Структура операционной системы

Структура ОС показана на рис. 3.2. Операционная система состоит из нескольких отдельных программных блоков (модулей). Одни из них находятся в ПЗУ на материнской плате, другие размещаются на дисковом накопителе.

Рис 3.2

Основой ОС служит ядро, состоящее из программ, собственно и определяющих в понимания пользователя операционную систему. Эти программы устанавливаются с любого носителя, выстраивая операционную систему на базе BIOS и конкретных устройств аппаратного уровня. После установки программные модули ядра размещаются на винчестере или других накопителях (CD-R или гибкой дискете).

Комплекс резидентных программ, хранящихся в блоке ПЗУ (BIOS), носит универсальный характер и не является частью какой-либо одной операционной системы. (Резидентными называются программы, остающиеся в памяти после того, как управление передается в ОС). Эти программы составляют элемент компьютерной архитектуры (в большинстве случаев архитектуры IBM-совместимых компьютеров). В задачу этих программ входят выполнение функций базового ввода-вывода и инициализация аппаратных элементов, общих для всех компьютеров данного типа. Резидентные программы образуют фундамент, на котором строится любая операционная система.

Для связи резидентных программ с основной частью ОС служит специальная программа, находящаяся в ПЗУ, которая обращается по фиксированному адресу к дисковому накопителю. С этого адреса на накопителе размещается программа, начинающая загрузку операционной системы при включении компьютера.

Таким образом, ОС – это набор программных модулей ядра, сопровождаемых программами – драйверами и утилитами, которые установлены на конкретном компьютерном оборудовании, включая и сетевые элементы.

Проектирование и создание основной части операционной системы, размещаемой на дисковом накопителе, – очень сложное, долгое и трудоемкое дело. Поэтому оно выполняется немногими фирмами, занимающимися разработкой системного программного обеспечения: Microsoft, IBM, Apple и некоторыми другими.

Разработка ОС включает в себя несколько этапов. Вначале создается исходный вариант набора программ, составляющих ОС. Далее начинается долгий этап отладки (выявления и устранения ошибок). Сначала фирма проводит тестирование самостоятельно, затем рабочая версия операционной системы передается для опытной эксплуатации некоторым фирмам и отдельным специалистам-профессионалам. Они проводят экспертизу ОС с целью поиска в проверяемой системе ошибок.

По прошествии некоторого времени информация о найденных ошибках суммируется. В рабочий вариант системы вносятся исправления и улучшения. После этого пользователям может быть предложена первая версия ОС. В ней будут обнаруживаться новые ошибки, выходить устраняющие их новые варианты системы (сервис-паки). Только после нескольких лет широкой эксплуатации может быть получена стабильно работающая операционная система. Выявленные в ней ошибки и недочеты обычно устраняются только при создании уже следующей версии ОС.

Классификация ОС приведена в [7, 30, 34, 40]. В основе классификации лежат следующие основные признаки.

По количеству пользователей различают однопользовательские (Windows 95, 98, ME) и многопользовательские (Windows NT, 2000, XP) ОС.

По количеству одновременно решаемых задач ОС бывают однозадачные (MS DOS) и многозадачные (Windows).

По организации работы компьютерной сети выделяют клиентские (Windows 95, 98, ME, NT, 2000, XP) и сетевые (Windows NT Server, Windows 2000 Server, Netware, Unix, OS и др.) ОС.

По системе файловой разметки ОС выполняются как FAT16, FAT32, NTFS, WinFS.

3.3. Служебное программное обеспечение [33]

Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью программ данного класса выполняется большинство операций, связанных с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой. Однако для повышения удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы.

Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создания архивов. Архивирование данных упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архивный файл. При этом повышается и эффективность использования носителя, поскольку архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации. Архиваторы часто используют для создания резервных копий ценных данных.

Средства просмотра и воспроизведения. Обычно для работы с файлами данных необходимо загрузить их в «родительскую» прикладную систему, с помощью которой они были созданы. Это дает возможность просматривать документы и вносить в них изменения. Но в тех случаях, когда требуется только просмотр без редактирования, удобно использовать более простые и универсальные средства, позволяющие просматривать документы разных типов.

Средства диагностики предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они выполняют необходимые проверки и выдают собранную информацию в удобном и наглядном виде. Их используют не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы.

Средства контроля (мониторинга). Программные средства контроля иногда называют мониторами. Они позволяют следить за процессами, происходящими в компьютерной системе. При этом возможны два подхода: наблюдение в реальном режиме времени или контроль с записью результатов в специальном протокольном файле. Первый подход обычно используют при изыскании путей для оптимизации работы вычислительной системы и повышения ее эффективности. Второй подход используют в тех случаях, когда мониторинг выполняется автоматически и (или) дистанционно. В последнем случае результаты мониторинга можно передать удаленной службе технической поддержки для установления причин конфликтов в работе программного и аппаратного обеспечения.

Средства мониторинга, работающие в режиме реального времени, особенно полезны для практического изучения приемов работы с компьютером, поскольку позволяют наглядно отображать те процессы, которые обычно скрыты от глаз пользователя.

Мониторы установки. Программы этой категории предназначены для контроля установки программного обеспечения. Необходимость в данном программном обеспечении связана с тем, что между различными категориями программ могут устанавливаться связи. Вертикальные связи (между уровнями) являются необходимым условием функционирования всех компьютеров. Горизонтальные связи (внутри уровней) характерны для компьютеров, работающих с операционными системами, поддерживающими принцип совместного использования одних и тех же ресурсов разными программными средствами. И в тех, и в других случаях при установке или удалении программного обеспечения могут происходить нарушения работоспособности прочих программ.

Мониторы установки следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей и позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате удаления ранее установленных программ.

Простейшие средства управления установкой и удалением программ обычно входят в состав операционной системы и размещаются на системном уровне программного обеспечения, однако они редко бывают достаточны. Поэтому в вычислительных системах, требующих повышенной надежности, используют дополнительные служебные программы.

Средства коммуникации (коммуникационные программы). С появлением электронной связи и компьютерных сетей программы этого класса приобрели очень большое значение. Они позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выполняют множество других операций в компьютерных сетях.

Средства обеспечения компьютерной безопасности. К этой весьма широкой категории относятся средства пассивной и активной защиты данных от повреждения, а также средства защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных. В качестве средств пассивной защиты используют служебные программы, предназначенные для резервного копирования. Нередко они обладают и базовыми свойствами диспетчеров архивов (архиваторов). В качестве средств активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение. Для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения служат специальные системы, основанные на криптографии.

Средства электронной цифровой подписи (ЭЦП). Эти средства являются необходимым компонентом для функционирования электронных систем делопроизводства, электронных банковских систем, электронных платежных систем и всей системы электронной коммерции. С помощью программ этого класса производятся создание ключей электронной подписи, публикация и сертификация открытых ключей, идентификация партнеров по связи, аутентификация подлинности полученных электронных документов, взаиморасчеты в Интернете.

3.4. Прикладные программные средства [30, 33]

Прикладное ПО условно разделяют на базовое ПО и ПО предметных областей. Базовое ПО составляют ППП общего назначения: редакторы (текстовые и графические), электронные таблицы, системы управления базами данных, интегрированные пакеты и др.

ПО предметных областей состоит из ППП специального назначения, ориентированных на предметную область, например программные средства моделирования экономических процессов. ПО предметных областей должно соответствовать определенным принципам:

– в основу разработки ПО должны быть положены глубокий анализ и высокий уровень знаний предметной области;

– поддержка различных ОС и аппаратных платформ;

– универсальность программного и пользовательского интерфейсов;

– возможность интегрирования с базовым программным обеспечением.

Базовое ПО

Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключаются в вводе и редактировании текстов. Дополнительные функции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования. Для операций ввода, вывода и сохранения данных текстовые редакторы вызывают и используют системное программное обеспечение. Впрочем, это характерно и для всех других видов прикладных программ, и в дальнейшем мы не будем специально указывать на этот факт.

Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводить и редактировать тексты, но и форматировать их, т. е оформлять. Соответственно к основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих итоговый документ, а к дополнительным – средства автоматизации процесса форматирования.

Современный стиль работы с документами подразумевает два альтернативных подхода: работу с бумажными документами и работу с электронными документами (по безбумажной технологии). Поэтому, говоря о форматировании документов средствами текстовых процессоров, надо иметь в виду два принципиально разных направления: форматирование документов, предназначенных для печати, и форматирование электронных документов, предназначенных для отображения на экране. Приемы и методы в этих случаях существенно различаются. Соответственно различаются и текстовые процессоры, хотя многие из них успешно сочетают оба подхода.

Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания и (или) обработки графических изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы и программные средства для создания и обработки трехмерной графики (3D-редакторы).

Растровые редакторы применяют, когда графический объект представлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающих свойствами яркости и цвета. Такой подход эффективен, если графическое изображение имеет много полутонов и информация о цвете элементов, составляющих объект, важнее, чем информация об их форме. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. При подготовке печатных изданий растровые редакторы применяют для обработки изображений.

Возможности создания новых изображений средствами растровых редакторов ограничены и не всегда удобны. В большинстве случаев художники предпочитают пользоваться традиционными инструментами, после чего вводить рисунок в компьютер с помощью специальных аппаратных средств (сканеров) и завершать работу с помощью растрового редактора путем применения спецэффектов.

Векторные редакторы отличаются от растровых способом представления данных об изображении. Элементарным объектом векторного изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно-графических работ, в которых форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек, составляющих ее. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как математическая кривая и соответственно представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в компьютере хранятся не координаты точек линии, а числовые коэффициенты формулы, которая эту линию описывает). Такое представление намного компактнее, чем растровое, соответственно данные занимают намного меньше места, однако построение любого объекта выполняется не простым отображением точек на экране, а непрерывным пересчетом параметров кривой в координаты экранного или печатного изображения. Соответственно работа с векторной графикой требует более производительных компьютеров.

Из элементарных объектов (линий) создаются простейшие геометрические объекты (примитивы), из которых, в свою очередь, составляются законченные композиции. Художественная иллюстрация, выполненная средствами векторной графики, может содержать десятки тысяч простейших объектов, взаимодействующих друг с другом.

Векторные редакторы удобны для создания изображений, но не используются для обработки готовых рисунков. Они нашли широкое применение в рекламном бизнесе, их применяют всюду, где стиль художественной работы близок к чертежному.

Редакторы трехмерной графики используют для создания трехмерных композиций. Они имеют две характерные особенности. Во-первых, они позволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности изображаемых объектов со свойствами источников освещения и, во-вторых, создавать трехмерную анимацию. Поэтому редакторы трехмерной графики нередко называют также 3D-аниматорами.

Настольные издательские системы. Назначение программ этого класса состоит в автоматизации процесса подготовки полиграфических изданий. Этот класс программного обеспечения занимает промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования.

От текстовых процессоров настольные издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействием текста с параметрами страницы и с графическими объектами. С другой стороны, они отличаются пониженными функциональными возможностями по автоматизации ввода и редактирования текста. Обычно их применяют к документам, прошедшим предварительную обработку в текстовых процессорах и графических редакторах.

Электронные таблицы (табличные процессоры). Электронные таблицы предоставляют комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, но основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.

В отличие от баз данных, которые обычно содержат широкий спектр типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), в электронных таблицах основными являются числовые данные. Поэтому электронные таблицы предоставляют более широкий спектр методов для работы с данными числового типа.

Основное свойство электронных таблиц состоит в том, что при изменении содержания любых ячеек таблицы может происходить автоматическое изменение содержания во всех прочих ячейках, связанных с измененными соотношениями, заданными математическими или логическими выражениями (формулами). Простота и удобство работы с электронными таблицами обусловили их широкое применение в сфере бухгалтерского учета, в качестве универсальных инструментов анализа финансовых, сырьевых и товарных рынков, то есть всюду, где необходимо автоматизировать регулярно повторяющиеся вычисления достаточно больших объемов числовых данных.

Системы управления базами данных (СУБД). Базами данных называют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры. Основными функциями систем управления базами данных являются:

– создание пустой (незаполненной) структуры базы данных;

– предоставление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

– обеспечение возможности доступа к данным, а также предоставление средств поиска и фильтрации.

Многие системы управления базами данных дополнительно предоставляют возможности проведения простейшего анализа данных и их обработки. В результате возможно создание новых таблиц баз данных на основе имеющихся. В связи с широким распространением сетевых технологий к современным системам управления базами данных предъявляется также требование возможности работы с удаленными и распределенными ресурсами, находящимися на серверах всемирной компьютерной сети.

Web-редакторы. Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для создания и редактирования так называемых Web-документов (Web-страниц Интернета). Web-документы – это электронные документы, при подготовке которых следует учитывать ряд особенностей, связанных с приемом/передачей информации в Интернете.

Теоретически для создания Web-документов можно использовать обычные текстовые редакторы и процессоры, а также некоторые из графических редакторов векторной графики, ноWeb-редакторы обладают рядом полезных функций, повышающих производительность труда Web-дизайнеров. Программы этого класса можно также эффективно использовать для подготовки электронных документов и мультимедийных изданий.

Броузеры (обозреватели, средства просмотра Web). К этой категории относятся программные средства, предназначенные для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML (документы этого формата используются в качестве Web-документов). Современные броузеры воспроизводят не только текст и графику, они могут воспроизводить музыку, человеческую речь, обеспечивать прослушивание радиопередач в Интернете, просмотр видеоконференций, работу со службами электронной почты, с системой телеконференций (групп новостей) и многое другое.

Программы демонстрационной графики. Данные программы являются конструкторами графических образов деловой информации, призванными в наглядной и динамической форме представить результаты аналитических исследований. Программы позволяют формировать план презентации, выбирать для представления различные элементы: текст, графики и диаграммы, таблицы, звуковые эффекты и видеоклипы.

Пакеты программ мультимедиа. Программы мультимедиа необходимы для отображения и обработки аудио- и видеоинформации. Использование данных программ предполагает наличие дополнительного аппаратного обеспечения: видеоадаптеров, звуковых плат, звуковых колонок, специальных портов ввода – вывода.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: