиков, здесь было уделено большое внимание безопасности системы. В 2006 году появилась версия ХР для маломощных ПК под названием Windows Fundamentals for Legacy PCs (FLP).

В 2006 году корпоративным клиентам была представлена "Виста". Рядовые пользователи смогли приобрести ее "домашнюю" версию только в 2007 году. "Висту" отличало следующее:

• Новые возможности по управлению пользовательским интерфейсом.
• Обновленная подсистема управления памятью, ввода-вывода.
• Появление режима "гибернации".
• Улучшение возможностей безопасности.

Windows 7

Эта операционная система от "Виндовс" появилась на прилавках магазинов в 2007 году. Давайте посмотрим на ее отличительные характеристики:

• Поддержка "Юникод 5.1".
• Возможность мультитач-управления.
• Появление 50 новых шрифтов вдобавок к доработанным стандартным.
• Поддержка псевдонимов папок на внутреннем уровне.
• Тесная интеграция с изготовителями драйверов.
• Совместимость с рядом старых приложений, чей запуск был невозможен на "Виста".
• Новый интерфейс стандартного мультимедиа-проигрывателя.
• Поддержка нескольких мониторов, расширений мультимедиа, возможность воспроизведения аудиофайлов с низкими задержками.

Windows 8

Данная версия появилась в продаже в 2012 году. По статистике, находится на втором месте по распространенности в мире (после 7-й версии).

Нововведения тут следующие:

• Вход в систему при помощи учетной записи "Майкрософт".
• Два новых метода для аутентификации пользователя.
• Появления магазина приложений для ОС.
• Новая версия интернет-браузера: в настольном и сенсорном варианте.
• Возможность восстановления и сброса системы.
• Новый "Диспетчер задач".
• Появление опции "Семейная безопасность".
• Новая панель управления, изменение экрана приветствия.
• Усовершенствованная система поиска.
• Удобное переключение раскладок клавиатуры.

Windows 10

Новейшая на сегодня версия операционной системы вышла в свет в июле 2015 года. Вот ее ключевые отличия от предыдущих:

• Модификация меню "Пуск": представлено в виде настраиваемых пользователем плиток.
• Изменение размера "Пуска".
• Новые возможности использования магазина приложений.
• Появление "Центра уведомлений".
• Обновленный календарь, часы, батарейный индикатор (для ноутбуков).
• Современные окна с новой анимацией.
• Обновленные интерфейсы приветствия и блокировки.

На этом заканчивается наш обзор операционных систем "Виндовс". Возможно, уже в ближайшем будущем список дополнится новой версией.