Слайд 2
Тема 1. Основные понятия ОС
1 Основные понятия ОС
1.1
Определение ОС
Операционная система (ОС) является важной компонентой современной компьютерной
системы, состоящей из различных аппаратных и программных составляющих.
Операционная система относится к классу программного обеспечения (software) и обеспечивает работу аппаратных средств (hardware). Операционная система относится к системному программному обеспечению и разрабатывается системными программистами.
Слайд 3
Операционная система — (ОС), комплекс программ, постоянно находящихся
в памяти компьютера, организующих работу устройств компьютера, загрузку и
выполнение прикладных программ, взаимодействие (интерфейс) компьютера с пользователем.
Слайд 4
Структура компьютерной системы
В самом общем виде можно представить
компьютерную систему так:
Слайд 5
Физические устройства представляют собой аппаратное обеспечение компьютера (процессор,
платы, диски, устройства ввода/вывода информации).
Микроархитектуру составляют регистры процессора,
арифметико-логическое устройство (АЛУ). С их помощью осуществляются простейшие операции над данными – сложение, вычитание, перенос данных из памяти в регистр и обратно, логические операции. Такие простейшие действия реализуются с помощью микропрограмм.
Машинный язык или система команд процессора представляет собой набор инструкций, с помощью которых происходит обработка данных. Эти инструкции представляют собой программные конструкции более высокого уровня по сравнению с микропрограммами.
Слайд 6
Согласно общепринятой классификации, программное обеспечение (ПО) делится на
прикладное и системное. Прикладное ПО позволяет пользователям решать задачи
из разных предметных областей, системное – обеспечивать работу с компьютером на базовом уровне. Операционная система относится к системному программному обеспечению, без которого работа с компьютером была бы трудна, а зачастую и невозможна.
Слайд 7
Назначение ОС
Типичная операционная система имеет следующие назначения:
скрывает
от пользователя сложность аппаратных и микропрограммных уровней компьютера;
обеспечивает
удобную работу пользователям;
распределяет ресурсы между пользователями и программами. ОС выступает для пользователя как в роли виртуальной вычислительной машины с упрощенной архитектурой, так и в роли менеджера ресурсов (память, процессорное время).
Слайд 8
Когда ОС не нужна
Существуют компьютеры, для которых не
нужна ОС:
- Микрокомпьютер, встраиваемый в бытовую технику, автомобили.
- Простая игровая приставка.
Когда ОС нужна
- Вычислительная система используется для различных задач, причём программы, исполняющие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими.
- Различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий.
- Между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;
- Необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере
- Оператор должен иметь возможность управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды, одна из которых — оболочка и набор стандартных утилит — является частью ОС
Слайд 9
1.2 Функции ОС
Основные функции ОС
Существует две основных функции
ОС:
Выступать в роли виртуальной машины
Выступать в роли
менеджера ресурсов
Слайд 10
Основные задачи ОС:
Скрывать от пользователя компьютера и
прикладных программ аппаратные особенности технических средств
Скрывать от пользователя
и прикладных программ сложность микроархитектурного уровня с его сотнями команд и параметров
Обеспечивать программам иллюзию единоличного ''владения'' компьютером
Предоставлять удобный пользовательский интерфейс (командный или графический)
Перечислим основные задачи ОС, как менеджера ресурсов
Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение.
Управление оперативной памятью (распределение между процессами).
Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, компакт-диск и т. д.)
Сетевые операции, поддержка стека протоколов.
Слайд 11
Дополнительные функции ОС
Помимо основных функций, ОС выполняет дополнительные:
Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
Защита самой
системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).
Слайд 12
1.3 Классификация ОС
По назначению:
общего назначения;
специального назначения.
По режиму обработки задач:
однозадачные;
многозадачные.
По способу взаимодействия
с компьютером:
диалоговые
системы пакетной обработки
По организации работы пользователей:
однопользовательские
многопользовательские
Слайд 13
По реакции на действия пользователей (программ)
системы реального
времени
системы с задержками
По архитектурному принципу
микроядерные
макроядерные
По отношению к сети
сетевые
локальные
По количеству поддерживаемых процессоров
однопроцессорные
многопроцессорные
Слайд 14
1.4 Требования к ОС
К основным требованиям относятся:
Расширяемость.
Код должен быть написан таким образом, чтобы можно было
легко внести дополнения и изменения, если это потребуется, и не нарушить целостность системы.
Переносимость. Код должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы (которая включает наряду с типом процессора и способ организации всей аппаратуры компьютера) одного типа на аппаратную платформу другого типа.
Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть всегда предсказуемыми, а приложения не должны быть в состоянии наносить вред ОС.
Слайд 15
Совместимость. ОС должна иметь средства для выполнения прикладных
программ, написанных для других операционных систем. Кроме того, пользовательский
интерфейс должен быть совместим с существующими системами и стандартами.
Безопасность. ОС должна обладать средствами защиты ресурсов одних пользователей от других.
Производительность. Система должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа.
Слайд 16
2 История создания ОС
История развития операционных систем тесно
связано с развитием вычислительной техники.
Можно выделить следующие поколения
ЭВМ:
Первое поколение (1945-1955): электронные лампы и коммутационные панели
Второе поколение (1955-1965): транзисторы и системы пакетной обработки
Третье поколение (1965-1980): интегральные схемы и многозадачность
Четвёртое поколение (1980-наши дни): персональные компьютеры
Слайд 17
3 Эволюция идей ОС
Первые компьютеры не имели операционной
системы, поскольку все действия по загрузке данных и программ
в память выполнялись вручную.
Быстродействие было настолько низким, что не позволяло распараллеливать выполнение задач.
Далее, 1950-60-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС:
пакетный режим,
разделение времени и многозадачность,
разделение полномочий,
реальный масштаб времени,
файловые структуры и файловые системы.
Слайд 18
4 Современность
4.1 Новые архитектуры
Post Unix архитектуры
Архитектура UNIX систем
оказалась чрезвычайно удачно благодаря наличию только двух фундаментальных абстракций:
Файл
Процесс
Коллектив, создавший ОС UNIX, развил концепцию унификации объектов ОС, включив в исходную концепцию UNIX ''устройство — это тоже файл'' также и процессы, и любые другие системные, сетевые и прикладные сервисы, создав новую концепцию: ''что угодно — это файл''.
