Операционные системы - структура и принципы работы

Операционные системы общего назначения, поддерживающие однопрограммный режим работы и диалоговый способ общения включают в себя средства, обеспечивающие ввод и вывод информации, управляют работой системных обрабатывающих программ - трансляторов, редакторов, предоставляют пользователю сведения о ходе выполнения задач, обеспечивают работу с библиотеками. Обычно такие операционные системы называют мониторными. Они не повышают производительности ЭВМ, но позволяют программисту вмешиваться в ход выполнения задания, что резко повышает производительность его работы, особенно на этапе отладки программ.
Операционные системы общего назначения, обеспечивающие пакетную обработку задач в режиме мультипрограммирования применяются в вычислительных системах средней и большой производительности. В RAM ЭВМ одновременно находится несколько системных и пользовательских задач, и когда одна из них обрабатывается процессором, то для остальных осуществляются необходимые обмены с внешним устройством.
Эффективность работы пользователя при этом невысокая, так как в условиях пакетной обработки задач он не имеет возможности вмешиваться в процесс выполнения своей программы.
Операционная система должна выполнять рациональное планирование работ по обработке всех поступающих задач (комплекс мероприятий по вводу задач в ЭВМ, распознаванию их характеристик, размещению всех входных наборов данных на внешних носителях, организации входных и выходных очередей). Как правило, задачи из входного потока данных, прочитанного одним из внешних устройств, не сразу попадают в RAM ЭВМ, а размещаются на устройствах внешней памяти. В режимах пакетной обработки задачи выстраиваются в очередь (входную очередь), место задачи в очереди определяется ее приоритетом. Перенос задачи из очереди в RAM ЭВМ происходит автоматически.
Если для решения очередной задачи не хватает ресурсов, операционная система должна принять одно из следующих решений:
отобрать часть ресурсов у какой - либо другой задачи, выполнявшейся в данный момент и менее приоритетной;
подождать, пока какая-нибудь из решаемых задач завершится и освободит требуемый ресурс;
пропустить вне очереди ту задачу, чья очередь еще не подошла, но для выполнения которой ресурсов достаточно.
Операционные системы разделения времени позволяют реализовать возможность повышения производительности труда пользователя за счет его доступа к своей задаче в процессе ее выполнения и повышения производительности вычислительной системы за счет мультипрограммирования. Режим разделения времени создает иллюзию одновременного доступа нескольких пользователей ко всем вычислительным ресурсам системы. Каждый пользователь общается с системой так, как если бы ему одному принадлежали все вычислительные ресурсы: он может остановить выполнение своей задачи в нужном месте, просмотреть требуемые области RAM, с заданного места выполнить свою программу по командам и т.д. На самом же деле каждый пользователь получает для своей задачи достаточную зону RAM, процессор и прочие вычислительные ресурсы только в течение определенного и достаточно малого интервала времени, как уже говорилось выше - кванта.
Пропускная способность вычислительной системы в режиме разделения времени ниже, чем при обработке задач в режиме мультипрограммирования, из-за накладных расходов операционной системы, вызванных частыми переключениями процессора и главным образом многочисленными переносами задач из RAM на жесткий диск и обратно. Во многих пользовательских системах режим разделения времени сочетается с пакетной обработкой задач в режиме мультипрограммирования. В этом случае RAM ЭВМ разделяется на зону для пакетной обработки и на зону (или несколько зон в зависимости от емкости RAM) для выполнения задач в режиме разделения времени. Такое сочетание позволяет загружать процессор даже в ситуациях, когда все пользователи режима разделения времени остановят выполнение своих задач. Такие системы используются при решении научно- технических задач. При этом главным назначением таких операционных систем является обеспечение более высокой эффективности использования всех вычислительных ресурсов и достижение максимальных удобств в работе пользователя. Однако использование операционных систем общего назначения в условиях работы конкретного пользователя часто означает явную избыточность многих системных средств. В таких случаях применяют операционные системы специального назначения.
К операционным системам специального назначения относят операционные системы, предназначенные для решения задач реального времени, для организации работы вычислительных сетей и некоторые другие.
Операционные системы реального времени отличаются от операционных систем общего назначения в первую очередь тем, что поступающая в систему информация обязательно должна быть обработана в течение заданных интервалов времени и эти интервалы времени нельзя превышать. Кроме того, запросы на обработку могут поступать в непредсказуемые моменты времени. Поэтому такие операционные системы должны обеспечить некоторые дополнительные возможности, например, создание постоянных задач.
При работе в режиме реального времени возможно возникновение очередей запросов на обработку, поэтому операционная система должна организовать такие очереди и их обслуживание в соответствии с заданной дисциплиной.
При больших нагрузках на ЭВМ возможно возникновение ситуаций, в которых одна или несколько задач не могут быть реализованы в заданный промежуток времени. Поэтому операционная система должна иметь возможность динамического изменения приоритетов «аварийных задач», после выполнения которых устанавливаются прежние значения приоритетов.
Существуют также операционные системы, предназначенные для организации работы вычислительных сетей. Работа операционной системы в вычислительной сети характеризуется определенными особенностями. Главной из них является необходимость организации передачи данных внутри вычислительной сети. Любая информация внутри вычислительной сети передается отдельными порциями – блоками данных. Блоки данных должны циркулировать в сети асинхронно и независимо в обоих направлениях между источником сообщения и его адресатом. При этом операционные системы должны осуществлять контроль за прохождением блока данных в течение всего периода его пребывания в сети. Необходимы программные и аппаратные средства, предотвращающие потерю или искажения блоков данных при одновременном нахождении их в вычислительной сети. Операционные системы должны включать в себя механизм обнаружения повторных, потерянных или ошибочных блоков данных в вычислительной сети.

Выводы

Чем шире функциональные возможности операционной системы, тем большие требования она предъявляет к техническим ресурсам компьютерной системы, но тем проще работа с компьютером с точки зрения пользователя. Вопрос ресурсной обеспеченности компьютера, универсальности операционной системы, ее надежности, обеспеченности прикладными программами и драйверами устройств, а также простоты и удобства ее использования, — это сложный вопрос баланса, который может по-разному решаться на каждом рабочем месте в зависимости от конкретных задач.
Операционная система загружается при включении компьютера, с ее помощью происходит диалог с пользователем, осуществляется управление компьютером и его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках и т.д.), запускается прикладные программы на выполнение.
Элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления ресурсами компьютера — это операции очень низкого уровня. Действия, необходимые пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций. Именно их и выполняет операционная система.
Операционная система скрывает от пользователя эти сложные и ненужные ему подробности и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Она выполняет также различные вспомогательные действия, например, копирование или печать файлов. Кроме того, операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные вспомогательные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.
Список использованной литературы


1. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2003,688 с.
2. Гук М. Ю. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. — СПб.: Питер, 2003, 528 с.
3. Гук М. Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. — СПб.: Питер, 2003, 928с.
4. Зихерт К., Ботт Э. Эффективная работа: Windows ХР; перев. с англ. — СПб.: Питер, 2003, 1072 с.
5. Таненбаум Э. С. Архитектура компьютера; перев. с англ. — СПб.: Питер, 2003, 704 с.
6. Хамахер К, Вранешич 3., Заки С. Организация ЭВМ; перев. с англ. — СПб.: Питер, 2003, 848 с.
7. Шалин П. А. Энциклопедия Windows XP. - СПб.: Питер, 2003, 688 с.












22