Операційні системи
Зміст
Поняття операційна система
Під операційною системою (ОС) звичайно розуміють комплекс управляючих і обробляючих програм, який, з одного боку, виступає як інтерфейс між апаратурою комп'ютера і користувачем з його задачами, а з іншого - призначений для найефективнішого використовування ресурсів обчислювальної системи і організації надійних обчислень. Будь-який з компонентів прикладного ПЗ обов'язково працює під управлінням ОС. Операційна система(ОС) - сукупність програм, які керують роботою всіх пристроїв ПК і процесом виконання ПП. ОС бере на себе виконання таких операцій, як контроль працездатності обладнання ПК; виконання процедури початкового завантаження; керування роботою всіх пристроїв ПК; керування файловою системою; взаємодія користувача із ПК; завантаження й виконання прикладних програм; розподіл ресурсів ПК, таких, як оперативна пам'ять, процесорний час і периферійні пристрої між прикладними програмами.
Головними відмінними рисами сучасних ОС є:
- багатозадачність - здатність забезпечувати виконання декількох програм одночасно;
- розвинутий графічний користувацький інтерфейс;
- використання всіх можливостей, які надаються сучасними мікропроцесорами;
- стійкість у роботі й захищеність;
- повна незалежність від апаратури ( підтримка всіх видів дисплеїв і принтерів);
- сумісність із усіма видами додатків, розробленими для MS-DOS.
До числа таких ОС насамперед відносяться: Windows 9х фірми MS, Windows NT (NT - Hew Technology - "нова технологія") фірми MS, OS/2 War фірми IBM, операційні системи сімейства UNIX.
Сервісні системи розширюють можливості ОС, надаючи користувачеві, а також виконуваним програмам набір різноманітних додаткових послуг. До сервісних систем відносять оболонки, утиліти й операційні середовища.
Оболонка операційної системи - це програмний продукт, що робить спілкування користувача з комп'ютером більш комфортним. У зв'язку з недосконалістю користувацького інтерфейсу операційних систем сімейства DOS було розроблено кілька операційних оболонок. Найбільшу популярність серед користувачів ПК одержала операційна оболонка Norton Commander, створена компанією Peter Norton Computing.
Утиліти - це службові програми, які надають користувачеві ряд додаткових послуг. До утиліт відносять наступні програмні засоби: дискові компресори; дискові дефрагментаторы; програми резервного копіювання даних; архіватори; програми, оптимізуючі використання оперативної пам'яті; програми захисту й відновлення даних; антивірусні програми й ін.
Розходження між операційними оболонками й операційними середовищами досить умовні. У ряді літературних джерел вони стерті, тому що операційне середовище має всі ознаки оболонки, за винятком того, що остання не формує нового середовища виконання програм. Це є функцією лише операційної системи. У свою чергу, операційне середовище не можна назвати операційною системою, тому що вона не може функціонувати самостійно. Виходячи із цього операційне середовище можна назвати повнофункціональною надбудовою над ОС. Найбільш відомими операційними середовищами є системи Windows 3.1 і Windows for Workgroups (Windows для робочих груп), які функціонують поверх DOS, при цьому Windows for Workgroups є мережевим розширенням Windows 3.1.
Програмно-інструментальні засоби - це програмні продукти, призначені для розробки програмного забезпечення. До них відносять системи програмування, які включають систему команд процесора, периферійних пристроїв, транслятори (компілятори й інтерпретатори) з різних мов програмування. У цей час найбільш часто використовуються процедурно-орієнтовані системи програмування, такі, як MS Visual Basic, Borland Delphi і інструментарій штучного інтелекту.
Системи технічного обслуговування - сукупність програмно-апаратних засобів ПК для виявлення збоїв у процесі роботи комп'ютера. Вони призначені для перевірки працездатності окремих вузлів, блоків і всієї машини в цілому, будучи інструментом фахівців з експлуатації й ремонту технічних засобів комп'ютера. Ці засоби можна розділити на засоби діагностики ПК, тестового контролю, апаратного контролю й програмно-апаратного контролю.
Засоби діагностики забезпечують автоматичний пошук помилок і виявлення несправностей з певною локалізацією їх у ПК і його окремих модулях.
Програмно-логічний контроль заснований на використанні надлишкового коду початкових і проміжних даних ПК (додатковий розряд при контролі на парність і непарність, код Хэммінга ), що дозволяє знаходити помилки при зміні значень окремих бітів даних.
Тестовий контроль здійснюється за допомогою спеціальних тестів для перевірки правильності роботи ПК або його окремих пристроїв.
Апаратний контроль ведеться автоматично за допомогою збудованого в ПК обладнання.
Програмно-апаратний контроль включає програмний і апаратний контроль.
ПЗ, що призначене для рішення певних класів завдань користувача, називають прикладним (application software). Прикладне програмне забезпечення складається з пакетів прикладних програм (ППП) і прикладних програм користувача.
Еволюція ОС
Перший період (1945 -1955)
Відомо, що комп'ютер був винайдений англійським математиком Чарльзом Бебіджем наприкінці вісімнадцятого століття. Його "аналітична машина" так і не змогла по-справжньому заробити, тому що технології того часу не задовольняли вимогам по виготовленню деталей точної механіки, що були необхідні для обчислювальної техніки. Відомо також, що цей комп'ютер не мав ОС. Деякий прогрес у створенні цифрових обчислювальних машин відбувся після другої світової війни. У середині 40-х були створені перші лампові обчислювальні пристрої.
Другий період (1955 - 1965)
Із середини 50-х років почався новий період у розвитку обчислювальної техніки, зв'язаний з появою нової технічної бази - напівпровідникових елементів. Комп'ютери другого покоління стали більш надійними, тепер вони змогли безупинно працювати настільки довго, щоб на них можна було покласти виконання дійсно практично важливих задач. Саме в цей період відбувся поділ персоналу на програмістів і операторів, експлуатаційників і розробників обчислювальних машин. В ці роки з'явилися перші алгоритмічні мови, а отже і перші системні програми - компілятори.
Третій період (1965 - 1980)
Наступний важливий період розвитку обчислювальних машин відноситься до 1965-1980 років. У цей час у технічній базі відбувся перехід від окремих напівпровідникових елементів типу транзисторів до інтегральних мікросхем, що дало набагато більші можливості новому, третьому поколінню комп'ютерів. Для цього періоду характерно також створення сімейств програмно-сумісних машин. Першим сімейством програмно-сумісних машин, побудованих на інтегральних мікросхемах, з'явилася серія машин ІBM/360.
Мультипрограмування - це спосіб організації обчислювального процесу, при якому на одному процесорі почерзі виконуються кілька програм. Поки одна програма виконує операцію в/в, процесор не простоює, як це відбувалося при послідовному виконанні програм (однопрограмний режим), а виконує іншу програму (багатопрограмний режим). При цьому кожна програма завантажується у свою ділянку ОП, яка називається розділом.
Інше нововведення - спулінг (spoolіng). Спулінг у той час визначався як спосіб організації обчислювального процесу, відповідно до якого завдання зчитувалися з перфокарт на диск у тім темпі, у якому вони з'являлися в приміщенні обчислювального центра, а потім, коли чергове завдання завершувалося, нове завдання з диска завантажувалося в розділ, що звільнився.
Поряд з мультипрограмною реалізацією систем пакетної обробки з'явився новий тип ОС - системи поділу часу. Варіант мультипрограмування, застосовуваний у системах поділу часу, націлений на створення для кожного окремого користувача ілюзії одноосібного використання обчислювальної машини.
Четвертий період (1980 - час сьогодення )
Наступний період в еволюції ОС зв'язаний з появою великих інтегральних схем (БІС). В ці роки відбулося різке зростання ступеня інтеграції і здешевлення мікросхем. Комп'ютер став доступний окремій людині, і наступила ера персональних комп'ютерів.
На ринку ОС домінували дві системи: MS-DOS і UNІ. Однопрограмна однокористувальницька ОС MS-DOS широко використовувалася для комп'ютерів, побудованих на базі мікропроцесорів Іntel 8086, а потім 80286, 80386 і 80486. Мультипрограмна загальнокористувальницька ОС UNІХ домінувала в середовищі "не-інтелівських" комп'ютерів, особливо побудованих на базі високопродуктивних RіSC-процесорів.
Класифікація операційних систем
В ОС є невелика кількість класифікацій: по призначенню, по режиму обробки задач, по способі взаємодії із системою і по способах побудови (архітектур):
- ОС поділяються на однозадачні й багатозадачні. Однозадачні (DOS) можуть виконувати в один й той же час не більш однієї задачі, а багатозадачні (Wіndows 98/МЕ) здатні одночасно керувати декількома процесами, поділяючи між ними .потужність комп'ютера.
- Ще один критерій - число користувачів ОС. ОС буває призначена для обслуговування одного користувача або розрахована на роботу з групою користувачів одночасно. Прикладом першої може служити усе та ж Wіndows 98/М Е, а другої - Wіndows NT/2000.
- Розрядність. 16-розрядні ОС (DOS, Wіndows 3.1, Wіndows 3.11) пішли в минуле з появою 32-розрядних ОС (Wіndows 98/МЕ). 64-розрядних ОС для домашнього використання поки немає.
- Спеціалізація призначення тієї або іншої ОС. Універсальних ОС не існує. Одна більш придатна для роботи в мережі, іншу виберуть програмісти, третю - домашні користувачі.
По режиму обробки задач розрізняють ОС, що забезпечують однопрограмний і мультипрограмний режими. Під мультипрограмою розуміється спосіб організації обчислень, коли на однопроцесорній обчислювальній системі створиться видимість одночасного виконання декількох програм. Мультипрограмний режим забезпечує рівнобіжне виконання декількох додатків і при цьому програмісти, що створюють ці програми, не повинні піклуватися про механізми організації їхньої рівнобіжної роботи. Ці функції бере на себе сама ОС, саме вона розподіляє між додатками, що виконують ресурси обчислювальної системи, здійснює необхідну синхронізацію обчислень і взаємодію. Мультизадачний режим навпаки, що рівнобіжне виконання і взаємодію додатків лягає саме на прикладних програмістів.
В мультитермінальних ОС з однією обчислювальною системою одночасно можуть працювати кілька користувачів, кожний зі свого термінала. Для організації мультитермінального доступу до обчислювальної системи необхідно забезпечити мультипрограмний режим роботи. У якості одного з прикладів мультитермінальних ОС для ПК можна назвати Linux.
Основною особливістю ОС реального часу (ОСРЧ) є забезпечення обробки завдань, що надходять протягом заданого інтервалу часу, який не можна перевищувати. Потік завдань у загальному випадку не є планомірним і не може регулюватися оператором, тобто завдання надходять у непередбачені моменти часу і без усякої черговості. В ОС не призначених для рішення задач реального часу, маються деякі накладні витрати процесорного часу на етапі ініціювання (при виконанні якого ОС розпізнає всі побажання користувачів щодо рішення своєї задачі, завантажує в ОП потрібну програму і виділяє необхідні для її виконання ресурси). Мультипрограмування є основним засобом підвищення продуктивності обчислювальної системи, а для рішення задач реального часу продуктивність стає найважливішим фактором. Однієї з найбільш відомих ОСРЧ для ПК є ОС QNX.
По основному архітектурному принципі ОС розділяються на мікроядерні і монолітні. До деякої міри цей розподіл теж умовний, однак можна в якості прикладу мікроядерної ОС привести ОСРЧ QNX, тоді як у якості монолітної можна назвати Windows 95/98 чи ОС Linux. Ядро ОС Windows ми не можемо змінити, нам не доступні його вихідні коди й у нас немає програми для зборки (компіляції) цього ядра. А от у випадку з Linux ми можемо самі зібрати ядро, що нам необхідно, включивши в нього ті необхідні програмні модулі і драйвери, що ми вважаємо за доцільне включити саме в ядро (а не звертатися до них з ядра).
Функції ОС та характеристики ОС
Функції ОС
- Контроль працездатності устаткування ПК.
- Виконання процедури початкового завантаження.
- Управління роботою усіх пристроїв ПК.
- Управління файловою системою.
- Взаємодія користувача з ПК.
- Завантаження виконання прикладних програм.
- Розподіл ресурсів ПК.
Головні характеристики сучасних ОС.
- Багатозначність (здатність забезпечувати одночасне використання деяких проблем).
- Розвинутий графічний користувальний інтерфейс.
- Використання всіх можливостей, які надаються сучасним мікропроцесорам.
- Стійкість в роботі і захищеність.
- Повна незалежність від апаратури.
- Суміжність всіх додатків розроблених для MS-DOS.
Сучасні ОС
Linux
Linux (GNU/Linux) - це загальна назва UNIX-подібних операційних систем, створених на основі вільного ядра (Ядро - це програма, яка визначає роботу будь-якої операційної системи та забезпечує взаємодію обладнання та програмного забезпечення) Лінукс і зібраних для нього бібліотек і системних програм, розроблених в рамках проекту GNU.
Досить часто до операційної системи GNU/Linux відносять програми, які доповнюють цю OS, і прикладні програми, які роблять її повноцінної багатофункціональної операційної середовищем.
GNU/Linux, на відміну від більшості інших OS, не має певної «офіційної» комплектації. Вона поставляється у великій кількості дистрибутивів, в яких програми GNU з'єднуються з ядром Linux. Найбільш відомими дистрибутивами Linux є Debian, Ubuntu, Slackware, Red Hat, Mandriva, Fedora, SuSE, Gentoo та інші.
На початку 80-х років XX століття талановитий вчений Річард Столлман вирішив створити аналог популярної в той час в академічних і промислових мережах OS Unix. На думку вченого, Unix став надто комерціалізований, а вихідний код системи став закритим. Так була розроблена концепція Free Software (Вільного програмного забезпечення), основна ідея якої в тому, що користувачі повинні мати можливість модифікувати, створювати і обмінюватися програмами без всяких обмежень. Ця ідея лягла в основу так званого Відкритого ліцензії GNU. Своєї версії операційної системи Столлман дав назву GNU.
У відповідності з концепцією побудови вільного програмного забезпечення, GNU виріс в масштабний проект з величезною кількістю учасників. Однак цьому проекту не вистачало ядра.
На початку 90-х років молодий програміст з Фінляндії Лінус Торвальдс зацікавився OS Minix (однією з версій Unix). Встановивши даний дистрибутив на свій комп'ютер, Лінус виявив помилки і приступив до їх виправлення. Додаючи нові функції, він, фактично, створив нову операційну систему. У 1991 році програміст викладає першу версію Linux-ядра для загального користування. Відкритість вихідних кодів дозволила проекту GNU використовувати його у своїй операційній системі, так як на той момент свого ядра в ній не було. Так з'явився GNU/Linux - набір програмного забезпечення (ПО) проекту GNU і ядра Лінуса Торвальдса.
Однак назва «Linux» отримало більше поширення (приставка GNU просто відпала). На даний момент Лінукс є найпоширенішою безкоштовною операційною системою.
Windows
Найпоширенішою ОС для ПК є WINDOWS, створена фірмою Microsoft. На сьогодні WINDOWS поряд з IBM-сумісними ПК є одною з найпоширеніших технологічних платформ. WINDOWS у версіях WINDOWS-95, WINDOWS-98, WINDOWS-2000 - це 32 розрядна багатозадачна ОС.
В цій ОС використовуються:
- робочі вікна, призначені для різних ПП,
- випливаючі вікна повідомлень програми і отримання реакції користувача,
- діалогові вікна, через які здійснюється основний ввід інформації в програму.
Яскравою зовнішньою ознакою WINDOWS є багатовіконний графічний інтерфейс. Вікно - це частина екрану монітора, яка є полем дії програми. Відображення вводу управляючих команд і інформації в програму, а також вивід зображень і даних з неї відбувається через вікно. Для позначення об’єктів, програм, операцій, опцій вибору використовуються піктограми. Піктограми - це графічні символи, які асоціативно нагадують те, що вони позначають.
Поряд з графічним інтерфейсом важливою рисою WINDOWS є багатозадачність. Одночасно можуть виконуватися декілька різних програм або копій однієї і тої ж програми. Наприклад, користувач може одночасно використовувати текстовий процесор, базу даних, програму для графічного представлення даних і електронні таблиці.
Сучасні версії Windows реалізують механізм ВП. Його суть полягає в тому, що користувачу надається віртуальний (можливий, але реально не існуючий) адресний простір, що визначається 32-х розрядною довжиною адреси (4 Гбайти) розміщення в пам’яті комп’ютера. В той же час фізична ОП може бути значно меншою (одиниці - десятки Мбайт). Інформація, що не поміщається в фізичній ОП, знаходиться на дисковому запам’ятовуючому пристрої.
Операційна система Windows NT.
З появою 32-розрядних ПК перед Microsoft встала проблема створення ОС, яка б використовувала усі можливості апаратури, і фірма зробила рішучий крок, поклавши початок новому сімейству ОС, який можна співставити з рішенням IBM по випуску сімейства PS/2. В 1993 р. була випущена перша версія системи Windows NT з графічним інтерфейсом оболонки Windows 3.1. Windows NT дозволяє використовувати ПП, написані для DOS, для текстового режиму OS/2 і для стандартного інтерфейсу користувача у більшості реалізацій UNIX, що називаються POSIX.
Unix
ОС UNIX, була створена спеціалістами Bell Laboratories компанії AT&T. Її прототип появився в 1969 р. для комп’ютерів PDP-7 фірми Digital, потім вона була перенесена на комп’ютери інших типів, а з 1980 р. і на ПК. В 1979 р. на обчислювальній машині VAX була реалізована версія UNIX з можливостями ВП. Сьогодні існує велика кількість реалізацій цієї ОС практично для кожної апаратної платформи, і UNIX стала своєрідним стандартом відкритих систем, забезпечуючи сумісність програмних продуктів, написаних в її середовищі. ОС UNIX домінує на ринку робочих станцій.
Операційна система MS DOS.
На переважній більшості IBM-сумісних ПК в нашій країні до 1995 року використовувалася ОС MS DOS, яка створена фірмою Microsoft. Ця ОС стала в 1981 р. базовою системою для комп’ютерів, виробництво яких почала тоді фірма IBM. На думку спеціалістів по системному математичному забезпеченню, MS DOS виглядала достатньо примітивно у порівнянні з ОС великих і міні-ЕОМ, які об’єднують ФС і систему управління в/в. Популярність і довге життя MS DOS можна пояснити тільки її простотою і дешевизною. Розроблено понад 7 версій цієї ОС.
Операційна система OS/2.
Задавши тон іншим виробникам ПК IBM PC XT і IBM PC AT, фірма IBM створила нову серію ПК - сімейство PS/2, які виготовляються нею до теперішнього часу. Для цієї серії IBM постачає ОС OS/2, розроблену Microsoft, яка разом з відповідною апаратурою зайняла своє місце серед ряду технологічних платформ. В OS/2 були зразу вирішені питання багатозадачного режиму роботи, а MS DOS може запускатися в ній як одна з задач. Одночасно в OS/2 можуть виконуватися 12 програм, але тільки одна DOS-програма. Більшість користувачів практично не зауважує переходу від MS DOS до OS/2, виявляючи тільки додаткові можливості. В цій ОС можливий також графічний багатовіконний інтерфейс, аналогічний WINDOWS.
Мобільні операційні системи
Сучасні мобільні телефони стає все більш «розумними», недарма ж їх називають смартфонами (в перекладі з англійської smart phone – розумний телефон). Для нормального функціонування таким телефонам потрібна повноцінна операційна система. Які існують мобільні операційні системи?
Один з «піонерів» серед мобільних операційних систем – це Symbian OS. Розробкою її займається консорціум Symbain, який в 1998 році заснували компанію Nokia, Ericsson, Motorola і Psion, пізніше до нього приєдналися інші виробники мобільних телефонів.
Різні версії цієї ОС були адаптовані під певні моделі телефонів. Вона була популярна завдяки своїй легкості і стабільності, низьким вимогам до «начинці» телефону, а також частому виходу нових версій і швидкому виправленню нестабільностей. Ну, і звичайно, важливу роль відіграло те, що платформа Symbian активно підтримувалася одним з провідних виробників телефонів, Nokia, а також довгий час практично не мала конкурентів.
Але коли почали активно розвиватися інші мобільні операційні системи (зокрема, Windows Mobile, Google Android, Apple iOS ), Symbian OS здала свої позиції, хоча до цих пір залишається досить популярною. Згідно з даними досліджень ринку мобільних телефонів, станом на третій квартал 2010 року Symbian OS була встановлена майже на 37% смартфонів, відразу за нею йшла Google Android з майже 26%, а вже потім – решта мобільні операційні системи.
Поговоримо про систему Google Android, яка «дихає в спину» Symbian OS. Незважаючи на свою молодість, вона дуже популярна. Google Android заснована на ядрі Linux, вона використовується не тільки в мобільних телефонах, а й комунікаторах, нетбуках, планшетних комп'ютерах та інших пристроях.
Ця система приваблює своєю гнучкістю: завдяки відкритому вихідному коду кожен розробник може міняти її «під себе». Для користувачів ця відкритість виражається у великій кількості різноманітних додатків. Вона багатозадачна, відрізняється високою швидкодією і зручною інтеграцією з сервісами Google. Але відкритість – також причина і деяких недоліків цієї ОС. Наприклад, вона часто вимагає доопрацювань.
Деякі виробники телефонів вважають за краще використовувати власні мобільні операційні системи. Скажімо, iPhone від Apple працюють під управлінням операційної системи Apple iOS. Пристрої від компанії Research In Motion Limited (RIM) – смартфони BlackBerry – оснащені однойменної операційною системою. А серія тачфонів (сенсорних телефонів) Wave від Samsung працює на платформі Bada (їх так і називають – «бадафони»).
