Операционная система загружается в оперативную память раньше остальных программ

Обновлено: 06.07.2024

1. Цель работы: изучить основные устройства ПК, их назначение и взаимосвязь выработать практические навыки работы с операционной системой Windows , с файлами и папками в ОС Windows , изучить приемы копирования и перемещения объектов методом перетаскивания между панелями.

2. Оборудование, приборы, аппаратура, материалы: персональный компьютер с операционной системой семейства Windows , внешние устройства.

3. Краткие теоретические сведения.

Компьютер, согласно принципам фон Неймана, должен иметь следующие устройства:

арифметически-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

внешние устройства для ввода-вывода информации.

Память компьютера должна состоять из некоторого количества пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываемые данные, или инструкции программ. Все ячейки памяти должны быть одинаково легко доступны для других устройств компьютера.

Следует заметить, что в схеме устройства современных ПК арифметическо-логическое устройство и устройство управления, как правило, объединены в единое устройство — центральный процессор.

Различные устройства ПК связаны между собой каналами передачи информации. Из внешнего мира информация поступает в компьютер через устройства ввода. Поступившая информация попадает во внутреннюю память. Если требуется длительное ее хранение, то из внутренней памяти она переписывается во внешнюю. Обработка информации осуществляется процессором при непрерывной связи с внутренней памятью: оттуда извлекаются исходные данные, туда же помещаются результаты их обработки. Из внутренней памяти информация может быть передана во внешний мир через устройства вывода. Работа любого компьютера осуществляется благодаря взаимосвязи двух компонентов: аппаратной части ( hardware ) и программного обеспечения ( software ).

Операционная система

Операционная система - это базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, работу с файловой системой, ввод и вывод данных с помощью периферийных устройств, а также выполнение прикладных программ. Важной частью современных операционных систем являются средства, обеспечивающие работу в локальных сетях и глобальной сети Интернет. Современные операционные системы представляют пользователю графический интерфейс.

При включении компьютера операционная система загружается в оперативную память раньше остальных программ и затем обеспечивает их выполнение.

Графический интерфейс. Для упрощения работы пользователя в состав современных операционных систем входят программные модули, создающие графический пользовательский интерфейс. В операционных системах с графическим интерфейсом пользователь может вводить команды с помощью диалоговых окон и элементов управления: кнопок, текстовых, полей, списков, переключателей, флажков, счётчиков, ползунков и др.

Операционная система Windows остаётся наиболее популярной операционной системой для персональных компьютеров. Эта операционная система установлена на большинстве персональных компьютеров в мире.

1. Заполнить таблицу:

Windows указать, какие кнопки расположены на Панели задач.

2. Перечислить, сколько и какие объекты (паки, документы, ярлыки, прикладные программы) расположены на рабочем столе.

2. Заполнить таблицу:

2. Перечислить пункты обязательного раздела Главного меню.

3. Перечислить пункты произвольного раздела Главного меню.

3. Заполнить таблицу:

2. Перечислить пункты Контекстного меню, не выделяя объекты.

3. Перечислить пункты Контекстного меню, выделив какой-либо из объектов. Указать, какой объект выделили.

4. Заполнить таблицу:

2. В созданной папке создать папку с именем – своя фамилия.

3. В папке с именем – своя фамилия создать текстовый документ. Сохранить его под любым именем.

4. Создать на рабочем столе еще одну папку с именем БИК.

5. Скопировать папку – своя фамилия в папку БИК.

6. Переименовать папку – своя фамилия и дать название – свое имя.

7. Создать в папке БИК ярлык на приложение Word .

8. Удалить с рабочего стола папку – номер группы.

9. Удалить с рабочего стола папку БИК.

10. Открыть папку Мои документы.

11. Упорядочить объекты папки Мои документы по дате.

12. Представить объекты папки Мои документы в виде таблицы.

Самостоятельная работа

Контрольные вопросы

Что включает в себя архитектура компьютера?

Что представляет собой операционная система?

В чем особенности ОС Windows?

Для чего предназначено Главное меню?

Как открывается контекстное меню?

Что является средствами управления ОС Windows?

Перечислите основные элементы управления ОС Windows?

Для чего предназначена Корзина?

Домашнее задание

Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ. Базовый уровень: учебник для 11 класса. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010

Для того чтобы проще было понять принцип работы современной операционной системы, обратимся к истории, вспомним — с чего всё начиналось. Тем более что с тех пор практически ничего не изменилось. Увеличилось быстродействие процессора, объемы жестких дисков и оперативной памяти, возросла скорость совершаемых операций, но базовые принципы работы компьютера остались неизменными.

Изначально в компьютере всегда существовала базовая система ввода-вывода — BIOS, которая даёт компьютеру элементарные понятия восприятия внутренних устройств, способности распознавать команды, вводимые с клавиатуры, в том числе основные функции: F1, F2, F3, F4, F5, а также функцию вывода результатов на экран.

Итак, при включении компьютера, в первую очередь автоматически происходила загрузка BIOS, после чего уже человек должен был загрузить программу работы с дисками, позволяющую компьютеру производить чтение информации с диска, а также запись на диск. Программа имела название Disc Operating System или сокращенно DOS, что в переводе означает Дисковая Операционная Система. После загрузки DOS, требовалось загрузить именно ту программу, с которой пользователь собирался работать.

Так продолжалось до тех пор, пока не появились жесткие диски (HDD) и компьютер работал только с оперативной памятью и дискетами. Появление жесткого диска значительно упростило работу пользователя. Требовалось включить компьютер, автоматически загружались BIOS и DOS, оставалось лишь выбрать программу из тех, что уже были записаны на жесткий диск. В принципе, то-же самое происходит и сейчас, с той разницей, что количество автоматически запускаемых программ значительно возросло.

Первые операционные системы (ОС) появлялись с целью облегчить работу пользователя и включали в себя набор наиболее распространенных программ, однако, требовали предварительной установки DOS. Позже, с развитием прогресса, команды управления дисками стали частью операционной системы и предустановка DOS уже перестала быть необходимостью. Между тем, каждая операционная система имеет своё ядро, фирменный интерфейс (дизайн оболочки и внутреннюю структуру расположения файлов) и является платформой — программной оболочкой, позволяющей устанавливать дополнительные программы.

Смысл вышесказанного заключается в том, что каждая установленная программа напрямую обращается не к самому процессору компьютера и его оперативной памяти, а к установленной операционной системе и работает только через её платформу. Исключением являются антивирусные программы, которым позволено контролировать процессы оперативной памяти и отслеживать некорректные процессы, пытающиеся напрямую, минуя платформу ОС, получить доступ к памяти.

На сегодняшний день, наиболее популярны всего три операционных системы. Лидером с большим опережением является Windows (около 95% пользователей), на втором месте находится MacOS (около 4% аудитории), третье место определить гораздо сложнее, поскольку, процент пользователей находится в пределах статистической погрешности. Наверное, всё-же, это платформа Linux, хотя утверждать что-либо сложно.

Здесь следует отметить, что Windows и Linux могут устанавливаться на все компьютеры, в то время, как MacOS предназначена для компьютеров производства компании Apple.

Операционная система позволяет совершать стандартные операции с файлами: создать, удалить, переместить, копировать, переименовать. Наибольшая путаница, у начинающих пользователей, возникает с перетаскиванием файлов при помощи мыши. Следует уточнить, что если перемещение файла или папки осуществляется в пределах одного логического диска, то операционная система попросту переписывает имя файла или папки из одного каталога в другой. Сам файл остается на диске неподвижным, меняется только адрес его расположения. Если же перетаскивание с помощью мыши осуществляется с одного логического диска на другой, тогда система осуществляет копирование файла с исходного диска на диск назначения.

Также, помимо основных операций, некоторые типы файлов могут быть прочитаны и отредактированы средствами самой операционной системы: воспроизведение аудио и видео файлов, просмотр рисунков, чтение текста.

После включения компьютера в его оперативной памяти нет операционной системы. Само по себе, без операционной системы, аппаратное обеспечение компьютера не может выполнять сложные действия, такие как, например, загрузку программы в память. Таким образом мы сталкиваемся с парадоксом, который кажется неразрешимым: для того, чтобы загрузить операционную систему в память, мы уже должны иметь операционную систему в памяти.

Решением данного парадокса является использование специальной маленькой компьютерной программы, называемой начальным загрузчиком, или BIOS (Basic Input/Output System). Эта программа не обладает всей функциональностью операционной системы, но её достаточно для того, чтобы загрузить другую программу, которая будет загружать операционную систему. Часто используется многоуровневая загрузка, в которой несколько небольших программ вызывают друг друга до тех пор, пока одна из них не загрузит операционную систему.

В современных компьютерах процесс начальной загрузки начинается с выполнения процессором команд, расположенных в постоянной памяти (например на IBM PC — команд BIOS), начиная с предопределённого адреса (процессор делает это после перезагрузки без какой бы то ни было помощи) . Данное программное обеспечение может обнаруживать устройства, подходящие для загрузки, и загружать со специального раздела выбранного устройства (чаще всего загрузочного сектора данного устройства) загрузчик ОС.

Начальные загрузчики должны соответствовать специфическим ограничениям, особенно это касается объёма. Например, на IBM PC загрузчик первого уровня должен помещаться в первых 446 байтах главной загрузочной записи, оставив место для 64 байт таблицы разделов и 2 байта для сигнатуры AA55, необходимой для того, чтобы BIOS выявил сам начальный загрузчик.

Данный пример основан на начальном загрузчике одного из миникомпьютеров, выпущенного в 1970-х годах фирмой Nicolet Instrument Corporation.
0: записать в регистр P число 106
1: проверить что устройство считывания с перфолент может начинать считывание
2: если не может, перейти к п. 1
3: прочитать байт с устройства считывания с перфолент и записать его в аккумулятор
4: если перфолента закончилась, перейти к п. 8
5: записать значение, хранимое в аккумуляторе, в оперативную память по адресу, хранящемуся в регистре P
6: уменьшить значение регистра P на единицу
7: перейти к п. 1

Операцио́нная систе́ма, ОС (англ. operating system) — базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также выполнение прикладных программ и утилит.

При включении компьютера операционная система загружается в память раньше остальных программ и затем служит платформой и средой для их работы. Помимо вышеуказанных функций ОС может осуществлять и другие, например, предоставление пользовательского интерфейса, сетевое взаимодействие и т. п.

С 1990-х наиболее распространёнными операционными системами для персональных компьютеров и серверов являются ОС семейства Microsoft Windows и Windows NT, Mac OS и Mac OS X, системы класса UNIX, и Unix‐подобные (особенно GNU/Linux).

Содержание

Основные функции (простейшие ОС):

Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение;
Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода);
Управление оперативной памятью (распределение между процессами, виртуальная память);
Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как Жёсткий диск, Компакт-диск и т. д.), как правило с помощью файловой системы;
Пользовательский интерфейс;
Сетевые операции, поддержка стека протоколов

Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность);
Взаимодействие между процессами;
Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от злонамеренных действий пользователей или приложений;
Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).

Существуют две группы определений ОС: «совокупность программ, управляющих оборудованием» и «совокупность программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны операционные системы.

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Напр., встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), сотовых телефонах и т. п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. И простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без ОС, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске. (Многие встроенные компьютеры и даже некоторые игровые приставки на самом деле работают под управлением своих ОС).

Операционные системы, в свою очередь, нужны, если:

вычислительная система используется для различных задач, причём программы, исполняющие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные ОС, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы с вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;
различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Напр., простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);
между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от чужого взора, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;
необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, «нарезает» процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочередно различным исполняющимся программам (процессам);
наконец, оператор должен иметь возможность, так или иначе, управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды, одна из которых — оболочка и набор стандартных утилит — является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы). Таким образом, современные универсальные ОС можно охарактеризовать прежде всего как
1. использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),
2. многопользовательские (с разделением полномочий),
3. многозадачные (с разделением времени).

Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой ОС. В составе ОС различают три группы компонентов:

ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевую подсистему, файловую систему;
системные библиотеки и
оболочку с утилитами.

Большинство программ, как системных (входящих в ОС), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ядерным ресурсам, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что ОС (точнее, её ядро) управляет оборудованием.

Текущая редакция стандарта на ОС содержит определения около тысячи системных вызовов и других библиотечных подпрограмм (часть из которых должна реализоваться только в определённых классах систем; напр., в системах «реального времени») и около 200 команд оболочки и утилит ОС. Стандарт определяет лишь функции вызовов и команд, и не содержит указаний относительно способов их реализации.

В определении состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включается и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков). Операциональной замкнутостью обладают системы, удовлетворяющие «разработческому» профилю в терминах стандарта.

Предшественником ОС следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).

В 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.

Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём ОС может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.

Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.

Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы). Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.

Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких, как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие, как массивные вычисления) — в пакетном режиме.

Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности модификации исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой (содержащей ошибку или злонамеренно подготовленной) программы, а также модификации самой ОС прикладной программой.

Реализация разделения полномочий в ОС была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора — «реальным» (в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенном при запуске программы на исполнение).

Применение универсальных компьютеров для управления производственными процессами потребовало реализации «реального масштаба времени» («реального времени») — синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами.

Включение функции реального масштаба времени в ОС позволило создавать системы, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и (или) в режиме разделения времени).

Постепенная замена носителей с последовательным доступом (перфолент, перфокарт и магнитных лент) накопителями произвольного доступа (на магнитных диск)

Читайте также: