Системное программное обеспечение.

Системное программное обеспечение включает ОС, языки программирования и различные утилиты (utilities) – программы для обслуживания компьютера и периферийных устройств.

Операционная система выполняет три основные функции:

распределяет и назначает использование ресурсов компьютера,

планирует использование ресурсов компьютера и время исполнения задач,

осуществляет текущий контроль работы компьютера.

Распределение и назначение

Операционная система распределяет ресурсы компьютера между приложениями, находящимися в очереди на исполнение. Например, в число задач операционной системы входит выделение отдельной области памяти каждому запущенному приложению, а также управление устройствами ввода-вывода (клавиатурой, принтером, монитором и т.п.).

Планирование

Компьютер, как правило, выполняет несколько задач одновременно. Каждая задача разбивается на множество "порций", которые компьютер обрабатывает, переключаясь между задачами. Задача ОС – скоординировать работу всех компонентов компьютера так, чтобы все приложения выполнялись как можно быстрее и эффективнее. Для этого операционной системе необходимо осуществлять планирование использования различных ресурсов компьютера (прежде всего, ЦП, ОЗУ и жесткого диска). Как правило, каждой задаче присваивается приоритет выполнения, в соответствии с которым и осуществляется планирование.

Контроль

ОС контролирует работу компьютера. Она отслеживает стадии выполнения каждой задачи, а также может вести журнал учета – кто использует компьютер, какие программы были запущены, наблюдались ли случаи несанкционированного использования программ или данных.

Выполнение функций компьютер реализует через следующие механизмы ОС.

1. Многозадачность — механизм, позволяющий выполнять на компьютере несколько задач. Система без поддержки многозадачности может выполнять только одно приложение в данный момент времени (в ОС DOS). Такой режим работы компьютера зачастую не позволяет полностью задействовать все его ресурсы – процессор недогружен, оперативная память свободна. В случае же применения механизма многозадачности, можно запустить несколько приложений. Для этого оперативная память применяет разделение своего адресного пространства на отдельные области для каждого запущенного приложения, а процессор выделяет для него определенный интервал времени работы. Процессор настолько быстро обрабатывает все программы по очереди, что создается впечатление одновременной работы нескольких приложений. Кроме того, каждой программе назначается приоритет.

2. Многопоточность. Чтобы еще более эффективно использовать ресурсы компьютера, некоторые задачи делятся на отдельные потоки, каждому из которых также назначается приоритет и выделяется интервал процессорного времени. Благодаря многопоточности можно в одном приложении обрабатывать один объект, производить расчет траектории движения другого объекта и распечатывать третий.

Виртуальная память

Адресное пространство – это размер памяти компьютера, которую система может использовать. При 64 Мб ОЗУ компьютер может адресовать 64 Мб памяти. Механизм виртуальной памятипозволяет выделить часть вторичной памяти (на жестком диске) как продолжение первичной. В результате компьютер может адресовать больше памяти и повысить эффективность работы.

4. Симметричная многопроцессорная обработка — это способность операционной системы работать с компьютером, в котором установлены два и более процессора. Операционная система в данном случае должна обеспечивать балансировку нагрузки, чтобы дать работу каждому из процессоров.

Полноценная ОС должна как минимум содержать следующие основные компоненты:

Файловую систему

Драйверы внешних устройств

Процессор командного языка

Файловая система

Одной из первостепенных задач операционной системы следует считать управление дисковым накопителем и доступом к нему. Не случайно ранние ОС для ПК содержали в своем названии аббревиатуру DOS (Disk Operating System – дисковая операционная система). Для этого используется файловая система, которая представляет собой структуризированную систему для хранения информации на жестком диске.

Вся информация хранится в виде файлов.Файл — минимальная единица информации, к которой обраща­ется пользователь.

Файл имеет имя, котороесостоит из двух частей — собственно имени файла и расшире­ния, которое от имени отделено точкой. Полное же имя файла включает не только имя и тип файла, но и имя диска в компьютерной системе, где этот файл находится.

Долговременную память компьютера на жестком диске ОС организует в виде логических дисков, которые имеют свое имя, соответствующее буквам латинского алфавита. С:\, D:\, E:\ и т. д.

Каждый диск имеет корневой каталог, из которого начинается дере­во каталогов диска. Каталог(папка) — это группа файлов, которая имеет свое имя. Каждый каталог может содержать подката­логи. Так образуются иерархические файловые структуры.

Наиболее распространенные файловые системы и их характеристики.

С точки зрения операционной системы, весь диск представляет из себя набор кластеров размером от 512 байт и выше. Т.е. кластер— это минимальный объем дискового пространства, который может быть выделен для размещения файла. Чем меньше размер кластера, тем более эффективно используется дисковая память. Например, файл занимает 2 Кб. При записи такого файла на диск с размером кластера 32 Кб, ОС помечает его занятым. При этом остаются не занятыми 30 Кб. Однако увеличение размера кластера повышает быстродействие системы. Можно задать любой размер кластера.

NTFS включает в себя систему шифрования файлов EFS (Encrypting File System), которая позволяет зашифровать данные на жестком диске. Только полномочные пользователи в состоянии расшифровывать файлы. Администратору доступ к содержимому файла также закрыт, если только он не назначен агентом восстановления данных. При попытке несанкционированного доступа к зашифрованному файлу система откажет в доступе.

При использовании NTFS можно задавать дисковые квоты — каждому пользователю можно определить количество места, которое он может использовать на диске.

Драйверы внешних устройств.Поддержка широкого набора внешних устройств – одна из важнейших функций ОС.

Корректную работу с аппаратными средствами компьютера обеспечивают драйверы — программы, специально написанные для связи ОС с тем или иным аппаратным компонентом, например видеокартой. Каждому типу внешнего устройства сопоставляется свой драйвер. Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS).

BIOS — Базовая система ввода-вывода ("встроена" в материнскую плату компьютера). Включает в себя обширный набор программ ввода-вывода, благодаря которым операционная система и прикладные программы могут взаимодействовать с различными устройствами, как самого компьютера, так и подключенными к нему.

BIOS содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении электропитания. Тестируются основные компоненты, такие как процессор, память, вспомогательные микросхемы, приводы дисков, клавиатуру и видеоподсистему. Если при включении питания компьютера возникают проблемы, BIOS сообщит об этом звуковыми сигналами.

BIOS позволяет производить загрузку ОС через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные, например, USB и IEEE 1394. Также возможна загрузка по сети.

Место для хранения системы BIOS — флэш-память. Это позволяет легко модифицировать старые или добавлять дополнительные функции для поддержки новых устройств, подключаемых к компьютеру.

BIOS содержит множество настроек, изменение которых может повысить быстродействие компьютерной системы в целом. Настройка BIOS вызывается нажатием клавиши DEL при начальной загрузке компьютера. Параметры:

1. Virus Warning — разрешение параметра запрещает любую запись жесткого диска без разрешения пользователя.

2. Boot Sequence — параметр устанавливает последовательность устройств, с которых может быть загружена операционная система.

3. PNP OS Installed — устанавливает поддержку ОС режима PNP.

4. Power Management — позволяет управлять электропитанием, т.е. снижать энергопотребление компьютера, когда за ним не работают.

5. Resources Controlled By— если выбран режим Авто, то BIOS автоматически назначит прерывания и каналы DMA всем устройствам, подключенным к компьютеру.

DMA (прямой доступ к памяти) — способ обмена данными между внешним устройством и памятью без участия процессора. Режим DMA позволяет освободить процессор от рутинной пересылки данных между устройствами и памятью и повысить производительность системы.

Процессор командного языка.ОС имеет командный язык, который позволяет выполнять определенные действия – обращение к каталогу, запуск прикладных программ и т.п. Анализ и исполнение команд пользователя осуществляется командным процессором ОС. Кроме ввода отдельных команд, которые немедленно выполняются, имеется возможность составления целых программ на командном языке, с помощью которых можно задать сложную последовательность действий.

Для управления ОС часто используется прикладная программа, которая загружается поверх ОС и реализует командный язык, служащий для доступа пользователя к системным функциям.

В зависимости от используемого оборудования и решаемых задач используются различные ОС.